學(xué)習(xí)科學(xué)的學(xué)習(xí)觀與方法論：范式與實踐

張婧婧 牛曉杰 黃一橙

基金項目：北京師范大學(xué)2023年“互聯(lián)網(wǎng)+教育”改革創(chuàng)新行動計劃項目“線上線下混合式教學(xué)改革示范項目——學(xué)習(xí)科學(xué)概論”；北京師范大學(xué)2022年博一交叉學(xué)科基金項目（項目編號：BNUXKJC202201）

[摘? ?要] 關(guān)于“人是如何學(xué)習(xí)的”這個問題，學(xué)術(shù)界經(jīng)歷了從關(guān)注認(rèn)知和腦的“學(xué)習(xí)的科學(xué)”到關(guān)注情境的“學(xué)習(xí)科學(xué)”的變遷。這種變遷背后的邏輯與研究者所秉承的學(xué)習(xí)觀、研究范式及相關(guān)實踐息息相關(guān)。行為主義與第一代認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展推動了實證主義范式與實驗方法的蓬勃發(fā)展；第二代認(rèn)知科學(xué)強調(diào)真實情境，建構(gòu)觀和解釋主義范式受到重視；20世紀(jì)90年代起，旨在解決真實問題的實用主義范式與設(shè)計研究成為學(xué)習(xí)科學(xué)重要的研究方法。當(dāng)下，大數(shù)據(jù)推動下學(xué)習(xí)分析領(lǐng)域的發(fā)展催生了指向復(fù)雜性的“新經(jīng)驗主義”范式。以復(fù)雜系統(tǒng)建模為主的數(shù)據(jù)密集型研究旨在打開學(xué)習(xí)發(fā)生的“黑箱”，深入探索學(xué)習(xí)的交互關(guān)系和演化機制。文章系統(tǒng)回顧與比較了學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域四大發(fā)展階段中的學(xué)習(xí)觀、研究范式與相關(guān)實踐，旨在推動學(xué)習(xí)科學(xué)理論與實踐融合創(chuàng)新。

[關(guān)鍵詞] 學(xué)習(xí)科學(xué)； 學(xué)習(xí)理論； 研究方法； 研究范式

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 張婧婧（1983—），女，四川廣元人。教授，博士，主要從事學(xué)習(xí)科學(xué)和學(xué)習(xí)分析研究。E-mail：jingjing.zhang@bnu.edu.cn。

一、引? ?言

有關(guān)學(xué)習(xí)的科學(xué)研究可追溯至古代哲學(xué)，是一門將學(xué)習(xí)作為對象來研究的科學(xué)，通過理論演繹來認(rèn)識人類學(xué)習(xí)的本質(zhì)，稱之為“學(xué)習(xí)的科學(xué)”（Sciences of Learning）。20世紀(jì)70年代認(rèn)知科學(xué)誕生，關(guān)于學(xué)習(xí)的研究開始關(guān)注知覺、注意、表征、圖式、記憶等，對學(xué)習(xí)的認(rèn)識以信息加工理論為主。隨后，第二代認(rèn)知科學(xué)與腦科學(xué)得到快速發(fā)展，學(xué)術(shù)界開始關(guān)注學(xué)習(xí)認(rèn)知過程中的身心發(fā)展與神經(jīng)機制研究。第二代認(rèn)知科學(xué)，特別是具身認(rèn)知，推動了實驗室中的認(rèn)知科學(xué)家與真實情境中的學(xué)習(xí)科學(xué)家在理論上形成共識。但以實驗室干預(yù)控制和因果驗證為主的實證主義仍占據(jù)這一流派研究范式的主流。

20世紀(jì)90年代初，聚焦真實情境中的學(xué)習(xí)科學(xué)（The Learning Sciences）逐漸興起。真實情境中的“學(xué)習(xí)科學(xué)”倡導(dǎo)走出實驗室，認(rèn)為認(rèn)知科學(xué)研究范式往往過于“純凈”和“規(guī)范”，并不能真正有效地指導(dǎo)真實情境中的學(xué)習(xí)[1-3]。此時的研究者提倡更加注重情境的復(fù)雜性和個體經(jīng)驗的作用，將研究范圍擴大至正式和非正式環(huán)境中的各種外顯的或內(nèi)隱的學(xué)習(xí)活動。不同于“學(xué)習(xí)的科學(xué)”中對學(xué)習(xí)的定位[4]，“學(xué)習(xí)科學(xué)”強調(diào)學(xué)習(xí)方式、教學(xué)手段或方法是在真實的場景中通過不斷迭代來改進(jìn)的，而非通過實驗評估就可推廣使用。由此衍生出了概念轉(zhuǎn)變、認(rèn)知導(dǎo)師、專家新手、認(rèn)知學(xué)徒制、游戲化學(xué)習(xí)、計算機支持的協(xié)作學(xué)習(xí)、知識建構(gòu)和大規(guī)模在線交互等多個理論派系，反映出研究者所持有的研究范式各不相同，主要涉及解釋主義、實用主義以及新經(jīng)驗主義等。

真實情境中的學(xué)習(xí)科學(xué)是一門通過跨學(xué)科研究來促進(jìn)學(xué)習(xí)的科學(xué)，“跨學(xué)科”是學(xué)習(xí)科學(xué)的一個顯著特點[1]。然而，由其跨學(xué)科性導(dǎo)致的理論和方法論的爭論已經(jīng)持續(xù)了數(shù)十年?！皩W(xué)習(xí)的科學(xué)”與“學(xué)習(xí)科學(xué)”采用了不同的理論基礎(chǔ)、方法論與研究成果來證明其對學(xué)習(xí)的理解與思考，造成對學(xué)習(xí)的闡釋也有了一定的分歧，這并不能促進(jìn)學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的良好發(fā)展[5]。因此，本文旨在厘清學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)觀與方法論，更好地推動這一領(lǐng)域的發(fā)展。

