第六章 學習環境設計
本章我們討論有關學習環境設計的新知識及其意義，尤其是對學校的意義。學習理論並沒有對有效學習環境設計提供一個簡單的處方；同樣，物理學雖強調但也沒有規定怎樣建一座橋（比如,Simon,1969）。然而，學習科學的最新發展對學習環境設計提出了非常重要的問題——這些問題集中在重新思考教什麼、怎麼教、怎樣評價等方面。本章主要對學習環境的一般特徵用學習科學新近發展進行檢驗。第七章提供詳細的數學、歷史和科學教學案例——這些案例使本章所討論的論點具體化。
我們以第一章所呈現的觀點——即學校學習的目標在上個世紀已經發生了一些重大變化，來開始學習環境的討論。比起100年以前，現在每個人都對今天的學校提出了更高的期望。現代學習理論的一條原則就是不同的學習目標需要不同的教學方法（第三章），教育的新目標要求改變學習的機會。討論完目標的變化後，我們從四個視角探索學習環境設計，這四個視角在有關人類學習方面提供了特別重要的信息，表示學習環境的程度，它們是學習者中心、知識中心、評價中心以及社區中心。接下來，我們分別界定這四個視角，並解釋它們和我們在本書一到四章所討論的問題有什麼聯繫。
教育目標的變化
如第一章所討論的，21世紀的教育目標和以往的教育目標有很大的不同，當我們在責備學校「每況愈下」的時候，應該牢記這個變化。在許多情況下，學校似乎與以往一樣在起作用，可是學校所面臨的挑戰和外部對學校的期望已經發生了巨大的變化（比如,Bruer,1993;Resnick,1987）。
想想19世紀早期的學校教育目標，寫作教學對準的是註釋技巧，由老師口授，也就是口頭信息轉換成書面。直至20世紀30年代，在歐洲的大多數國家，寫作教學才普及到大眾，學校開始要求學生把他們的文章寫出來。即使是那時，寫作教學的目的很大程度上是給學生教一些模仿非常簡單的文體的能力。直到20世紀30年代才出現了要求小學生用書面語表達思想的觀點（Alcorta,1994;SchneUwly,1994）。就說寫作，也是到了相對晚些時候，才要求所有學生分析、解釋他們所閱讀的東西。總之，以實用為目的的讀寫能力的定義從最初能夠簽名轉變到後來的書記，再到能夠閱讀新的信息資料（Resnick and Resnick,1977），參見背景資料6.1。
背景資料6.1文化素養：過去與現在
殖民者們只要能寫他們的名字（簽名），或者只是在契約上打個X，他們的文化就足夠了。當19世紀大批的移民到來後，教育家們敦促學校教坐滿教室的外國兒童們「背誦能力」。這種能力就是拿起書，滔滔不絕地背誦有關美國基礎的課文，比如獨立宣言的開始一段、蓋茨堡演講的一部分，或者布賴恩特（Bryant）、朗費羅（Longfellow）的部分詩歌。隨著第一次世界大戰的到來，需要大批人員到國外處理新設備，軍隊的測試者們重新界定了閱讀。讓軍人一下子無所適從的是，他們所要通過的閱讀測驗不再是原先那熟悉的段落，而是要當場理解從未謀面的材料。1914年「精挑細選的閱讀能力測驗」的那場變革，在目前看來是不充分的。人物、事件、時間、地點或方法的確定顯然不能形成推理、問題，或者我們現在用來定義全面或「高級讀寫能力」的觀點。在一個由年輕女孩子、貧窮的少數民族學生、學習能力欠缺的學生組成的班級裡，讓所有學生都去讀（不是背誦）和寫（不是抄寫）莎士比亞、斯坦貝克（Steinbeck），這種想法是積極的、充滿希望的，因為它背棄了由來已久的讀寫觀念，即服務技能是大眾的，而生成反思類讀寫則為少數人所擁有，即認為素養只是少數人掌握的生成性、反思性的讀寫技能（Wolf,1988）。
20世紀初期，提供大眾教育被許多人看成是類似於工廠的批量產品。學校的管理者們都渴望用工廠的「科學」組織形式組織有效的課堂。兒童被當作原料由技術工人們（老師們）進行有效的處理，以取得最後的產品（Bennet and LeCompte,1990;Callahan,1962;Kliebard,1975）。這種方法試圖對原料（兒童）進行分類，把他們當作流水線上的產品一樣對待。教師的工作就像工人，他們執行他們的監工——學校的效率專家（管理者和研究人員）的指示。
效仿工廠的效率促進了對「產品」的標準化測驗，促進了教師的文書工作，記錄成本與進展（通常以教學為代價），促進了中心區權威對教學的管理，這些權威既沒有教育實踐經驗，又沒有教育哲學的指導（Callahan,1962）。簡言之，工廠模式影響了學校的課程、教學以及評價等的設計。
今天，學生們需要理解他們知識的目前狀態，並建設之、改進之，而且在不確定的情形下做出決定（Talbert and McLaughlin,1993）。約翰‧杜威（1916）把知識的這兩點見解視作為以前的文化成就和置身於積極的過程的「記錄」，以「做」來表示。比如說，做數學包含著解決問題、抽像、發明、證明（參見,Romberg,1983）。做歷史包含對歷史文獻的建構與評價（參見,Weneberg,1996）。做科學包含諸如通過實驗及觀察檢驗理論的活動（Lehrer and Schnauble,1996a,b;Linn,1992,1994;Schwab,1978）。社會期待學校系統的畢業生們能夠識別、解決問題，並且終身為社會作出貢獻，期望他們展示我們在第三章討論過的他們的「適應性專長」的質量。達到這一目標要求重新考慮教什麼、教師怎麼教、怎麼評價學生的學習。
圖6.1學習環境透視。
資料來源：Bransford et al.（1998）。
