提升教師學習科學素養(yǎng) 促進課堂教學深層變革

尚俊杰 李軍 吳穎惠

【摘 要】本文基于文獻梳理和項目實踐經驗，梳理了學習科學的概念、發(fā)展及現狀;論述了學習科學推動課堂革命的必要性與發(fā)展歷程;最后，以提升教師學習科學素養(yǎng)研究項目為例，總結了提升教師學習科學素養(yǎng)的實踐路徑與未來發(fā)展方向。

【關鍵詞】學習科學;教師學習科學素養(yǎng);教學變革

【中圖分類號】G40 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2021）01-005-04

當前，以互聯網、移動互聯網、人工智能、大數據、VR/AR等技術為代表的信息技術對社會產生了翻天覆地的影響，正在推動社會從工業(yè)時代進入信息時代、人工智能時代。社會變革對人才的需求也產生了變化，以知識傳授為中心、標準化培養(yǎng)為代表的工業(yè)時代的教育模式已經無法適應當前社會發(fā)展的需要。所以，世界各國各地區(qū)都在進行教育變革，希望借助信息技術促進教育的深層變革。

教育的主戰(zhàn)場在課堂，要推動教育的深層變革，首要任務是要培養(yǎng)適應新時代教育教學要求的高水平教師，從而推動課堂革命。習近平總書記在十九屆中央全面深化改革領導小組第一次會議上，也指出了全面深化新時代教師隊伍建設改革的必要性，明確了要在遵循教育規(guī)律和教師成長發(fā)展規(guī)律的基礎上，全面提升教師素質能力的要求。教育部教師工作司司長任友群也提出用信息技術賦能，建設新時代高素質專業(yè)化創(chuàng)新型教師隊伍。

建設高素質教師隊伍當然包括多方面內容，我們認為可以從學習科學素養(yǎng)入手，提升教師對教育教學的內在科學規(guī)律的認識水平，以推動課堂革命為突破口，以此推動教育的深層變革。[1]

學習科學的概念、發(fā)展及現狀

學習科學（Learning Sciences）作為一個研究領域的概念，最早起源于美國。它是一個跨學科研究領域，涉及認知科學、教育心理學、計算機科學、人類學、社會學、信息科學、神經科學、教育學、教學設計等多個學科。國際學習科學領域的知名研究專家基思·索耶（R·Keith·Swayer）教授，在《劍橋學習科學手冊》一書中指出，“學習科學是一個研究教和學的跨學科領域。它研究各種情境下的學習——不僅包括學校課堂里的正式學習，也包括發(fā)生在家里、工作期間、場館以及同伴之間的非正式學習。學習科學的研究目標，首先是為了更好地理解認知和社會化過程以產生最有效的學習，其次便是為了用學習科學的知識來重新設計已有的課堂及其他學習環(huán)境，從而促使學習者能夠更有效和深入地進行學習。”簡而言之，學習科學主要就是研究：“人究竟是怎么學習的，怎樣才能促進有效地學習？”

之所以會提出學習科學，是因為在20世紀80年代前后，一些在傳統認知科學領域頗有建樹的科學家們意識到，他們在實驗室開展的大量的認知科學領域的認知研究，似乎沒有對真實情境中的教學產生實質性的影響，或者說不能真正有效地指導“不規(guī)范且具體”的真實情境中的學習[2]，于是他們就往課堂教學走了一步，與同時崛起的人工智能、信息技術、教育技術等學者合作，提出了“學習科學”這一嶄新的研究領域。

學習科學的概念提出來以后，發(fā)展特別快。1991年，經濟合作組織啟動了由26個發(fā)達國家參與的大型研究項目——“學習科學與腦科學研究”，召集了來自歐洲、美洲、亞洲的著名研究者與教育決策者，共同研究人類的閱讀、計算與終身教育等問題;2001年，日本政府啟動“腦科學與教育”研究項目，將腦科學研究作為國家教育發(fā)展的一項戰(zhàn)略任務，進行教育理論與實踐的應用研究;2004年，美國開始撥款創(chuàng)建跨學科跨學校的“學習科學中心”，并給予穩(wěn)定持續(xù)的巨資支持，截至目前，已經正式成立了6個國家級跨學科跨學校的學習科學研究中心;歐美發(fā)達國家已經將學習科學確立為新的教育政策的關鍵基礎，將人類學習的重要研究成果作為課程決策與行動的基礎[3]，在實踐領域得到了實際應用。

在我國，北京師范大學、東南大學、華東師范大學等高校分別建立了北京師范大學腦與認知科學研究院、東南大學兒童發(fā)展與學習科學教育部重點實驗室、華東師范大學學習科學研究中心等機構。北京大學教育學院也于近年聯合校內外多學科研究人員、實踐人員成立了學習科學實驗室。而且，越來越多的研究機構對學習科學產生了興趣。2017年9月，國家自然科學基金會和教育部在杭州召開了第186期雙清論壇，會議主題為“連接未來：教育、技術與創(chuàng)新”，與會專家領導一致認為要聯合多學科力量，加強教育科學基礎研究，共同推進教育改革發(fā)展。

