如何从大脑研究和教学法原理看设计有效学习环境的10条核心原则？
从大脑研究和教学法原理看设计有效学习环境的10条核心原则
19 04 2007
发表时间: April 2007
原文链接: Ten Core Principles for Designing Effective Learning Environments: Insights from Brain Research and Pedagogical Theory
原文作者: Judith V. Boettcher
翻 译: Paula
审 校: Vovo
关于大脑如何工作的研究发现(Bransford, Brown, and Cocking 2000; Damasio 1999; Pinker 1997)正在激励人们重新检查教学经验设计的传统原则。该研究的认识不仅有助于加深我们对传统核心学习原则的理解，也能就如何在新的高科技环境中进行教学设计提供实际指导。
将最新的研究与传统学习原则和教学设计相结合，会加深我们对思维和学习过程的理解。以下10条学习原则对此做了说明。这里概括的原则既可作为在线环境也可作为传统学校教室里的学习经验设计指南。
核心学习原则1：每个结构化的学习经验有四个元素，学习者是其中的核心
第一个核心学习原则提供了一个框架，通过识别学习经验中每个元素的角色，该框架有助于简化指导设计的复杂性。这个框架(LeMKE)有四个元素——学习者，导师/教师，知识和环境（Boettcher 2003）。可以通过想象这样一个学习经验得到该原则：“舞台上”的学习者在某一环境里，在导师/教师的指导下积极学习一套包括知识/内容/技能的资源。
当然该框架有许多不同形式，但是所有教学经验都有这四个元素。第一个元素，学习者，可以是一个单独的学生或一组学生。比如在合作学习或小组学习活动中，多个学习者可以同时上台，但是每一个学习者的学习经历都或多或少有所不同。第二个元素是为学习者提供指导和支持的导师/教师。导师/教师可以本身出现在舞台上，也可以待在角落里指导学习者，或者只是通过设计指导活动而模糊地存在。这个元素也可以是教师提供辅导和指南的课本或视频等无生命的学习目标。
第三个元素是学习经验所侧重的知识，内容或问题，这些都是教学经验的关注重点。用教学设计术语说，知识部分回答了下面的问题：教学试图帮助学生获得何种知识，技能和态度。比如在地理课上，知识或技能可能要求学生熟练辨别不同的岩层以重新组建某一特定背景的自然史。第四个元素，环境是由“教学什么时候发生，人物，地点和资源都是什么？”这个问题的答案所决定。例如，教学经验的结果可能是学生识别不同类型的沉积岩，他们可能被发现的位置以及找到他们所需要的过程。这可以在虚拟环境中完成，学生在三维中检查岩石，也可以分派学生到野外实际采集真实标本，摄影，利用移动手持摄影技术把样本和招聘汇集在一起。另外一个提供私人化个性化的学习机会的任务可能是建立网站，拍电影或其他多媒体资源。
不论是什么情景，学生才是学习经验的中心：学生在舞台上，由老师设计的任务所引导来获取任何可能需要的资源，并从经验中获得有用的知识。这种基础设计框架是其余原则的背景。
核心学习原则2：每次学习经验都包括学习者之间互动的环境
每次学习经验都发生在学习者与内容，知识，技能或专家互动的环境中。环境可以很简单——比如在家，单位或其他社区空间中的一名学习者和一种环境(Oldenburg 1999)。环境也可以复杂，比如在教室，图书馆，媒体中心或咖啡馆里的几名学习者和众多资源。另外一种环境可能是同步虚拟见面地点，比如几名学生在不同地方与许多资源在线合作。在这些环境中的任一环境里，教师参与和出现都不相同。
教师们在设计一套课程经验时预期的问题是任何一个具体的教学活动可能发生的地点，时间，任务以及资源都是什么，预期的结果是什么？这个经验是不是一个小组利用同步会议工具共同计划团队项目？这场活动是否是两名学生一组采访餐馆工作人员，调查他们对公共健康条例是否了解？或者是一个独立的学生进行复杂模拟的经验？在设计有效学习环境时，随着教师为学生寻找可用的最佳学习经验的组合，他们面临一系列选择。