本章下面的部分圍繞圖6.1來展開，舉例說明學習環境的四個視角，主要是根據前幾章討論的學習原理中有關學習環境的重要性論述。雖然我們分別討論四種視角，實際上，它們之間相互聯繫、相互支持（Brown and Campione,1996），形成一個整體概念（如,Brown and Campione,1996），我們先逐個討論，然後描述它們如何整合。
學習者中心環境
我們用「學習者中心」這個術語指這樣一種環境，學習者們將他們的知識、技能、態度、信仰帶到其中，這些學習者帶來的東西在這裡都必須得到足夠的注意。這個術語還包括教學實踐中已經被稱為「文化響應」、「文化適合」、「文化和諧」以及「文化相稱」（Ladson-Bi11ings,1995）的思想。這個術語還和「診斷性教學」（diagnostic teaching）的概念相吻合（Bell et al.,1980），試圖發現學生對所面臨的問題的看法，小心翼翼地討論他們的錯誤概念，給他們創造一種情景，使他們能繼續思考，重新調整他們的看法（Bell,1982a:7）。學習者中心的教師承認學生帶進教室的觀念和文化知識對學習的重要性。（參見第三、第四章）。
診斷性教學為我們提供了一種實例，使我們能夠從學生的知識結構出發。基於診斷的信息可以從觀察、提問、談話、分析學生活動的結果中獲得。關鍵性的策略是促使學生解釋、發展他們的知識結構，方法是要求他們對各種各樣的情景進行預測，並解釋各種預測的原因。通過挑選涉及已知錯誤概念的關鍵任務，教師能夠幫助學生們檢驗他們的思維，弄清楚為什麼他們的各種各樣的想法需要改變，以及怎麼改變（Bell,1982a,b,1985;Bell et al.,1986;Bell and Purdy,1985）。這種模式是使學生進入認知衝突，然後討論這些相互衝突的觀點（Piaget,1973;Festinger,1957）。「要促進學習，很重要的一點是在一個固定的情景中將注意集中在結構的有控制的變化上……或者是有意地將一種結構從一種情景轉化到另一種情景」（Bell,1985:72;參見第七章）。
以學習者為中心的教學還包括對學生文化實踐以及他們對課堂學習影響的感悟。根據夏威夷Kamehameha學校的研究，教師有意識地瞭解學生的家庭、社區文化實踐、學生使用的語言，並把瞭解到的情況結合到教學中（Au and Jordan,1981）。結合學生敘述，繼夏威夷本土語言「講故事」，（結合學習的敘述）形式之後，將教學的注意中心由解譯轉移到理解，學習材料中的討論涉及到學生的家庭經驗，結果在標準化測試中學生的閱讀有了顯著的提高。
以學習者為中心的教師還重視學生的語言實踐，因為這些為後續的學習提供基礎。科學中，無論是在學校還是在專業領域人們必須堅持客觀的和解釋性的話語標準，不能帶有個人或社會的主觀意圖和經驗（Lemke,1990;Wertsch,1991）。這種方法，在學校很盛行，有利於中產階級學生的學習，成為他們獲取知識的主要途徑，但卻成為其他背景學生的學習障礙，因為他們人學前沒有經歷過「學校話語」實踐（Heath,1983）。日常的以及科學的話語活動需要與學生的科學理解協調一致。
在科學課教學中，就像在大多數的課堂教學中所進行的那樣，學生的話語常常表達了多種意圖或聲音（Ballenger,1997;Bakhtin,1984;Warren angRosebery,1996;Wertsch,1991）。在他們的敘述和爭論中，學生表達的不僅是科學內涵還有社會內涵：科學內涵是說學生們提供論據以支持他們的論點，社會內涵是說學生們把他們自己作為一種特定類型的人來談論（比如，有道德的、誠實的、值得信賴的）。如果教師和其他學生總是對這些具有多重聲音的敘述以科學的要求做出反應，那麼這有助於他們根據反應形成意義，並把反應與原來展示科學論點的情景相聯繫。在標準的科學課中，許多學生尤其是那些講話不佔主流的學生的科學觀點常常被忽略，社會意義常常被貶低（Lemke,1990;Michaels and Bruce,1989;Wertsch,1991;參見第七章）。
這裡提供又一個日常談話與學校談話結合的例子。該例子表明非洲裔美國中學生的許多日常講話方式均出自學校的高級讀寫教學，但從沒有和他們的日常經驗聯繫在一起（Lee,1991,1992）。再比如普羅斯特（Proust），發現他的一生都是在運用散文式的語言，學生們發現他們在學術高深的能力方面表現得得心應手。
總之，學習者中心環境要求教師有這樣的意識，即學生一開始就將他們的信念、理解、文化實踐帶進學習中，並且在學習的過程中建構自己的意義。如果把教學看作是在學生與教學內容之間搭造一座橋，那麼以學習者為中心的教師就會時刻注視橋的兩端。教師們試圖瞭解每個學生都知道些什麼、關心什麼、能做什麼、想要做什麼。有造詣的教師們在尊重、理解學生先前經驗，並假定這些先前經驗對學生學習新知識起奠基和橋樑作用的前提下「給出學生原因」（Duckworth）。第七章舉例說明了這些橋樑是如何搭建的。
知識中心環境