二、干預(yù)和因果驗證：實證主義

20世紀(jì)初，美國心理學(xué)家反對內(nèi)省法及其對內(nèi)部意識經(jīng)驗的關(guān)注，創(chuàng)建了行為主義心理學(xué)，主張采用實驗方法觀察和測量人的外在行為。行為主義作為一種“現(xiàn)代”學(xué)習(xí)理論，曾是教育心理學(xué)的主流思想，它以生物體一切外顯的反應(yīng)或活動（行為）作為研究對象，認(rèn)為學(xué)習(xí)就是建立外顯行為（反應(yīng)）與環(huán)境中可觀察到的事件（刺激）的聯(lián)接[6]。行為主義的代表人物包括愛德華·桑代克（Edward Lee Thorndike）和“教學(xué)機器之父”伯爾赫斯·斯金納（Burrhus Frederic Skinner）。行為主義認(rèn)為人的行為是后天習(xí)得的，個人的行為模式由環(huán)境決定，是典型的“環(huán)境決定論”，忽略了人的主觀能動性。

20世紀(jì)50—70年代，認(rèn)知革命推翻了行為主義，認(rèn)知心理學(xué)獲得了迅速發(fā)展。與行為心理學(xué)關(guān)注人的外在行為而忽略心理活動不同，認(rèn)知心理學(xué)非常重視對心理表征和心理過程的理解。1976年，《認(rèn)知科學(xué)》期刊的出版為認(rèn)知科學(xué)這個新領(lǐng)域提供了學(xué)術(shù)交流的陣地。與認(rèn)知心理學(xué)不同，認(rèn)知科學(xué)是一個跨學(xué)科領(lǐng)域，融合了心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、人工智能、語言學(xué)、哲學(xué)等多個領(lǐng)域的研究成果。認(rèn)知心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)這兩個領(lǐng)域有重疊，但又在研究方法等方面存在不同。認(rèn)知心理學(xué)主要采用實驗室行為研究來認(rèn)識認(rèn)知過程，認(rèn)知科學(xué)則更傾向于使用邏輯分析和計算機模擬認(rèn)知過程的計算機建模研究。信息加工理論（Information Processing Theory）作為第一代認(rèn)知科學(xué)的重要思想，最早由羅伯特·米爾斯·加涅（Robert Mills Gagné）提出，他認(rèn)為學(xué)習(xí)本質(zhì)上是一個信息加工的過程，在學(xué)習(xí)動作進(jìn)行的多個不同過程中，每個學(xué)習(xí)過程都對應(yīng)不同的加工方式[7]。赫伯特·西蒙（Herbert Alexander Simon）認(rèn)為，信息加工理論主要解釋了人如何注意和選擇信息，如何認(rèn)識和存儲信息，如何利用信息制定決策、指導(dǎo)外部行為。信息加工理論視角下的學(xué)習(xí)被認(rèn)為是知識習(xí)得，并且能夠應(yīng)用知識來解決問題[8]。

（一）對教學(xué)手段或方法進(jìn)行實驗評估后再應(yīng)用于課堂

在行為主義和第一代認(rèn)知科學(xué)的年代，干預(yù)控制與因果驗證的實證主義研究范式蓬勃發(fā)展。實證主義基于現(xiàn)實主義立場，認(rèn)為研究的對象是真實存在的，并遵循某種自然法則和規(guī)律。實證主義的研究通常提出的是：什么、什么時候、多少等問題。在方法論層面上，實證主義研究方法包括了實驗研究、單一被試研究、相關(guān)研究、原因比較研究、調(diào)查研究[9]，以及元分析。學(xué)習(xí)的科學(xué)認(rèn)為新的教學(xué)手段與方法所產(chǎn)生的因果關(guān)系往往需要通過實驗評估，再進(jìn)入課堂并指導(dǎo)實踐，因此，實驗一直是學(xué)習(xí)的科學(xué)研究中使用的重要研究方法論。例如：北京師范大學(xué)盧春明團隊使用隨機組間對照實驗的方式研究了教學(xué)過程中的師生互動，這項研究中的一個子研究分析了三種教學(xué)方式（講授式教學(xué)、討論式教學(xué)、視頻教學(xué)）中教師和學(xué)生腦間同步現(xiàn)象的不同，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第三種教學(xué)方式中師生腦間同步要顯著低于前兩組，而前兩組的師生腦間同步現(xiàn)象并無明顯差別[10]。

（二）設(shè)計教學(xué)干預(yù)并檢驗效果的“準(zhǔn)”實驗研究

學(xué)習(xí)科學(xué)中以學(xué)校為場景的實驗研究多為“準(zhǔn)”實驗研究。因為在真實情境中難以實施隨機分組，因此，“準(zhǔn)”實驗多以選取不同類型班級來作為實驗組與控制組。例如：在一項關(guān)于檢驗有效失敗理論的“準(zhǔn)”實驗研究中，首先，為了避免前測可能對實驗過程的影響，研究收集了一周前學(xué)生用于生物考試的評估成績作為學(xué)生的先前知識水平；匹配不同班級成績選擇實驗組和控制組，實驗組中學(xué)習(xí)者先被要求完成具有難度的挑戰(zhàn)任務(wù)，教師再提供指導(dǎo)，最后完成一項探索任務(wù)；控制組中則沒有挑戰(zhàn)任務(wù)，教師先指導(dǎo)，學(xué)習(xí)者再完成學(xué)習(xí)任務(wù)。結(jié)果顯示，實驗組中學(xué)生的知識遷移水平顯著高于控制組，驗證了有效失敗理論對促進(jìn)學(xué)習(xí)者知識遷移的積極作用[11]。除實驗研究外，實證主義范式下的測量和評估也是學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域重要的研究組成部分，其中，量表的開發(fā)研究較為典型。