不论具体环境是什么，精心规划的课程可以为学生提供各种互动选择。例如，精心规划的课程可以平衡三个层面的互动：教师-学生，学生-学生以及学生-资源。此外，精心规划的课程还可以平衡三种类型的活动：个人活动，小组活动和大组活动。通过确保课程设计内多种渠道的沟通，参与和合作，教师可以提供一个满足所有学生需求和学习类型的组织丰富的环境。
核心学习原则3：我们塑造我们的工具，我们的工具也塑造我们
我们塑造我们的工具，我们的工具也塑造我们这一事实乍一看是一条很奇怪的学习原则。然而这条原则出自这样的事实，即学习只能在上下文中出现——也就是如前文所说，通过人与学习环境的互动。学习的上下文特性根源于Dewey(1933)和 Vygotsky (1962)的理论，而且还不断出现在近期研究中, 例如Damasio (1999)和Bransford(2000)。这些理论中所预想的环境包括具体学习经验中的所有工具，资源和人物(Daniels 2001)。
在任何学习环境中工具都很重要。在过去，教师讲课，学生记笔记，学习过程在相对有限和离散的工具与技术环境中展现。现在学习环境复杂得多，包括网络，所有学生和教师通过它都能获取强大的数字工具，用于沟通和研究。在20世纪90年代中期出现了第一次浪潮-笔记本大学，紧随其后的是无线和可以上网的手机，现在我们身处移动和手持数字工具的第三次浪潮中。所有学习者和老师都有自己的笔记本电脑和iPods 及 PDAs等其他移动工具的学习环境改变了教学经验。同时，学生们已经发现了即时消息，在线论坛，博客和wiki的创建社区和联网的力量，虽然他们偶尔也使用电子邮件。这些工具极大地改变了学习者和教师之间的关系和沟通模式。
虽然这样的变化是多样的，通常它们都需要重新排列教师角色和学生学习活动。在一个充满这些工具的环境中，教师从教室沟通模式的中心——这在传统的学习灌输模式中很普遍——退到旁边。接着，随时随地可以获取的通讯工具使得学生很容易超越有组织的课程结构和内容。这些工具的对课程设计的另外一个显著影响是随着课程内容范围的消失，学生可以定制自己的学习经验。现成的移动工具支持着信息的访问和流转，使得实时事件，全球视角和散布的资源得以迅速并且及时地更新。教师所说的每一句话都受到学生通过Google搜索的挑战，补充和确认。老师们对这些工具所创造的学习动力和关系变化感到惊奇；同时，许多老师现在都很积极地欢迎这些变化，因为他们认识到学习者在学习中更投入更积极所带来的诸多好处。
核心学习原则4：教师是学习经验的指导者
与当前学术潮流一致，LeMKE框架把学习者放在中央舞台上，但是它也强调导师/教师的关键角色。教师的角色是设计和组织课程经验，在教学活动中指导支持学习者，评估学习者的结果。在戏剧术语中，教师是学习经验的导演，而不是舞台上的传播知识的圣人。当教师扮演“圣人”时，从学习内容，组织内容和与沟通内容中得到收益的人是教师。设计有效且高效率的学习环境的目标之一是让学生深入地学习该内容。支持这一观念转变的策略包括让学生管理论坛，为其他学生准备概念摘要和范例，作为该课程的一线管理员承担更大责任。老师不需要在周六下午2点出现来监督问题讨论，但是通过在线形式的沟通，学生们可以正式或非正式地全天候彼此支持。
而且，技术在学习环境中的角色可以以其他方式重新分配教师的教书职能。特别地，不是所有教书职能都需要在某一个人承担，而可以由指导团队中的不同成员承担。例如，在开发过程中，在线课程的设计和开发可以由课程设计师与高级教师合作完成。在上课时，另一名教师可以接管指导，支持和评估学生学习的功能。伴随这种教学职能分配的更大灵活性的是学生同样体验到的在时间和空间上不受限制的自由。老师可以从任何有带宽无线连接的地方监督学生学习，帮助他们讨论。
问题不是教师将会减少参与课堂，而是这些教学新选择为教师提供了更有效的方法来让他们的专业知识起到推进作用。利用技术鼓励同学之间的学习,学生因此得以更好地从教师那里得到专门指导和反溃同样地，把课程设计和指导团队融合的更重要的一个连锁反应是教师有更多时间辅导学生的学习过程。更少时间花费在管理和技术问题上，而更多时间用于思维形成上。
核心学习原则5：学习者把他们自己的知识，技能和态度带进学习经验中