完全以學習者為中心的環境並不是一定就能幫助學生獲得他們所需要的能夠在社會上立足的知識和技能。正如在第二章中所指出的那樣，專家們思維和解決問題的能力並不是由於他們有一套一般的「思維技巧」或思維策略，而是因為他們有一整套組織得很好的知識，這些知識支持他們進行計劃和有謀略的思維。知識中心的環境非常認真地對待學生的需要，引導他們理解並繼而使知識得到遷移，最終使他們成為有知識的人（Bruner,1981）。目前有關學習及遷移（第四章）及其發展為我們達到這一目標提供了重要的指導。有關數學、科學的標準幫助我們確定學生需要獲得的知識和能力（比如,美國科學促進協會,American Association for the Advancement of Science,1989;全美數學教師協會National Council of Teachers of Mathematics,1998;國家研究院National Research Council,1996）。
如果教學以學習者對所學內容的最初理解作為起點，知識中心環境和學習者中心環境相互交叉。第一章中「魚就是魚」的故事說明了人們是怎樣在原有知識的基礎上建構新知識的。如果無視學生的先前知識，就很難預測他們對呈現出的新的信息會有什麼樣的理解（參見第三、第四章）。
知識中心環境也將注意力放在能夠幫助學生理解學科的那些信息和活動上（Prawat et al.,1992）。做到這一點需要對現存的課程進行批判性檢查。歷史科中，一篇廣泛使用的有關美國內戰的歷史課文卻把有必要理解而不是記憶的關鍵性的信息省略了（Beck et al.,1989,1991）。科學科中，現存課程趨向於過分強調事實而對「做科學」探索以及檢驗一些重要觀點強調不夠（美國科學促進協會,1989;1998;全美研究協會,1996）。如第二章所述，第三屆國際數學與科學研究大會（the Third International Mathematics and Science Study）（Schmidt et al.,1997）分析美國數學和科學課程有「一英里寬一英吋深」。（第七章對教學的深度而不是廣度舉例進行說明）
本書第一部分我們已經討論過知識中心環境強調弄懂意義——通過使新信息有意義以及要求學生對不清楚的知識進行澄清的方法幫助學生進行元認知（Palincsar and Brown,1984;Schoenfeld,1983,1985,1991）。強調弄懂意義對現存課程提出了很多的質疑，比如，我們一直在爭論很多數學課程強調：
很多思維形式並不像思維，計算和推算的過程僅僅包含了一套固定模式的發展，沒有給創造發明留有餘地，沒有猜想或使人驚奇的地方，沒有機會去發現，事實上，就是沒有人的需要。
這裡爭論的焦點並不是學生永遠也不需要學習計算，而是說，除了計算以外，學生們還應該學習數學其他的內容，尤其要使學生學會使數學有意義，學會數學思維（Cobb et al.,1992）。
現在出現了一些非常有趣的方法來研製課程，使學生在理解的前提下學習，鼓勵學生尋求數學的意義。其中之一就是「發展性定型」，這一方法是以學生們已有的非正規的想法開始，逐漸地使學生看清這些想法怎麼樣得到轉換和定型。教學單元鼓勵學生以他們非正規的想法為基礎漸漸地但是以結構化的方式去建構獲得一門學科的過程和概念。
「發展性定型」的主張以中學代數科的一個部分舉例說明，這部分是學生在使用《情境中的數學》教材（國家數學科學教育研究中心和弗賴登塔爾學院National Center for Research in Mathematical Science Education and Freudenthal Institute,1997）。這一方法開始時讓學生們用他們自己的話、畫或圖表來描述數學情景以便組織他們的知識，並解釋他們自己的策略。在接下來的單元裡學生們逐漸使用符號描述情景，組織他們的數學問題，表達他們的策略。到了這一層次，學生發明出自己的符號，或者學會用一些非常規的概念，他們對問題情景的表徵以及對他們的工作的解釋既有符號又有詞語。再後來，學生們學會了用標準的規範的代數符號來書寫表達式和方程式，熟練運用代數表達式，並且解方程題，用圖表示方程式。這一連續的過程並不一定要非常順利，也不一定朝著一個方向。雖然學生們在低年級時做代數不很規範，在他們有了足夠的基礎概念的經驗之前老師並不強迫他們在更為規範的水平上形成概念，也不要求學生在更為規範的層次上進行運算。因此，學生可以在不同層次之間迂迴，這取決於問題的情景或是所涉及的數學知識。
課程框架的中心問題，諸如「發展性定型」，是對不同年齡的學生來說什麼樣的教學更符合學生的發展。這樣的問題代表了另一個學習者中心和知識中心環境視角的交叉重疊。那種陳舊的認為兒童不能做複雜推理的觀點已被事實所推翻，認為兒童如果有必要的知識來支持其推理活動，他們能夠在複雜水平上思維、推理（參見第四章）。一項使人印象深刻的研究表明，兒童早期接觸重要概念性的觀點具有潛在好處。這項研究中，課堂教學使用了一種「認知導向」的形式教幾何，二年級學生將三維圖形表徵和可視化的能力超過了作為對照組的一所名牌大學的大學生（Lehrer and Chazan,1998）。小學生們也顯示出他們形成高超的早期代數概括能力（Lehrer and Chazan,1998）。科學上的概括形式，比如實驗方法，可以通過發展性的方法在上中學之前被引入，以形成重要的數學觀念和科學觀念（Schauble et al.,1995;warren and Rosebery,1996）。這樣的方法包括瞭解兒童早期思維以及確認培養和加工那些觀點的途徑（Brown and Campione,1994）。