三、聚焦真實情境中的學(xué)習(xí)者：解釋主義

自20世紀(jì)80年代以來，隨著語言學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、計算機科學(xué)、現(xiàn)象學(xué)等多學(xué)科研究的深入推進(jìn)，以計算為隱喻的離身認(rèn)知觀開始受到學(xué)術(shù)界的批判，其歷史合理性逐漸被削弱。特別是鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)為認(rèn)知的具身性提供了神經(jīng)生物學(xué)的依據(jù)[12]，從根本上顛覆了傳統(tǒng)的認(rèn)為身體不參與認(rèn)知過程的假設(shè)。美國認(rèn)知語言學(xué)家喬治·萊考夫（George Lakoff）和馬克·約翰遜（Mark Johnson）的經(jīng)典著作《涉身哲學(xué)：具身心智及其對西方思想的挑戰(zhàn)》中提出“具身認(rèn)知”的概念。此概念為我們理解個體的認(rèn)知過程奠定了新的視角，并強調(diào)了認(rèn)知活動是一個與個體的生物學(xué)、社會文化環(huán)境及具體情境緊密相連的復(fù)雜過程。學(xué)生不是頭腦空空地進(jìn)入課堂接受教師講授的知識，而是帶著自身獨特且多樣的先前經(jīng)驗去理解他們所學(xué)的內(nèi)容，因此，不同學(xué)生對于同樣的知識的理解可能大相徑庭[6，13]。

基于第二代認(rèn)知科學(xué)和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的興起，加之20世紀(jì)80年代初發(fā)生的激烈的范式之爭，解釋主義范式下的質(zhì)性研究開始在學(xué)習(xí)科學(xué)研究領(lǐng)域嶄露頭角，得到了廣泛的認(rèn)可[14]。與實證主義不同，解釋主義認(rèn)為社會“現(xiàn)實”并不是一成不變的，現(xiàn)實是人類智力的產(chǎn)物。解釋主義認(rèn)為知識是在社會和境脈中、研究者與研究對象的互動中建構(gòu)生成的，它主張從知情人的視角去認(rèn)識事物的規(guī)律，通常在研究中嘗試回答“為什么”和“怎么樣”的問題。解釋主義范式與學(xué)習(xí)科學(xué)研究所倡導(dǎo)的重視“真實情境中的學(xué)習(xí)”不謀而合。

（一）解釋主義下的多人協(xié)作學(xué)習(xí)

協(xié)作分析一直以來都是真實情境中學(xué)習(xí)科學(xué)研究的重點。它秉持社會建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)觀，關(guān)注群體學(xué)習(xí)中的知識建構(gòu)過程與結(jié)果。根據(jù)Enyedy 和Stevens的分類[15]，協(xié)作學(xué)習(xí)目前可分為以下四個類別：

1. 作為觀察思維過程“窗口”的協(xié)作

第一種類別將協(xié)作學(xué)習(xí)作為觀察思維的途徑，使用協(xié)作學(xué)習(xí)過程來更好地了解整個思維過程，因此，它并不關(guān)注協(xié)作過程本身，只關(guān)注協(xié)作過程中個體的認(rèn)知過程和思維發(fā)展。采用的協(xié)作分析方法類似于認(rèn)知科學(xué)早期采用的口頭報告（出聲思維）方法[16]。例如：一項采用微觀發(fā)生法的研究分析了120名8～12歲不等的四年級兒童在176次討論中產(chǎn)生的32，511次協(xié)作推理對話，用以細(xì)致地理解同伴支持如何推動兒童的關(guān)聯(lián)性思維發(fā)展過程[17]。這個研究中，兒童群體成員之間的協(xié)作互動僅被認(rèn)為是一種用于觀察關(guān)聯(lián)性思維的附帶現(xiàn)象，不會對學(xué)習(xí)結(jié)果產(chǎn)生影響。

這類研究通常只關(guān)注協(xié)作對話的內(nèi)容，通常對單獨的話輪進(jìn)行編碼、聚類、量化和統(tǒng)計分析[18]。因此，這類研究經(jīng)常在人為干預(yù)的情境中（如實驗室條件下）研究學(xué)習(xí)者協(xié)作過程的對話，目的在于控制其他影響協(xié)作對話的因素，從而只關(guān)注個體認(rèn)知過程。因此，這種協(xié)作研究實際上忽視了協(xié)作本身的重要性，應(yīng)將其歸屬于傳統(tǒng)認(rèn)知科學(xué)的研究范疇，而不是真實情境中學(xué)習(xí)科學(xué)研究的重點。

2. 作為促進(jìn)（或限制）遠(yuǎn)期學(xué)習(xí)結(jié)果的情境

這類研究將協(xié)作視為一種學(xué)習(xí)情境，認(rèn)為不同類型的協(xié)作與個體的學(xué)習(xí)結(jié)果存在相關(guān)性，這里的學(xué)習(xí)結(jié)果指在協(xié)作后通過認(rèn)知任務(wù)測量的遠(yuǎn)期學(xué)習(xí)結(jié)果。已有研究中考察的協(xié)作類型包括三輪對話序列[19]、探究性對話和可解釋對話[20]、轉(zhuǎn)述[21]、知識建構(gòu)對話[22]，以及促進(jìn)或約束協(xié)作互動的社會規(guī)范（權(quán)力、角色和責(zé)任）[23]。對遠(yuǎn)期學(xué)習(xí)結(jié)果的測量包括協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)果的人工制品、學(xué)生成績、學(xué)生發(fā)展性的成長、學(xué)生的學(xué)習(xí)投入和動機水平等，例如：一項旨在通過指導(dǎo)與反思促進(jìn)職業(yè)教育學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)的研究中，前后測均采用了測量學(xué)生領(lǐng)域知識的成績以作為協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)果的表征[24]。

這一類別下，研究者往往把協(xié)作交互看作一個反復(fù)的交流過程，并將其視為個體持續(xù)貢獻(xiàn)的過程，和第一類研究類似，都會對個體的話語進(jìn)行孤立的編碼和分析。但不同的是，這類研究更關(guān)注交互過程，研究者通常會采用建立事件索引、轉(zhuǎn)錄、敘述性總結(jié)、圖示[25]等各種表征方式記錄協(xié)作學(xué)習(xí)過程。研究可以是純質(zhì)性的[21]，也可以采用聚類、量化編碼、相關(guān)分析等進(jìn)行量化研究[26]，更常見的是混合式研究[27]。