学习原则五强调把学习者当成独立个体。许多课程都设计有一套核心概念和知识供学生学习；但是，如果我们把教书工作做好，我们的学生就会把这些新的核心概念与他们独特的知识结构相融合，丰富扩大了他们的有用知识。每个学习者的大脑都和每个人的指纹和DNA一样独特，学生的不同经历使得他们的知识基础不可避免地更加个性化。因为我们的目标不是开发标准化的大脑，所以创造有着共同经验但却彼此相异有创造性的大脑是个更好的结果。
设计学习环境的过程包括预期课程开始时学习者大脑的现有知识结构。学生们是否带着一个“乱麻”大脑就来了，里面充满了艺术，生物，电力和通讯等知识的复杂组合，还是他们的大脑里都是琐碎的，无不关联的只言片语的信息，好象丛生的杂草，干枯的荆棘或者荒芜的冻土地带？他们的头脑模式和图象有多丰富？
一条相关的教育原则劝告老师们从学生已经知道的入手，而且近期的记忆研究也通过演示学生现有智力模式对新知识的影响证实这条原则(Damasio 1999)。学习的过程可以被定义为我们的大脑为新信息寻找接收器节点，并将该信息安排进有用心理模型的过程。当学习者在很短时间内遇到不止一个概念，而是很多新的不熟悉的离散事物时，他们必须把这个新知识与现有节点和模式相连接。概念越多，模式越多，大脑结构中的相互关联越多，接收器节点也越多。对于认知研究者和指导者，这条原则都适用：“你知道的越多，你就能够知道更多。”
教师进入到学生现有知识或心理模式的方法之一是问学生他们都已经知道——或者认为他们知道些什么，然后开始一次学习经历。在传统教室里，老师通常在某门课程开始时通过课堂讨论或者通过非正式写作任务比如让学生讨论他们的个人兴趣，学习目标，教育背景等来获得此信息。接着，当前的技术工具为导师们获取这些宝贵的学生信息提供了更广泛的渠道。对此目标有帮助的工具包括论坛，学生回答系统，评估当前技能以及较复杂形式的知识的在线测试模块。比如，英语老师可以设计针对某个语法使用的在线测试，以便评估在大一学生第一周写作课时评估学生的熟练程度。同样地，历史老师可以要求新入学的学生在在线论坛上分享他们关于美国内战的知识，然后相应地计划随后的课程模块和任务。通过在课程开始就了解学生已经掌握的知识，教师们可以设计更有效的学习经验，帮助知识随着时间增长。
核心学习原则6：每个学习者都有最近发展区，决定了学习者准备发展成为有用知识的空间
了解学习者的知识结构状态有助于识别学习者的最近发展区。如Vygotsky所说，学生的最近发展区(ZPD) 是
。。。独立解决问题所决定的实际发展水平和在成人指导或与其他能力更强的同龄人合作时解决问题所决定的潜在发展水平之间的距离(1978, 86)
更简单地说，ZPD 明确了学习者准备发展为有用知识的空间。这个概念与教学法知识中的传统准备就绪原则相似(Bruner 1963; Knowles等. 1998)，但它对个体的关注,以及强调学生任一时间准备学习的知识类型和概念有更多特殊性,让这种理论更为有力。
Vygotsky关于最近发展区的概念不仅突出了学生知识初步评估的重要性，它也表明任何一个学生的学习机会窗口可能比我们预期的校当学生们说自己完全迷失时，他们可能在表达脱离自己区域的这种感觉。当学生们坐回去，明显地思想抛锚，这意味着他们可能已经丢失了概念之间的关联的这个环节。当团队或讨论组里出现这种情况时，课堂文化需要支持学生提问，这样他或她才能再“连接”回去。否则对于学习者而言时间可能都浪费了，而且学习者可能会落下更多内容。
这个区域的概念为想要维持有效学习的老师带了巨大挑战。在课程中教师如何对学习者的ZPD保持精确感觉？能够让导师定期检查每一位学习者的学习社区元素是什么？支持学生提问的舒适度元素又是什么？
ZPD原则强调了老师对学生理解和能力要有连续警觉。该原则鼓励在课程经验中让学生更早地更连贯地给出内在反馈和演示。学生提问，评论，参与和输出都是更准确地确定学生概这念开发进程或状态的方法。这里同样地，在解决这个挑战时技术也扮演了至关重要的角色，不论是通过学生论坛获取这些信息，通过聊天定期单独辅导学生，还是不时通过更正式的网络测试评估学生对教材的掌握与理解。
核心学习原则7：概念不是文字；概念是有组织又相互交错的知识丛
这条原则还是来自Vygotsky，虽然简单但却意义深远。概念的形成不是一次性活动，相反，它是一系列智力运作，包括注意力集中，概括，合成和象征化 (Vygotsky 1962)。同样地，Freeman也把意义同化描述为“连续近似值”过程 (2000, 15)。这对设计学习经验和课程意味着什么？