創造以知識為中心的環境提出一個重要的問題，即怎樣培養對學科整體理解。很多課程設計的模式似乎生產出彼此不相關聯的知識和技能。全美研究協會（1990:4）指出，對古羅馬人來說，課程是墨守成規的過程，引導著永不重合的雙輪馬車的道路。這個比喻很恰當地描繪了很多學校的課程。
許許多多的學習目標，每一項目標都與教學策略相聯繫，作為學習的里程碑，標示從幼兒園到12年級課文的學習進程……問題的解決不是通過觀察數學課程所經過的自然場景並對其作出反應來達到的，而是通過掌握置於進程之中的各時段檢測定式來實現的（全美研究協會,1990:4）。
替換「墨守成規」的課程方法之一是「學習場景"（learning landscape）。這個比喻說明學習類似於學會在環境中生存：學習周圍的世界，學習什麼樣的資源可以利用，學習怎樣利用這些資源來使自己的活動既富有成效又充滿樂趣（Greeno,1991:175）。前面討論過的發展性定型的框架和這一比喻相一致。知道自己在場景的什麼地方，需要網狀連接，將自己目前的方位和更大的空間連接起來。
傳統的課程常常不能幫助學生「圍繞一門學科來學習」。課程給出了已經熟悉的範疇和順序的圖表，這些圖表將要求學生在每個年級掌握的程序性的目標具體化：當然，單一的目標也許很有道理，但是這不能體現出作為更大網絡的部分。但是重要的起作用的是這些目標間的連接及其網絡，這種知識具有專業知識的特徵（參見第二章）。對於孤立部分的強調，能夠系列地訓練學生的常規知識，但並沒有教育學生理解知識的全貌，而掌握知識的全貌才能保證整合知識結構和瞭解知識應用的情境。
摒棄通過範疇和順序圖表之類練習來學習這種單一的漸進方式，取而代之的是將學生暴露於自然的問題情景中，從這些情景中產生出學科領域的主要特點。組織一些活動，使學生能夠探索、解釋、擴展、評價他們的進步。只有當學生需要或有必要使用新觀點時，才向他們介紹，這使他們看見知識的相應的用途，使所學知識有意義。用以吸引學生的問題情景可以包含某一領域發展的歷史原因，這一領域同另一領域的關係，或者是那一領域觀點的應用（參見Webb and Romberg,1992）。第七章裡，我們呈現了科學、數學和歷史科的教學案例，這些案例強調引出觀點和概念對促進深層理解的重要作用。
知識中心環境設計所面臨的挑戰是，如何能在為促進理解而設計的活動與為提高技能的自動化程度而設計的活動之間達到平衡，這種自動化程度是有效運作所必須的，沒有意識參與的。在閱讀、寫作、計算方面需要付出特別努力的學生會遇到很多嚴重的學習困難。因此，很多領域都提到自動化能力的重要性（Beck et al.,1989,1991;Hasselbring et al.,1987;LaBerge and Samuels,1974;參見第二章）。
評價中心環境
除了學習者中心和知識中心以外，有效學習環境的設計還應該包括評價中心。評價的關鍵原理是評價必須提供反饋和回溯的機會，而且被評價的內容必須和學生的學習目標相一致。
很重要的一點是應區分兩種主要的評價方式的用途。其一是形成性評價，涉及到將評價（通常是在課堂教學情景中使用）作為改進教與學的反饋信息的來源。其二是終結性評價，主要測量學生在某些學習活動結束時已經學到了些什麼。形成性評價中有教師對進行中的活動的評論，比如對手稿、為演講所做的準備稿的評論等。終結性評價有教師在一個單元結束後進行的測驗，有州、全國在一學年結束時所進行的考試。理想的做法是教師的形成性評價和終結性評價與州、全國進行的終結性評價相一致，可情況常常不是這樣。州和全國進行的終結性評價以及學區所做的說明不在本書研究的範圍，我們的焦點在於基於課堂教學的形成性和終結性評價。
形成性評價及其反饋
適應性專門知識、學習、遷移等的研究和早期發展的研究都顯示了反饋尤其重要（參見第二、第三、第四章）。學生的思維要能夠被觀察（通過討論、論文、測驗等），觀察結果應反饋給學生。如果學習的目標是理解，評價和反饋就必須是理解，而不是僅僅評價過程和事實的記憶（雖然這些也可以被評價）。強調理解的評價不必要求精細或者複雜的評價過程。甚至可以設計多項選擇題來評價理解。
作為教學的一部分，反饋應持續地做出而不是突然地進行。有效教學的教師們總是不斷地瞭解學生們的思維和理解，他們通過互聯網對小組和個人的學習活動進行督促和評價，試圖把對學生能力的評價與他們目前活動聯繫起來，並聯繫到課程的其他部分和學生的生活中。教師給學生的評價可以是正式的，也可以是非正式的。有效教學的教師還幫助學生培養自我評價的能力。學生們學會評價自己的學習，評價同伴的學習，目標是幫助每個人更有效地學習（參見Vye et al.,1998）。這種自我評價是元認知教學的重要組成部分（參見第三、第四、第七章）。
在許多情況下，課堂教學中反饋機會的出現相對來說並不經常，大多數教師的反饋——對考試卷、論文、活頁練習題、家庭作業、報告卡等所打的等級——代表了終結性評價，試圖對學習結果進行測量。接到成績後，學生很典型地轉向學習一個新課題，為另一個成績而忙活。在學生們正在學習一個單元或課題時，由於學生們能夠利用反饋來修正他們的思維，反饋才顯得格外有價值。形成性評價機會提高了學生學習和遷移，因此，他們學會利用評價的寶貴機會進行回顧（Barron et al.,1998;Black and William,1998;Vye et al.,1998b）。小組合作完成任務的機會也能提高反饋的質量（Barron,1991;Bereiter and Scardamalia,1989;Fuchs et al.,1992;Johnson,1975;Slavin,1987;Vye et al.,1998a），雖然我們必須幫助很多學生學會如何與他人合作完成任務。通過學生、教師以及內容（課程）專家同步或異步進行相互的影響，新技術提供了增加反饋的機會（參見第九章）。