3. 作為促進(jìn)近期學(xué)習(xí)結(jié)果的交互過程

這類研究關(guān)注交互本身，以及交互如何促進(jìn)近期學(xué)習(xí)結(jié)果。但這類研究并不否認(rèn)第二類研究關(guān)注遠(yuǎn)期學(xué)習(xí)結(jié)果，因為它認(rèn)為協(xié)作交互與遠(yuǎn)期和近期的學(xué)習(xí)結(jié)果都是存在相關(guān)性的。例如：Roschelle的研究發(fā)現(xiàn)，協(xié)作中集體理解的過程不僅與近期對話的學(xué)習(xí)結(jié)果（主體間性）正相關(guān)，也與遠(yuǎn)期的學(xué)習(xí)結(jié)果（概念轉(zhuǎn)變）正相關(guān)[28]。這類研究是真實情境中學(xué)習(xí)科學(xué)研究的重點。一項研究分析了不同國家的五年級兒童通過在線協(xié)作完成童話故事寫作的過程，研究發(fā)現(xiàn)，在這種在線協(xié)作寫作的形式中，學(xué)生會更充分地利用元認(rèn)知推理，思考協(xié)作同伴對故事內(nèi)容的理解，推斷協(xié)作同伴的隱藏意圖和期望，從而建構(gòu)自身的主體間性[29]。這項研究反映出參與協(xié)作童話故事寫作任務(wù)的重要作用在于：基于對話發(fā)生的空間，建立主體間性的空間，這并非由某個人主導(dǎo)，而是通過多主體之間的不斷交互實現(xiàn)的。

與前面兩類協(xié)作研究不同，這一類研究非常重視捕捉協(xié)作交互的細(xì)節(jié)，用以識別不同的活動單元，來分析協(xié)作交互對主體間性互動的影響。例如：研究者會記錄談話開始和結(jié)束的時間，說話的韻律以及特定單詞的音高，互動中使用的多種模式（如手勢、語言等）和符號資源（文本、圖片等）等。因此，這類研究需要建立一些合作機制、速記約定和話語分析的轉(zhuǎn)錄規(guī)范等來研究協(xié)作交互本身。例如：杰斐遜式轉(zhuǎn)錄規(guī)范要求記錄會話內(nèi)容的同時，還要記錄說話的方式，詳細(xì)說明話語內(nèi)容及其呈現(xiàn)方式之間相互作用的復(fù)雜性質(zhì)。滯后序列分析和社會網(wǎng)絡(luò)分析也常被用于進(jìn)行交互的過程挖掘。

4. 作為分布式交互的系統(tǒng)變化

在這類研究中，學(xué)習(xí)被認(rèn)為是系統(tǒng)（集體）層面的變化，系統(tǒng)由人和環(huán)境中的多個元素組成。學(xué)習(xí)可以被看作是這些組成部分“在復(fù)雜系統(tǒng)中進(jìn)行適應(yīng)性重組的過程”[30]。與前文所述三類不同，將協(xié)作視為分布式交互系統(tǒng)變化的研究者認(rèn)為，人、物體和工具在社會文化系統(tǒng)中相互作用，這種觀點與社會文化導(dǎo)向的研究者相似，都強調(diào)參與集體行動的重要性。例如：埃德溫·哈欽斯（Edwin Hutchins）基于社會文化系統(tǒng)中的互動視角提出了分布式認(rèn)知理論，認(rèn)為對協(xié)作學(xué)習(xí)的影響并不是由個體信息加工過程決定的，而是復(fù)雜性、群體性、系統(tǒng)性的綜合作用結(jié)果[30]。

布里吉德·巴倫（Brigid Barron）的研究《當(dāng)聰明小組失敗時》（When Smart Groups Fail）發(fā)現(xiàn)，小組中個體之間的關(guān)系會影響問題解決的結(jié)果，這種現(xiàn)象不能簡單地歸因于之前對小組個體能力的測量[31]。他發(fā)現(xiàn)交互的質(zhì)量，如對有價值建議的反應(yīng)（成功的合作小組往往積極回應(yīng)和討論正確的建議，而失敗的小組會忽視和拒絕這些建議）與問題解決的結(jié)果呈正相關(guān)。與第三類研究不同，這類研究關(guān)注的是小組作為一個集體的表現(xiàn)以及小組如何協(xié)調(diào)互動和活動，而不是僅關(guān)注多輪話語的細(xì)節(jié)以實現(xiàn)個人近期結(jié)果。因為這些研究者秉承了社會文化系統(tǒng)的觀點，認(rèn)為將協(xié)作簡化為個人的話語、行為和能力時，集體的作用就被忽視了。2010年，安妮塔·威廉姆斯·伍利（Anita Williams Woolley）團隊在《科學(xué)》上發(fā)表的一項實證研究，證明了集體中確實存在集體智慧（被稱為C因素），與個人智力無關(guān)，可用于評估協(xié)作的綜合能力[32]。麻省理工學(xué)院集體智慧中心在《集體智慧手冊》（Handbook of Collective Intelligence）中指出，集體智慧被認(rèn)為是人類群體通過交互使得群體智慧高于個人智力的現(xiàn)象，主要包括三種類型：認(rèn)知、合作和協(xié)調(diào)[33]。集體智慧的存在與測量為將協(xié)作視為分布式交互系統(tǒng)變化這一理解提供了協(xié)作學(xué)習(xí)評估的方法，具有重要意義。

盡管學(xué)習(xí)科學(xué)研究重視社會文化系統(tǒng)觀，并認(rèn)為將協(xié)作作為系統(tǒng)變化的分析十分重要，但在過去的研究中，第二類和第三類研究仍占據(jù)主導(dǎo)地位。這可能與學(xué)習(xí)科學(xué)研究圍繞學(xué)校教育展開有關(guān)。學(xué)校教育仍然以個體評價為主，只在某些方面強調(diào)群體評價，如選拔考試仍然以個體評價為主。這與過去三十多年來學(xué)習(xí)科學(xué)家多采用的制度化心理學(xué)研究思路密切相關(guān)。然而，隨著真實情境中的學(xué)習(xí)科學(xué)越來越重視非正式學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)情境從課堂學(xué)習(xí)拓展至博物館學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)等，系統(tǒng)論視角下的分布式協(xié)作分析為協(xié)作學(xué)習(xí)分析引入一種“內(nèi)生性”方法，拋棄了學(xué)校教育等外在評價指標(biāo)的影響，真正將協(xié)作視為持久的、被個體所認(rèn)同的、能夠產(chǎn)生集體智慧的團隊。在非正式情境中的協(xié)作學(xué)習(xí)，每個個體都是集體的一分子，我們更應(yīng)該關(guān)注個體如何團結(jié)合作，這也體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)文化中的集體主義精神。因此，可以看出，內(nèi)生性的協(xié)作分析是學(xué)習(xí)科學(xué)研究的新方向，具有引領(lǐng)性與創(chuàng)新性。