当面临新的领域或学科时，学生们通常侧重于学习该学科的词汇，但是这个行为经常与概念理解像脱离，而正是概念赋予单词意义。没有了潜在的概念，单词就如同离散的杂草和种子，随时被时间之风吹散，通常都是考试后的数小时内。
流行的新教学原理提倡使学生的思维可见(Collins, Brown及 Holum 1991; Bransford, Brown, 及 Cocking 2000)。让思维可见要求学生创造，交谈，写作，解释, 分析，判断，汇报和提问。这些活动让学生自己，老师以及其他学习者弄明白他们了解或不了解什么，他们对什么感到疑惑，对教材的哪些地方感到好奇。这些活动鼓励学生从概念意识到概念获得的转变，在其中建立了一系列的智力活动(Vygotsky相信这些都是概念获得所需要的)。
论坛，博客，日志和小组学习都是让学习者扩大思维模式，澄清概念和建立有意义的连接和关系的优秀策略。在这种背景下，在线工具极其有价值，因为它们提供了公共论坛，在这里学生及导师都可以完全看见概念形成，提炼，应用和修正的累积和逐步过程。通过提供对概念如何通过各种知识得以形成的全面记录，网络可以帮助学生深入了解学习内容,记忆得更持久.
核心学习原则8：不是所有学习者都需要学习所有课程内容；但是所有学习者都需要学习核心概念
这条学习原则强调的是LeMKE框架的四要素之一：学习经验中的内容，知识或技能。这个学习原则强调了作为学习手段的课程内容和将由学生掌握和发展的核心概念的区别。不是所有内容都相等；任何课程都只有一部分是核心概念知识；随着学习者应用，练习和技巧获得领域越来越个性化，剩余内容会出现。
把课程内容想象成有同心圆的大饼（图1）。最里面的一层代表核心概念，中间层是学生解决简单问题时对核心概念的初始应用；第三，学生解决复杂问题或新问题时对核心概念的应用；第四，学生在自己选择的独特的背景中对核心概念的应用。目标是让所有学生掌握包括整个核心概念在内的稍微远离中心的一角大饼。虚线表示学生可能掌握的课程内容的一部分。随着学生在课程内容的各个水平培养了专业知识，他们逐渐根据各自的需求和优先选择引导自己的学习，使之个性化。
图1
我们如何提供这种程度的内容灵活性和个性化？混合或在线学习环境中使用的课程网站提供更广泛的资源来支持各种类型的问题分析和个性化的体验。课本的大小或成本不再限制内容的选择和可用性。如果学生得到鼓励，他们会自然而然地倾向于这些与他们自己最近发展区相匹配的资料和经验。这意味着设计课程要提供通往丰富的内容与体验的道路。关于内容数据库以及与课程的一体化可能需要随着时间而发展，但原则已经很清楚。另外，需要鼓励学生来开发他们如何学习，什么样的策略和材料适合他们的元认知意识。要达到这个目的，教师可以设计课程作业，其中包含关于如何和为何进行信息处理的讨论和交流，逐渐了解他们目前所知。
核心学习原则9：不同的学习成果需要不同的指导
Robert Gagne是大家公认为的学习设计学科之父，他在《学习条件》（1965）里写到不是所有指导都相同，不同学习结果需要不同类型的指导。虽然今天这不是惊天动地的理念，在1965年时这是相当新颖的。
这条原则意味着教师所做会影响学生所做，所学，以及学生所能掌握的的概念。该原则也强调了同时进行指导和评估设计，把评估融入指导活动的指导设计实践。该原则鼓励我们回答下面的指导设计的问题：你希望你的学生发展培养何种知识，技能和态度。然后设计教学活动以完成这些目标，并确定什么样的证据能够说明学生已经达成目标。
将学徒经验，实习和更复杂的解决问题模拟与教学经验逐渐融合是这条原则的一个范例。如果希望学生成为大厨师，他们可能需要烹饪；如果需要的技能是成为企业家，学生可能需要在实习环境中作为学徒服务或者至少在企业家活动中实习。这个原则的作用也和飞行员在模拟机上培训以及学生在模型环境中练习实验室技巧一样。在老师设计课程时，他们应该确保他们明确规定他们想要达到的结果，确保学习经验连贯地支持和评估这些结果。
核心学习原则10：其他条件都相当时，在一个任务上花费的时间越多就等于学习得越多