實現良好評價實踐要求改變很多教師、學生、家長對有效學習模式的看法。很多由教師所做的評價過分強調了對事實和過程的記憶（Porter et al.,1993）。此外，很多用於評定等級的標準化考試也過分強調了對孤立的事實和過程的記憶，然而，老師們通常是以他們的學生在這些考試中所取得的成績的好壞而進行評價的。有一個數學老師不斷地教出在全州考試中得高分的學生，他的方法就是幫助學生記住一系列的數學程序（比如，證據），即在考試中出現的典型程序，但是學生並沒有真正理解他所做的數學題，所以經常不能回答要求對數學有深刻理解的問題（Schoenfeld,1988）。
設計恰當的評價能夠幫助教師實現反思教學實踐的需要。很多物理教師對他們的學生們不能回答看上去很明顯（對專家）的問題感到驚奇，這些問題用來評價學生的理解。這一發現促使教師們修改他們的教學實踐（Redish,19%）。同樣地，對數字感覺的評價（visually based assessment of 「number sense」）（參見Case and Moss,1996），使教師發現幫助學生發展數學理解的重要性（范德比爾特大學認知與技術小組，正在印刷中）。顯示學生理解科學和數學重要概念的創新性評價也已開發出來（Lehrer and Schauble,19%a,b）。
評價理解的形式
教師在評價學生的表現和提供反饋方面受到了時間的限制，但是技術的新發展已解決了這一難題（參見第九章）。即使是沒有技術，評價本身的新發展也有辦法評價學生的理解而不是測量記憶。比如我們在第二章談到的，在物理學中比較專家和新手的方法已在課堂教學中使用。在一項要解決的任務中，給出學生兩個問題，要求他們陳述這兩個問題是否能用一種類似的方法來解決，並要求說出理由。
1.一個質量為2.5千克，半徑為4厘米的球以7米/秒的速度在粗糙水平面上運動，球本身並不轉動。一段時間以後，球以5米/秒的速度只滾不滑，問摩擦力做了多少功？
2.—個質量為0.5千克，半徑為15厘米的球開始以10米/秒的速度滑動，球本身並不轉動。球在一水平面上運動而且最終只滾不滑，求出小球的末速度。
新手們很典型地報告說這兩個問題能用相同的方法解決因為它們的共同點都是在平面上——即兩個球都是在水平面上滑動和滾動。理解性學習的學生報告說這兩個問題用不同的方法解決，第1個問題可以用功—能定律解決，第2個問題可以用角動量守衡定律解決（Hardiman,et al.,1989）；參見背景材料6.2。這種類型的評價可以在教學過程中使用以檢測學生對概念的理解深度。
背景資料6.2你是怎麼知道的？
將質量為1千克，長為2米的木棒放在光滑的水平面上，木棒可通過其一端繞著豎直軸在水平面內自由轉動。將一塊質量為50克的油泥放在距轉軸80厘米處的木棒上，當系統以3弧度/秒的角速度旋轉時，你可以用下列哪一條原理求棒和油泥之間力（淨力）的大小？
A.牛頓第二定律，
B.角動量或者角動量守恆定律
C.動量或者動量守恆定律
D.功能原理或者機械能守恆定律
E.動量守恆定律+機械能守恆定律
以上題目的考試是以微積分為基礎的導論性物理課結束後隨機對學生進行的，這容易使學生將「旋轉」平面的性質問題和「角動量」相匹配，可事實上這一問題僅僅運用牛頓第二定律就能解決。像這樣的一些資料對教師們尤其重要，使教師引導學生向不固定、可遷移的知識發展（Leonard et al.,1996）。
檔案袋評價是形成性評價的又一種形式。它為我們提供一種形式以記錄學生整個學年的學習進程，其最為重要的一點是它允許學生和老師、家長、同伴等一起討論他們的成績和困難（Wiske,1997;Wolf,1988）。檔案袋評價實施起來很費時間，又常常做不好——檔案袋常常成為存放學生作業的另一個地方，但又不討論學生的作業——但是如果恰當使用的話，檔案袋能為學生和其他人提供有關學生在一個階段內學習進展的寶貴信息。
評價的理論框架
學習科學面臨的一個挑戰就是應提供一個理論框架將學習理論和評價實踐連接起來。這一領域的重要一步由巴克斯特（Baxter）和格拉澤（Glaser）（1997）做出，他們將認知與科學成績的評價情景整捨形成一個框架。在他們的報告中，學生的學習表現用學科內容和過程任務要求描述，認知活動的本質和發展在一個特殊的評價情景中得到觀察。他們的框架為我們提供了用以檢查開發者們的意圖如何在評價學生的學習表現中得以實現的基礎。評價學生學習的目的是為了測量他們推理、理解、複雜問題解決的能力。
以能力的組成部分和要求為特徵的評價使一般目標具體化，比如「高級水平思維和深層理解」。以認知活動為特徵的學生行為表現強調在學習和評價情境中觀察到的學科成績與能力間的區別。評價認知活動的質量和類型是有關任務所要求的內容和過程的一種功能。比如說，考慮圖6.2中所給的科學評價的內容和過程框架（Baxter and Glaser,1997）。在這個圖中，內容知識的任務要求被概念化，以從豐富到缺乏（y軸）的連續體表現出來。在軸的一端是知識豐富的任務，這類任務需要深層次理解學科內容才能完成。在另一端的任務並不依賴先前的知識或是相關經驗來完成，而是根據評價情景中所給信息來完成。要求過程技能任務的概念連續體則是從強制的到開放的（x軸）。在開放的一端，明確的指導降到最低，學生的任務就是生成並運用適當的過程技能解決問題。在過程固定的情景中，指導有兩類：小步子，學科具體化程序作為任務的一部分給出，或者給出完成任務所必需的過程技能的解釋性指導。在這種情況下，要求學生產生解釋，這個活動不要求運用過程技能。評價任務能夠包含內容知識和過程技能的很多可能的組合。表6.1說明知識結構和有組織的認知活動之間的關係。