（二）強調(diào)社會文化歷史的民族志研究

聚焦非正式學(xué)習(xí)情境中的協(xié)作學(xué)習(xí)乃至更大規(guī)模的在線學(xué)習(xí)，民族志研究也是重要的研究方法之一。教育民族志研究者采用參與式觀察、深入訪談和文獻(xiàn)分析等方法，通過對教育情境的觀察和互動收集數(shù)據(jù)，并嘗試從這些數(shù)據(jù)中提取抽象的概念和理論，用于解釋和評估教育方案的效果和影響?；ヂ?lián)網(wǎng)時代，民族志研究也融入了數(shù)字化技術(shù)，并產(chǎn)生了一些小的分支。網(wǎng)絡(luò)民族志（Netnography）是其中之一，將民族志的理論與方法應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)情境中，以探究用戶在網(wǎng)絡(luò)空間中的行為和認(rèn)知[34]；量化民族志（Quantitative Ethnography）則更注重利用行為和文本數(shù)據(jù)分析來探究人類文化的普遍性和差異性[35]；互動民族志（Interactional Ethnology）則強調(diào)采用互動性的方法，如訪談、焦點小組和觀察等對特定社會現(xiàn)象展開研究[36]。這些分支的興起，為民族志的研究和發(fā)展帶來了新的思路和方法，也更貼近當(dāng)今數(shù)字化時代的社會現(xiàn)實。

（三）縱向探索認(rèn)知的發(fā)展與變化：微觀發(fā)生法

橫向研究（Cross-sectional Study），又稱橫剖研究、橫斷研究，通過在同一時間點上對不同群體進(jìn)行比較，來探究他們的發(fā)展趨勢。它具有易于實施、省時省力、調(diào)查面廣、指標(biāo)體系統(tǒng)一等優(yōu)點。但是，在調(diào)查的群體中，每個個體只被研究一次，因此，難以反映個體的變化。為了解決橫向研究所面臨的困境，發(fā)生法應(yīng)運而生。發(fā)生法（Genetic Method）是一種心理學(xué)領(lǐng)域中的縱向研究方法，用于研究某種心理現(xiàn)象的起源和發(fā)展過程。縱向研究（Longitudinal Study），也叫追蹤研究，它與橫向研究不同，通過在相對較長的時間內(nèi)對同一組或同一批被試進(jìn)行反復(fù)測量，以獲得對個體發(fā)展的深入認(rèn)識。微觀發(fā)生法則是發(fā)生法的一種特殊形式，能夠更為精細(xì)化地研究認(rèn)知變化的過程[37]，可追溯至20世紀(jì)20年代中期海因茨·沃納（Heinz Werner）的“微觀發(fā)生學(xué)實驗”[38]，以及列夫·維果茨基（Lev Semenovich Vygotsky）對該實驗及其使用方法的認(rèn)可[39]。學(xué)習(xí)科學(xué)家認(rèn)為，學(xué)習(xí)不只是發(fā)生在教學(xué)觀察中的罕見或者典型的事件，它是伴隨著思想持續(xù)不斷的、小步驟的、每時每刻發(fā)生的活動。微觀發(fā)生法旨在高頻率地研究學(xué)習(xí)全過程，因此，常被用于研究概念轉(zhuǎn)變。有代表性的微觀發(fā)生法研究涉及Schoenfeld[40]和Disessa的概念轉(zhuǎn)變研究[41]。

四、學(xué)習(xí)是一門設(shè)計的科學(xué)：實用主義

真實情境中的學(xué)習(xí)科學(xué)秉承的是實用主義范式。實用主義范式下的研究并非熱衷于發(fā)現(xiàn)真理與規(guī)律，而是致力于幫助人類解決問題[42]。這類研究多在真實情境下開展，研究者與實踐者之間是合作關(guān)系，遵循理論的發(fā)展與設(shè)計原則，這與張羽等人提出的研究目的是“實踐改進(jìn)”不謀而合[43]。在本體論層面上，實用主義認(rèn)為現(xiàn)實是各種思想在實踐中的產(chǎn)物。在認(rèn)識論層面上，實用主義認(rèn)為任何想法和行動，只要能產(chǎn)生實用的解決方案就是有用的。在方法論層面上，實用主義認(rèn)為單一的量化或質(zhì)性的研究方法具有局限性，所以倡導(dǎo)混合研究，但這并不是將不同的研究方法簡單地組合，而是強調(diào)方法的開放性和研究人員的多元化，以解決真實情境中的復(fù)雜問題[44]為抓手來選取具體的研究工具。

（一）基于設(shè)計的研究

早在20世紀(jì)80年代，一部分認(rèn)知科學(xué)家開始從教學(xué)實驗向設(shè)計實驗轉(zhuǎn)變，這意味著研究從“控制”取向轉(zhuǎn)而關(guān)注“設(shè)計”取向。安·布朗（Ann Brown）在促進(jìn)學(xué)習(xí)者共同體（Fostering a Community of Learners，F(xiàn)CL）的研究中，確定了基于設(shè)計的研究基本框架[45]。同時，阿倫·柯林斯（Allan Collins）在 “邁向一門教育設(shè)計科學(xué)”的匯報中詳細(xì)闡述了怎樣開展基于設(shè)計的研究[46]。這兩位學(xué)習(xí)科學(xué)家的貢獻(xiàn)推動了基于設(shè)計的研究的發(fā)展。