學習科學推動課堂革命

學習科學是一個跨學科研究領域，那么，它的核心研究內容究竟是什么呢？《人是如何學習的》一書中認為，改變學習概念的五大主題是：記憶和知識的結構、問題解決與推理的分析（專家分析）、早期基礎、元認知過程和自我調節(jié)能力、文化體驗與社區(qū)參與?！秳驅W習科學手冊》一書中比較關注學習理論、基于設計的研究、專家學習和概念轉變、知識可視化、計算機支持的協作學習（CSCL）和學習環(huán)境等研究?！独斫饽X——新的學習科學的誕生》中則比較關注腦的發(fā)育、環(huán)境對腦學習的影響、讀寫能力與腦、數學素養(yǎng)和腦等內容。

我們曾經在對學習科學研究重要文獻進行計量分析的基礎上，提出未來學習科學領域的研究將包括如下3個研究方向[4]：（1）學習基礎機制研究。這類研究將從微觀的神經聯結層面研究真實情境中的教與學過程，從認知功能與結構相結合的綜合視角，研究特定教育干預（學習內容、媒體等）對學習過程的影響。比如，采用腦科學的方法研究多媒體軟件教學是否有效？（2）學習環(huán)境設計研究。這一類研究將整合認知心理學、教學設計、信息技術等內容，也稱為學習技術研究。比如，設計學習軟件、學習材料、學習平臺和學習空間等。又如，設計基于VR/AR的游戲化學習環(huán)境、設計移動學習軟件等。（3）學習分析技術研究。這一類研究整合人工智能、大數據等技術，對學習過程行為數據進行分析。比如，基于MOOC的在線學習分析、課堂對話分析、視頻分析等。

學習科學提出以來，世界各國的研究者完成了許多研究成果，其中部分成果也已經在真實情境中得到了應用，比如移動學習、游戲化學習、VR/AR、基于人工智能和大數據的個性化自適應學習等。比如，美國加利福尼亞大學伯克利分校瑪西婭·林恩（Marcia Linn）教授領導的基于網絡的科學探究環(huán)境項目（Web-based Inquiry Science Environment，簡稱WISE項目），不僅催生了支持科學教育實踐與評價的知識整合理論與依托平臺，更重要的是，該項目的研究成果為美國《下一代科學教育標準》（The Next Generation Science Standards，簡稱NGSS）的出臺提供了扎實的理論基礎和實踐經驗。再如，教育心理、教育技術領域的著名學者，美國加州大學圣芭芭拉分校梅耶（Mayer， R. E.）提出的多媒體學習認知理論對信息技術在教育中的應用產生了重要的指導作用。又如，北京大學教育學院學習科學實驗室一直致力于游戲化學習的理論與實踐研究，多年來通過開展設計研究、牽頭成立教育游戲專業(yè)委員會、舉辦游戲化學習國際會議、組織發(fā)動一線教師和企業(yè)參與課題共同研究等形式，切實讓更多人接受并認可了游戲化學習內含的“讓學習更科學、更快樂、更有效”的教育理念。

提升教師學習科學素養(yǎng)

客觀地說，學習科學應該算是一個基礎學科，大部分研究都是由高校、科研機構的人員開展的。對于一線教師，當然可以獨立或者和科研人員合作開展學習科學基礎研究，但是最主要的是要考慮如何將學習科學的研究成果應用到課堂教學中，以實現學習科學的目標“在腦、心智和課堂教學之間架起橋梁”，用基礎科學的研究成果理解和促進課堂教學。

要實現這一點，就需要提升教師的學習科學素養(yǎng)。通過專業(yè)的項目式參與學習，構建起以學習科學素養(yǎng)為核心的教學知識能力體系，從實踐能力和意識形態(tài)兩個層面應對已經來臨的新時代教育變革。具體而言，就需要教師從教學中的基礎問題出發(fā)，結合學科教學的需求，以學習科學為理論基礎，掌握基于學習科學視角的教學設計、課堂教學、教學評價和教學管理能力。

針對師范生，可以依托現有的師范生培養(yǎng)課程體系，但是增加學習科學相關的專業(yè)課程。比如，可以開設“學習科學導論”或相關課程，在師范生的課程學習、教育實習、教學研究中增加學習科學的內容，促使他們從理論和實踐相結合角度建構起學習科學素養(yǎng)，為未來成為一名真正的優(yōu)秀教師奠定基礎。其實不僅僅是師范生的課程，其他學生也需要了解學習科學，比如，北京大學2020年啟動的明師培養(yǎng)計劃中也設計了“學習科學與未來教育”等相關課程。