圖6.2科學評價的內容——過程空間。
表6.1認知活動與知識結構
有組織的認知活動
知識結構
不完整的
有意義的
問題表徵
表面性質淺顯的理解
深層原理和相關概念
策略運用
無方向的試誤解決問題
有效的、資料豐富的、有目的的
自我監控
最少、偶爾的
持續的、靈活的
說明
膚淺、單一事實的描述
連貫的、有根據的
共同體中心環境
學習科學新近發展表明環境以共同體為中心的程度對學習也很重要。尤其重要的是人們相互間學習的標準以及持續不斷地試圖改進提高。我們用共同體中心這個詞語表示共同體的幾個方面，包括把班級作為一個共同體，學校作為共同體，學生、教師、管理人員認為與之聯繫的更大的共同體還包括家庭、行業、州、國家甚至整個世界。
班級和學校共同體
在班級和學校的層面上，學習似乎由於社會規範而得到強化，這種社會規範重視對理解的探求，給學生（還有教師）為了學會而犯錯誤的自由（Brown and Campione,1994;Cobb et al.,1992）。不同的班級、不同的學校反映不同的規範和期望。比如在一些班級裡有一條不成文的規矩，那就是不要出差錯或不要回答不懂的問題（Holt,1964）。這個標準使得學生不願意提問他們不明白的學習材料，阻礙他們探索新問題、建立假設。有些標準和期望則是用於更為專門的學科。比如數學課堂教學的標準可能是數學就是知道怎樣計算，另一個更好的標準可能會是探究的目標是數學理解。不同的標準和實踐對教什麼和怎樣評價具有至關重要的影響（Cobb et al.,1992）。有時候對不同的學生會有不同的期望，教師可能將學習成功的期望傳達給一些學生，把學習失敗的期望傳給另一些學生（MacCorquodale,1988）。比如說，有時候女孩子不被鼓勵去學習高等數學和科學。學生也會保有這種文化期望並將其轉達，結果剝奪了女孩子參加有些課程的權利（Schofield et al.,1990）。
班級標準還會鼓勵那些不熟悉參與形式的學生的參與。比如，有些主要靠觀察和聽來學習的小組漸漸地加入到正在進行的活動中來；學校性質的說話形式對於那些其社區新近才有學校的孩子來說可能就感到陌生（Rogoff et al.,1993）。參見背景材料6.30。
背景資料6.3課堂發言
在加拿大北部一個因紐特人學校從事研究的一名言語病理學家要求一位校長——他不是因紐特人——開出其學校裡有言語障礙的學生名單。名單囊括了這個學校三分之一的學生，而且在幾個名字的後面，校長還寫到：「課堂上不發言。」這位言語病理學家請教了一名當地的因紐特人教師來說說每個孩子在課堂上使用其母語的情況。這位老師看了看名單然後說:「一個有教養的因紐特學生是不應該在課堂上發言的，他們應該用看和聽來學習。」
這位言語病理學家詢問那位老師她正在研究的一名學走路的孩子的情況，這個孩子很能說話，言語病理學家覺得他很聰明。老師說道你認為他是否會有學習問題呢？有些這一類的學生智商不怎麼高，他們不能使自己不說話，他們不知道什麼時候該停止說話。」（Crago,1988:219）
評定等級的實踐也影響班級共同體的意識，其影響既有積極的，又有消極的，主要取決於學生。比如，納瓦霍（Navajo）的高中學生不把測驗與考試看成是競爭性事件，而英裔學生卻視測驗和考試為競爭性事件（Deyhle and Margonis,l995）。一位在高中工作的英裔咨詢員報告說，當他開始做一次展板，將取得B或B以上成績的「高成就者」的名字和照片公開展出時，納瓦霍學生的家長們抱怨他們的孩子被選拔出來，這位咨詢員於是做出讓步，用令人高興的便貼條把這些學生的名字貼在上面。一位納瓦霍學生凝視著展板說道：「這展板使人難堪，把我們的名字像這種樣子貼到上面。」（Deyhle and Margonis,1995:28）
更為普遍的是學生們喜歡競爭以引起教師的注意，獲得他們的稱讚和好評，所以競爭是美國學校普遍使用的手段，用以激發學生的學習動機。在有些情況下，競爭可能會妨礙學生的學習。尤其是其社區的道德標準是個體應該為社區貢獻他們的力量，而個體間的競爭又不和諧的情況下就會妨礙學習（Suina and Smolkin,1994）。
當試圖從其他國家借鑒成功的教育經驗時，很重要的一點是應強調社區。比如日本教師花很多時間與全班一起學習，他們經常性地要那些出錯的學生將他們的思維過程講給全班聽。這一點很有價值，它能引起討論，使班上所有學生都加深理解。但是，這一點能在日本起作用是因為，日本的教師在班級建設起這樣的一種班級文化，在這種文化中，學生們擅長於相互學習，而且大家都認為分析錯誤是一種富有成效的學習（Hatano and Inagaki,1996）。日本學生還善於聽講，所以他們能夠從人數眾多的班級討論中學習，即使他們沒有更多的機會參與討論。美國學校班級文化卻與之很不相同——大多強調答案正確的重要性並通過發言獲得學習。教與學必須放在整個社會的文化背景中來審視，也應考慮到其與班級標準之間的關係。只是簡單地引進一到兩個曰本教學技巧到美國的課堂中或許達不到預期的效果。