基于設(shè)計的研究（Design-based Research，DBR）是真實情境中的學(xué)習(xí)科學(xué)研究所倡導(dǎo)的典型研究方法，認(rèn)為學(xué)習(xí)與生產(chǎn)力是設(shè)計的產(chǎn)物，設(shè)計的范疇包括人、環(huán)境、技術(shù)、信念等。這類基于設(shè)計的研究與工程研究和設(shè)計研究類似，聚焦在某一特定的真實環(huán)境中，設(shè)計、構(gòu)建、實施和采用某一學(xué)習(xí)活動、技術(shù)方案、實施策略、理念等。研究是一個迭代的過程，關(guān)注過程、干預(yù)、合作、多層次，以實用為導(dǎo)向，以理論為驅(qū)動，產(chǎn)生新的理論以指導(dǎo)實踐。DBR的特點包括：（1）適合真實教學(xué)情景；（2）關(guān)注干預(yù)的設(shè)計和測試；（3）使用混合方法，產(chǎn)出設(shè)計原則、關(guān)注對實踐的影響[47]；（4）從問題出發(fā)[48]。

DBR在真實情境中會對設(shè)計干預(yù)進(jìn)行靈活迭代[49]，Hoadley和Campos利用簡單的要素表征了DBR的研究過程[50]，其中，循環(huán)迭代是DBR的關(guān)鍵。在迭代中，研究者會結(jié)合經(jīng)驗對他們設(shè)計的學(xué)習(xí)工具、方案或者干預(yù)措施進(jìn)行考量[51]。在每個周期中，研究者收集新的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)新的需求，調(diào)整現(xiàn)有設(shè)計（即在下一個周期中需要重新設(shè)計哪一方面以及為什么這樣做），并修訂實施方法（如參與者的角色、任務(wù)、反饋等）。每次迭代過程中都展開反思行為，使得DBR研究者能夠不斷調(diào)整理論、設(shè)計和實施之間的契合度，以便更好地提出新的原則與理論。

（二）指向“實踐改進(jìn)”的學(xué)習(xí)技術(shù)設(shè)計案例

這里以本團隊自主研發(fā)的在線交互式視頻系統(tǒng)為例介紹指向“實踐改進(jìn)”的設(shè)計案例。在基于設(shè)計的研究范式指導(dǎo)下，該系統(tǒng)主要經(jīng)歷了三個重要的迭代設(shè)計，每個版本的主要變更見表1。

這種技術(shù)的迭代并非臨時起意，而是根據(jù)實踐中用戶的反饋，結(jié)合一系列的測試與研究結(jié)果產(chǎn)出的合理迭代方案。在平臺設(shè)計探索中，對每個版本都進(jìn)行了相關(guān)的課程實踐與案例研究。具體的目標(biāo)、案例與參與者以及數(shù)據(jù)來源可見表2。1.0版本最初用作實驗的研究平臺，驗證了基于超視頻的“準(zhǔn)”同步交互對增強社會臨場感、降低認(rèn)知負(fù)荷的重要作用。2.0版本通過自然語言處理（Natural Language Processing，NLP）學(xué)習(xí)等多個實證研究收集學(xué)習(xí)者的反饋以對平臺做測試改進(jìn)。3.0版本正式投入實踐，與多所大學(xué)的研究團隊合作，提供在線課程。三個迭代周期的研究和實踐積累了大量的用戶平臺點擊流、評論內(nèi)容文本等數(shù)據(jù)，案例研究中還對參與者進(jìn)行了認(rèn)知負(fù)荷、社會臨場感等問卷調(diào)研，實驗成績前后測以及學(xué)習(xí)體驗訪談，并基于此對平臺做出迭代完善。

表2? ? ?交互式視頻學(xué)習(xí)系統(tǒng)的迭代實施情況

五、視數(shù)據(jù)為“經(jīng)驗”的數(shù)據(jù)密集型研究：

指向復(fù)雜性的“新經(jīng)驗主義”

通過不同研究范式及其折射出的學(xué)習(xí)觀可以看出，在有關(guān)學(xué)習(xí)的研究領(lǐng)域，理論和方法論的爭論已經(jīng)持續(xù)了幾十年，如行為和認(rèn)知與情境的關(guān)系、個體與集體的關(guān)系、時間尺度等。不同的陣營各自使用不同的理論基礎(chǔ)、方法論與實證研究來證明各自對學(xué)習(xí)的觀點與立場，造成了理論的斷層現(xiàn)象，這使得大多數(shù)的研究變得僅僅著眼于證明、改善或駁斥某一理論以及其實證研究發(fā)現(xiàn)。

我們亟待對學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)觀與方法論進(jìn)行系統(tǒng)化的整合?；趶?fù)雜系統(tǒng)觀，我們需要從分析的視角轉(zhuǎn)到綜合的視角，重新去審視學(xué)習(xí)理論的概念框架。復(fù)雜系統(tǒng)是由多個主體之間的交互形成的網(wǎng)絡(luò)，這些交互關(guān)系同時會遵循一些基礎(chǔ)的規(guī)則，如神經(jīng)元電信號之間的傳導(dǎo)、螞蟻覓食、鳥類遷徙等行為。復(fù)雜性研究中，一方面從集體視角關(guān)注多個交互個體涌現(xiàn)出了何種復(fù)雜集體行為，另一方面從個體視角關(guān)注單個個體是如何從集體交互中適應(yīng)并開展行動的。這些觀點可推廣至學(xué)習(xí)的情境中。邁克爾·J.雅各布森（Michael J. Jacobson）也指出，學(xué)習(xí)發(fā)生的情境是一個復(fù)雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包含不同層次的元素與主體，從微觀的神經(jīng)、認(rèn)知層次，到個人層次，再到宏觀的人際、文化等層次，不同層次之間存在交互、反饋和適應(yīng)，從而使整個系統(tǒng)產(chǎn)生在個體或局部層次上所不具備的集體復(fù)雜特征[5]。從復(fù)雜系統(tǒng)的視角來看，學(xué)習(xí)可以理解為：“在對各類復(fù)雜系統(tǒng)中涌現(xiàn)出的符號表征、結(jié)構(gòu)模式以及社會文化實踐的認(rèn)知過程中產(chǎn)生的變化”[53]。陳麗等人將復(fù)雜系統(tǒng)觀作為“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的世界觀，指出應(yīng)以現(xiàn)代系統(tǒng)論為基礎(chǔ)認(rèn)識復(fù)雜教學(xué)關(guān)系、以耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)識教育生態(tài)、以協(xié)同學(xué)視角認(rèn)識教學(xué)新規(guī)律[54]。田浩等人也提出了復(fù)雜性科學(xué)視域下的學(xué)習(xí)干預(yù)模型[55]。