这个原则有着传统根源。基本上就是任务所花时间的原则。简单说这意味着随着学生花更多时间与信息互动并联系该技能，他们就更精通，更熟练，也更有信心。任务时间帮助学生把知识变成自己的。学习本身是有益而且有趣的事情。如果我们设计很好的经验，学生将花更多时间与课程内容互动，培养更复杂，彼此关联的知识结构和有效行为。
作为学习指导者，老师应该找到并识别有助于形成概念，联系和问题解决的组织良好的材料来鼓励在任务上多花时间。这包括识别位于正确最近发展区的引人入迷又有刺激性的内容。介于目前并不能精确地把内容和时间与每个学生的最近发展区想匹配，确保搭配的最佳方法就是让课程内容和课程体验能够丰富多彩。随着学生们元认知意识的培养，他们也会自然而然地寻找和确定适合他们的资源和经验。
任务时间原则的结论是如果我们把信息按块安排，学习效率就更高。在现在的虚拟媒体环境中，模拟，动画和生存世界如SimCity【译注：一款模拟都市建造和发展的游戏】都是有力的“学习块”。分块正是游戏和角色扮演受欢迎又有价值的原因。游戏和模拟的其他宝贵特性是其不可预测性，互动性和无限多样性。一成不变的，可预测的和静态学习资源比如书本，预先编排的辅导资料，线性视频经验越来越无趣，也越来越不吸引人。学习经验动态性与互动性越强，学生越有可能在学习过程中投入更多时间。
结论
当前关于学生如何学习的研究照明了教学过程。从该研究中得到的并与传统学习原则相结合的认识帮助引领我们设计学习环境，以便教与学能有更高的效率，也更有效。
对这些原则贡献最大的认识之一是每个大脑在结构和累计经验方面的独特性。我们每个人经历和记忆活动只略有不同。这种认识和世界观的丰富性既是挑战，又是潜在的创造力。每个学习者的独特性和每个学习者认识的丰富性的结合有力地说明了教学法不仅要强调掌握知识，内容和技巧，也应该侧重于社区，文化和伦理学。
最后，我们的校园环境——实物和在线的——是有组织的教学发生的地方。正如我们评估和重新设计教师和学生之间的教学过程一样，我们也必须重新设计这些过程发生的环境，确保我们选择的设计和工具支持我们负责培养的独特大脑的成长。
[注：本文节选自2004年11月9日创新联盟信息技术大会上的一篇演讲稿。这些理念的较早版本已经在《校园技术》上发表，并用于教师开发工作组。]
参考书目：
Boettcher, J. V. 2003. Design levels for distance and online learning. In Distance learning and university effectiveness: Changing educational paradigms for online learning, ed. R. Discenza, C. Howard, and K. Schenk, 21-54. Hershey, PA: Idea Group.
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Note: This article was originally published in Innovate (http://www.innovateonline.info/) as: Boettcher, J. 2007. Ten Core Principles for Designing Effective Learning Environments: Insights from Brain Research and Pedagogical Theory. Innovate 3 (3). http://www.innovateonline.info/index.php?view=article&id=54 (accessed April 17, 2007). The article is reprinted here with permission of the publisher, The Fischler School of Education and Human Services at Nova Southeastern University.
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