學校共同體的意識還受到在這一環境中工作的成年人的強有力的影響。正如巴斯（1988）所說：
生活在學校的成年人之間的關係對學校的特點和質量以及學生的成就比起其他任何因素都更為重要。
布蕾（Bray，1998）、塔爾伯特（Talbert）和麥克羅林（McLaughlin，1993）所做的研究強調了教師學習共同體的重要性。對這一點我們將在第八章做更多地探討。
與更為廣泛的共同體聯繫
從共同體的視角分析學習環境還要考慮學校環境與更大的社區間的聯繫，包括家庭、社區中心、校外活動項目、商業機構等。第三、第四、第五章已表明學習需要時間，理想的是，學校學習能和學校以外的學習連接起來，反之亦然。然而，通常情況下，這種連接並沒有實現。就像約翰‧杜威（1916）很早以前就指出的那樣：
從孩子的觀點出發，學校裡最大的浪費是他不能夠運用他在校外所學的東西……可是，另一方面，他也不能把在學校所學的東西運用到實際的生活中。這就是學校的孤立，孤立於生活之外。
把學校與校外學習活動連接起來的重要性可以從圖6.3得到證明。圖6.3給出了典型的一學年期間學生所花時間的百分比，多少時間在學校度過，多少時間睡覺，多少時間是做其他事情（Bransford et al.,2000）。學生在學校度過的時間相對來說並不多。如果學生把校外非睡覺時間的三分之一用於看電視，這意味著在一年中他們花在看電視的時間多於在校時間（下一部分我們將對電視與學習的關係做更多地討論）。
學習的一個關鍵環境是家庭，即使家庭成員並不有意識地關注教學的作用，他們實際上在為孩子提供學習的資源、創設具有學習意義的活動、與社區建立聯繫等（Moll,1986a,b,1990）。孩子還從家庭成員對學校教育與能力所持的態度中學習。
圖6.3學生用於學校、家庭和社區、睡覺等時間比較百分比是根據每年學生在校時間180天，每天估計6.5小時所計算的。
家庭作為成功的學習環境，為孩子提供鼓勵，指導孩子朝著學校要求的方向轉變，尤其是在孩子幼小的時候（參見第四章）。孩子從出生到四五歲這一時期的顯著發展總的來說是受家庭成員之間的互動影響的，通過參與到家庭生活中，觀察其他人來學習。圍繞有興趣的事情，與值得信賴的、又有一技之長的成年人和小夥伴交談和接觸是很好的對孩子的學習極有影響力的環境。很多要求學校變化的建議擴展到家庭裡發生的學習活動。此外，還有建議家庭參與到課堂教學活動中，學校也同意做計劃將這兩個對學生學習具有重大支持作用的系統帶到一起。
兒童也參加校外和家庭以外其他機構的活動，這些活動也促進孩子們的學習。有些這一類的機構把學習作為他們的目標之一，設置很多課外活動組織諸如男（女）童子軍、4-H俱樂部、博物館、宗教團體等的活動內容。還有一些並不把學習作為主要的目標，但無論如何，學習卻仍然發生（參見，McLaiighlin,1990，載於青年俱樂部;Griffin and Cole,1984）。
與校外專家聯繫也能對學校內部學習產生積極的影響，因為這些專家能夠為學生提供機會，讓他們能與父母以及其他對學生學習感興趣的人相互交流。對於教師和學生來說，能夠共同分享他們的學習，對彼此都有激勵作用。為這些機會所做的準備工作幫助教師們提高標準，因為這些機會的結果遠遠超過了測驗分數（Brown and Campione,1994,1996;參見范德比爾特大學認知與技術小組，印刷中）。
讓提出挑戰（要在最後期限內完成）的局外人參與的主意已經在好幾項教學改革中體現（參見范德比爾特大學認知與技術小組,1997;Wiske,1997）。為局外人參與做準備激發教師保持學生興趣的動機。另外，當學生和教師準備好面對一般的挑戰時，他們才能對社區有更深的理解。學生也有激情面對局外人，這些局外人並不走進他們的教室但會看他們的作品。為博物館展覽獻上自己的展品是一個很好的例子（Collins et al.,1991）。新技術增強了學生與外界聯繫的能力，他們可以把教室與學校的其他人、與家長、與商業領袖、與大學生、與內容領域專家以及全世界的其他人連接起來（參見第九章）。
電視
無論好壞，大多數孩子把很多時間花在看電視上，在過去的50年，電視在兒童成長中起到日益顯著的作用。在進入學校之前，兒童花很多時間看電視，並且持續人的一生。事實上，很多學生花在看電視上的時間比上學時間還多。家長要求孩子能從電視上學習，同時，他們又擔心孩子們從電視節目中學來的東西（Greenfield,1984）。
觀看不同類型的節目
為孩子們所製作的電視節目形形色色，從教育性節目到純娛樂性節目都有（Wright and Huston,1995）。而且看電視的方法也不同——一個孩子可能單獨一人看電視，或者和父母一起看。此外，就像在象棋、物理學、教學等領域一樣（參見第二章），人們已有的知識和信仰影響他們注意、理解、記住電視節目的內容（Newcomb and Collins，1979）。同樣的節目會有不同的結果，這取決於誰在看、取決於看電視是單獨一人活動還是與他人一起的互動。重要的差別在於所看的電視節目其意圖是否在於教育。