與此同時，數(shù)據(jù)革命的爆發(fā)，使得人們開始重新思考在這樣的時代知識是如何產(chǎn)生的。在對知識是什么，知識是怎么產(chǎn)生的，和如何獲取知識的反思中，大數(shù)據(jù)使得各個研究領(lǐng)域開始審視一種新的研究范式出現(xiàn)的可能性。教育領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)密集型研究代表了一種新的研究范式，稱為新經(jīng)驗主義[56]。它在本體論層面上認(rèn)為，數(shù)據(jù)即為分布式的“經(jīng)驗”；在認(rèn)識論層面上認(rèn)為，這些數(shù)據(jù)經(jīng)驗受簡單規(guī)則的約束，需要對數(shù)據(jù)間關(guān)系進(jìn)行建模去發(fā)現(xiàn)人類尚未認(rèn)識的這些基本規(guī)律；在方法論層面上，以復(fù)雜系統(tǒng)建模為主，旨在深入認(rèn)識教育復(fù)雜系統(tǒng)中不同層次的元素和主體，以及它們之間的交互關(guān)系和演化機制。在學(xué)術(shù)界，與極端的新經(jīng)驗主義不同，數(shù)據(jù)密集型研究仍然奉行科學(xué)的方法，但是更包容溯因、歸納和演繹混合的方式去推動我們對現(xiàn)象的認(rèn)識?；谛陆?jīng)驗主義范式的數(shù)據(jù)密集型研究不同于實證主義范式下傳統(tǒng)的實驗研究所采用的演繹邏輯，并不是基于理論提出研究假設(shè)，而是在數(shù)據(jù)中提煉研究假設(shè)[57]。復(fù)雜性研究框架下的數(shù)據(jù)密集型研究為了解不同尺度和應(yīng)用場景中學(xué)習(xí)的機制、驅(qū)動效應(yīng)、演化機理提供了充當(dāng)“放大鏡/望遠(yuǎn)鏡”“顯微鏡”“撬動地球杠桿”的工具。

（一）作為“放大鏡/望遠(yuǎn)鏡”的數(shù)據(jù)密集型研究

放大鏡/望遠(yuǎn)鏡的作用是輔助我們看清一些不容易看見的細(xì)節(jié)。作為“放大鏡/望遠(yuǎn)鏡”的數(shù)據(jù)密集型研究主要被用作精細(xì)化地記錄學(xué)習(xí)，提供關(guān)于學(xué)習(xí)過程和結(jié)果的“高分辨率”量化數(shù)據(jù)。相比于傳統(tǒng)的自我報告問卷和量表測試方法，透過數(shù)據(jù)這個“放大鏡/望遠(yuǎn)鏡”，研究者更有可能捕捉到學(xué)習(xí)過程中關(guān)于交互、腦、眼動等行為和生理層面的證據(jù)。這類研究的立場偏實證主義范式，數(shù)據(jù)驅(qū)動的分析技術(shù)扮演提升研究者工作效率的工具角色。例如：靜態(tài)社會網(wǎng)絡(luò)分析（Social Network Analysis， SNA）常用來研究行為主體彼此之間的關(guān)系，或是表征整個社區(qū)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特征屬性，可用于在線學(xué)習(xí)社區(qū)提供學(xué)習(xí)狀態(tài)可視化、學(xué)習(xí)成效監(jiān)控及預(yù)測、協(xié)作學(xué)習(xí)評估、同伴支持推薦、學(xué)習(xí)者聲譽管理和社會臨場感知等學(xué)習(xí)支持[58]。

（二）作為“顯微鏡”的數(shù)據(jù)密集性研究

與放大鏡/望遠(yuǎn)鏡的作用不同，顯微鏡幫助我們看到另一個與我們處于完全不同尺度的世界。透過顯微鏡可以看到微觀細(xì)胞層面的世界，沒有顯微鏡，即使費時費力，我們也沒有辦法研究這類尺度的世界。在學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域，我們正需要作為“顯微鏡”的數(shù)據(jù)密集型研究。

學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域存在“路燈效應(yīng)（Streetlight Effect）”，醉漢只會在有光的地方搜索他丟失的鑰匙，但實際上還有許多沒有被光照到的“黑巷子”。學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域，認(rèn)知、情境、文化歷史活動等理論和方法可以被視為“路燈”，但發(fā)生在“黑巷子”里的學(xué)習(xí)還沒有被照亮?，F(xiàn)有的理論和方法不能完全解釋學(xué)習(xí)的發(fā)生規(guī)律。而作為“顯微鏡”的數(shù)據(jù)密集型研究則致力于探索“黑巷子”里的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)尚未觀測到或認(rèn)識到的學(xué)習(xí)規(guī)律。