針對在職教師，因為之前的師范教育中大多沒有開設專門的學習科學課程，所以可以借助現有的教師系統培訓項目，落實學習科學素養(yǎng)的學習。比如，可以通過中小學教師國家級培訓計劃，向骨干教師滲透學習科學素養(yǎng)的培訓內容，再通過骨干教師帶動普通教師，層級傳導與聯動，實現學習科學素養(yǎng)的全面普及。

特別需要提出的是，讓教師掌握開展基于學習科學視角的教學研究能力也很重要，可以打造全面掌握學習科學知識的研究型教師。

提升教師學習科學素養(yǎng)研究項目介紹

北京大學教育學院學習科學實驗室（http：//pkuls.pku.edu.cn）近些年一直致力于推動學習科學研究，啟動了為期十年的“人是如何學習的——中國學生學習研究及卓越人才培養(yǎng)計劃”（簡稱：中國學習計劃，即CLP ：China Learning Project）項目，開展了基于學習科學視角的游戲化學習、教師課堂行為分析、可穿戴設備教育應用等實證研究，每一年都發(fā)布《中國學習計劃報告》，并連續(xù)四年召開“學習科學與未來教育前沿論壇”，希望通過這一系列活動推進學習科學事業(yè)的發(fā)展。

為了更好地推動學習科學和課堂教學深度融合，促成學習科學領域專家學者與一線教師的學習共同體，自2017年起，北京大學教育學院學習科學實驗室聯合北京市海淀區(qū)教育科學研究院、北京教育學院朝陽分院展開了“提升教師學習科學素養(yǎng)項目”。該項目采用行動研究的方法探索將學習科學整合進基礎教育課堂教學的模式、途徑、原則及策略，從而能夠根本上提升基礎教育的效率和質量，讓學生們的學習更科學、更快樂、更有效，同時希望打造一批具備學習科學素養(yǎng)的卓越的研究型教師。

該項目采用了行動研究方法，幾家單位選派研究人員、一線教師共同形成課題組，通過學習基礎知識、設計精品課例、開展教學研究、撰寫總結報告幾個步驟，力求讓教師不僅掌握學習科學的一般概念知識和理論，并能夠將其和課堂教學有機地融合起來;同時開展基于學習科學視角的教學研究，最后能夠撰寫規(guī)范的研究論文。具體包含如下內容。

（1）學習科學理論探究。通過線上線下學習、讀書會、工作坊等形式，深入學習科學基礎知識和基本理論，夯實學習科學基礎。

（2）撰寫教學設計并完成課例。在充分進行理論研究的前提下，在原有研究成果的基礎上，融合有效的教學策略，完成基于學習科學視角的教學設計，并形成完整的課例。

（3）開展課堂教學研究?；谧约鹤珜懙慕虒W設計和課例，進一步設計基于學習科學視角的教學實驗，然后開展實驗研究，完成研究報告。在這個步驟同時，教師需要繼續(xù)學習相關研究方法。

（4）反思、總結和升華。在前面學習、設計、研究的基礎上，撰寫總結報告和研究論文，同時進一步理解學習科學的內涵。

該項目目前還在摸索中前行，在多方努力下，我們已經積累了諸多研究成果。首先，通過問卷調研發(fā)現教師的學習科學理論素養(yǎng)得到了一定的提升。很多教師通過讀書、參與講座、教學展示等多樣化的學習活動，提高自身的學習科學素養(yǎng)，并將學習科學的理論知識與自身的教學經驗相融合，辯證地反思自我的教學是否科學有效，從而改進教學策略。其次，教師的科研能力得到了很大的提升。教師逐步培養(yǎng)將教學與科研相結合的意識。有幾十所學校參與了研究課題工作，先后有幾十位教師在教育學術期刊、國際大會上發(fā)表論文并做匯報展示。最后，項目積累了一定的研究素材，比如豐富的教學筆記、教學案例、教學策略手冊等。隨著項目的推進，還會有相關的成果通過不同的形式沉淀下來，我們將繼續(xù)予以分享。

結 語

綜合當前社會發(fā)展及教育發(fā)展情況，可以說，“教育發(fā)展急需加強基礎研究，基礎研究可從學習科學開始”。提升教師學習科學素養(yǎng)，促進學習科學與課堂教學深度融合，對于推動教育領域的深層變革、實現中華民族偉大復興的中國夢具有重要的意義。

作者單位：北京大學教育學院學習科學實驗室? 北京教育學院朝陽分院? ?北京市海淀區(qū)教育科學研究院

參考文獻

尚俊杰，裴蕾絲. 高水平教師需養(yǎng)成學習科學素養(yǎng)[N]. 光明日報，2018-09-08.

趙健，鄭太年，任友群，裴新寧. 學習科學研究之發(fā)展綜述[J]. 開放教育研究，2007（2）： 15-20.

裴新寧. 學習科學研究與基礎教育課程變革[J]. 全球教育展望，2013（1）： 32-44.

尚俊杰，裴蕾絲，吳善超. 學習科學的歷史溯源、研究熱點及未來發(fā)展[J]. 教育研究，2018（3）： 136-145.