舉例來講，心理學(xué)中的注意力研究主要對個體能力進(jìn)行評測，神經(jīng)科學(xué)研究中的注意力研究關(guān)注有意識的神經(jīng)競爭和選擇[59]，都是在實證主義范式下開展的研究。最新發(fā)表在《自然》子刊的研究成果[60-61]其實在很大程度上預(yù)示著，在互聯(lián)網(wǎng)這樣一個全新的信息空間下，簡化論與回歸論模型難以解釋不同層次上的學(xué)習(xí)交互。從作為“顯微鏡”的數(shù)據(jù)密集型研究出發(fā)，可以將在線空間視為一個開放的生態(tài)系統(tǒng)，從復(fù)雜系統(tǒng)的視角去表征集體的行為。2007年，Wu和Huberman首次采用“集體注意力（Collective Attention）”這一概念來表征在互聯(lián)網(wǎng)這樣一個自然、非實驗情境下大規(guī)模群體與有限信息資源的交互動態(tài)過程[62]。自此，一些研究開始關(guān)注集體注意力在資源上的競爭[60]、消退[63]以及流轉(zhuǎn)[64]等規(guī)律。近年來，有研究者致力于揭示這些規(guī)律背后的動力學(xué)機制。例如：Lorenz-Spreen等人揭示了集體注意力加速的動力學(xué)機制[60]；張婧婧等人以大規(guī)模開放在線課程為例，對開放靈活學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)者集體注意力進(jìn)行建模，發(fā)現(xiàn)集體注意力在資源間流轉(zhuǎn)時會以近26%的速率流失，同時，不同績效群體在集體注意力的積聚與耗散上也存在顯著差異[65]。這些研究都證實了在線教育中的學(xué)習(xí)者與不同學(xué)習(xí)資源交互的過程可以外顯地表征為注意力這一能量的積聚、流轉(zhuǎn)與耗散。

（三）作為“撬動地球杠桿”的數(shù)據(jù)密集型研究

不同于前面兩種研究，作為“撬動地球杠桿”的數(shù)據(jù)密集型研究則致力于探索隱藏在真實情境之下的普適性規(guī)律。這種普適性規(guī)律是根本性的、跨尺度的、能夠體現(xiàn)課程或者教學(xué)組織形態(tài)的基本法則。不同于簡化論使用變量來表征真實世界，這類研究旨在構(gòu)建一個復(fù)雜系統(tǒng)來表征符合真實世界的演化模型，在這樣的網(wǎng)絡(luò)模型上來發(fā)現(xiàn)隱藏于真實情境下的普適性規(guī)律。20世紀(jì)30年代，馬克斯·克萊伯（Max Kleiber）提出著名的克萊伯定律（Kleiber's Law），指出對于很多動物，其基礎(chǔ)代謝率水平與體重的3/4次冪成正比[66]。這個定律無關(guān)乎生物的種屬，無論是小到一只老鼠，還是大到一頭大象，都近似地符合這一定律。教育領(lǐng)域是否也存在類似的物理法則？這其實應(yīng)該是教育大數(shù)據(jù)與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模研究的重心。類比生物學(xué)中克萊伯的3/4定律，我們嘗試將學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的集體注意力流視為與外界進(jìn)行“能量消耗”（集體注意力的積聚與耗散）來維系課程學(xué)習(xí)空間的“體重”（集體注意力的流轉(zhuǎn)量）。研究發(fā)現(xiàn)，課程空間中，學(xué)習(xí)者與外界交換消耗的集體注意力，會隨著總注意力流轉(zhuǎn)量的增長呈現(xiàn)類似的生物體異速增長趨勢。冪律法則中的參數(shù) r 可作為集體注意力保有率的指標(biāo)，并且這一指標(biāo)不受時間、學(xué)習(xí)者人數(shù)與點擊總量的影響，是一個相對恒定的指標(biāo)[59]。這類研究致力于探索隱藏在真實情境下可建構(gòu)的物理世界中影響真實情境的“無形的手”，是我們真正想要發(fā)現(xiàn)的普適性規(guī)律。

六、結(jié)? ?語

學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)觀和研究范式相互交織，共同推動該領(lǐng)域的發(fā)展。隨著時間的推移，學(xué)習(xí)科學(xué)的理論演進(jìn)和概念的不斷演化從未停止，從實踐邏輯出發(fā)，研究范式和方法論也在不斷進(jìn)步。學(xué)習(xí)科學(xué)家，不論他們是實證主義的支持者、解釋主義的擁護(hù)者，還是實用主義的追隨者，都應(yīng)該真正認(rèn)可新興范式創(chuàng)新所帶來的機遇和挑戰(zhàn)。教育領(lǐng)域的范式多元化使學(xué)習(xí)科學(xué)研究變得更加豐富，但我們需要避免誤解不同研究者所持的范式，同時也應(yīng)避免在研究設(shè)計中混淆本體論、認(rèn)識論和方法論的立場。這不僅是范式的并存，更是對不同研究方法和理論的真正理解。我們需要以更加開放和包容的心態(tài)來接受教育領(lǐng)域中范式的多元共存和相互融合的現(xiàn)實，努力理解解釋主義所強調(diào)的個體經(jīng)驗、實證主義的操作性定義、實用主義中的設(shè)計原則以及新經(jīng)驗主義的動態(tài)建模思維。將西方理論與中國智慧相結(jié)合，更好地認(rèn)識各種研究范式的意義和局限，聚焦于真實的學(xué)習(xí)情境，促進(jìn)學(xué)習(xí)觀與研究范式的不斷創(chuàng)新。

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Learning Theories and Methodology in the Learning Sciences：

Paradigm and Practical

ZHANG Jingjing，? NIU Xiaojie，? HUANG Yicheng

（Faculty of Education， Beijing Normal University， Beijing 100875）

[Abstract] On the question of "how people learn"， academics have gone through a change from the "science of learning" which emphasizes cognition and brain to "the learning sciences" which emphasizes the context. The logic behind this change is closely related to the view of learning， the research paradigm， and practical logic that researchers uphold. The development of behaviorism and the first-generation cognitive science promoted the vigorous development of the positivism paradigm and experimental studies. The second-generation cognitive science highlighted the importance of real situation， elevating constructivist and interpretivism paradigms. From the 1990s onwards， the pragmatic paradigm and design-based research， aiming at solving real problems， have become the important research methods in learning sciences. Nowadays， the development of learning analytics， driven by big data， has given rise to the "new empiricism" paradigm that points to complexity. This data-intensive research， primarily focusing on complex system modeling， seeks to open the "black box" of learning， and explore the interaction and evolutionary mechanism of learning. This paper systematically reviews and compares learning theories， research paradigms， and related practices in the four major stages of development in the field of the learning sciences， aiming to promote the theoretical and practical integration and innovation in the learning sciences.

[Keywords] The Learning Sciences; Learning Theories; Research Methods; Research Paradigm