一群2到4歲的學前兒童與一群6到7歲的小學一年級學生每週觀看7到8小時非教育節目，學前組的兒童每週平均還看了2小時的教育節目，小學生看了1小時教育節目。儘管教育節目的觀看時間很短，教育節目似乎起到更為積極的影響。觀看教育節目的2到4歲學前兒童比起沒有看教育節目的兒童在上學的準備、閱讀、數學、詞彙方面超前3年（Wright and Huston，1995）。具體地說，看教育節目是一種積極的對書面知識（letter-word knowledge）、詞彙量以及標準化測驗成績的預測。對於年齡大點的孩子來說，與那些不經常看電視節目的孩子相比觀看教育電視節目的孩子在閱讀理解測驗，老師在一年級、二年級時判斷學生適應學校生活的情況等方面更好。總之，看電視的影響還沒有廣泛影響年齡大點的孩子，比起學前兒童來說，影響更小。有一點很重要，那就是必須注意到「即使把初級語言技能、家庭教育、家庭收人、家庭環境質量等這些因素都考慮進去」（Wright and Huston,1995:22），看教育節目的效果還是明顯的。
對信仰、態度的影響
電視還起到偶像和角色榜樣的作用，這些偶像和榜樣能夠影響孩子怎樣看待自己、怎樣看待別人、對哪些學科感興趣、哪些話題與自己的觀點有關等等。這些偶像同時具有積極和消極的影響。比如，8到14歲的孩子觀看旨在反映世界各地兒童的積極一面的節目時，他們不大可能會說他們自己國家的兒童會更有趣或更聰明（O』Brien,1981），他們開始看到全世界各國人民的一些相似之處（Greenfield,1984）。看過電視連續劇《芝麻街》的兒童，更能以積極的情感看待殘疾兒童。
然而，兒童可能錯誤的理解電視節目，這些節目涉及來自不同文化的人，這取決於他們的已有知識（Newcomb and Collins,1979）。榜樣的固化作用是看電視有可能帶來的潛在的負面影響。孩子們帶著性別偏見來到學校，而這一偏見卻源於電視節目和商業廣告（Dorr,1982）。
作為具有巨大影響力的可視媒體，電視創造了刻板的、公式化的形象，即使其本意並不是要向觀眾出售偶像。但是，實驗表明，在孩子5歲時這種公式化的效應就開始降低，條件是當孩子們觀看電視節目時成人對這些模式化的偶像進行一些必要的批判（Dorr,1982）。因此，娛樂節目也有積極的教育作用，所學的信息可以得到擴展，只要成人給予必要的指導和評論。
總之，電視對兒童的學習有影響，這一點必須認真對待。但就媒體本身而言，並非天生就有益或有害。孩子們看到的內容、看電視的方法會影響到他們所學的內容。尤其重要的是，增進知識、或者有教育意義的節目已證明對兒童的學習成績是有益的，而佔優勢的非教育節目、娛樂節目可能有消極的影響。此外，儘管孩子們願意看娛樂節目和增進知識節目的比例為7:1，增進知識性節目的益處仍然表現出來。這些研究結果支持了繼續研究和發展電視節目的行為，因為這樣的電視節目能夠幫助兒童獲取知識、技能以及支持他們學校學習的態度。
一致的重要性
本章開始時我們指出四種有關學習環境的視角（即學習環境中以學習者、知識、評價、共同體為中心的程度）可以分開一一予以討論，但是最後卻需要一致起來，以它們之間相互支持的方式加以聯合。一致不僅對學校極為重要，從廣泛意義上來說對其他組織也一樣重要（Covey,1990）。任務分析的關鍵（參見第二章）是將學習目標與教什麼、怎麼教、怎麼評價聯合起來（既有形成性的又有終結性的）。如果缺乏一致性，人們就很難知道學生在學什麼。學生也許在學習有價值的信息，但人們無法知道，除非學生們所學信息和評價這一信息之間相一致。同樣地，學生們所學的內容也許對其他人來說毫無價值，除非課程與評價與社區更廣泛的學習目標相一致（Lehrer and Shumow,1997）。
設計有效學習環境需要一種系統的方法來協調各種活動（Brown and Campione,1996）。許多學校列出創新實踐的清單，比如運用合作學習、為理解而教以及問題解決，還有運用形成性評價。但是，這些活動彼此之間往往缺乏協調。為理解而教和問題解決也許是「我們星期五要做的事情、合作學習也許被用於促進事實測驗的記憶；形成性評價也許對準的是那些與接下來的課程毫無關聯的技能。還有，學生們或許有機會以合作方式學習，以應付仍舊按分佈曲線劃分等級的考試，他們之間相互競爭，卻並不努力達到具體的行為表現標準。在這些情況下，班級中的活動就不一致了。
一個班級內的活動可能做到一致，但卻可能和整個學校的活動不一致。學校作為整體需要始終保持一致。有些學校對學生的行為舉止和學習成績所應達到的標準和期望形成一種持續的政策，另一些學校傳播的卻是混合的信息。比如說，老師可能會把行為有問題的學生交給校長，這位校長可能因輕視學生的行為而無意中削弱了教師的威信。同樣，學校的整體安排可能會，也可能不會變通以適應深層次的探究；學校可能會，也可能不會做出相應的調整以把干擾降到最低程度。這些變通和調整包括臨時穿插的非學習活動，甚至包括校長熱衷於用對講機打斷課堂教學的次數。總而言之，學校內的不同活動之間可能會或不會互相衝突，對整個進程造成妨礙。當校長和教師共同研究制定出整個學校的基本藍圖時，學生的學習就有可能提高（Barth,1988,1991;Peterson et al.,1995）。
學校內部的活動還必須與整個社區評價實踐與目標相一致。理想的是，教師們的目標與課程目標、學校目標一致，學校目標與學校系統使用的資格考試的隱性目標一致。通常的情況是這些目標並不一致。有效的變化需要同時考慮所有這些因素（參見Bransford et al.,1998）。有關學習科學的新發現為指導系統改革提供了框架。
小結
在過去的一個世紀裡，學校教育的目標和期望發生了巨大的變化，新的學校教育目標需要我們重新考慮這樣一些問題：應該教什麼、怎麼教、怎樣評價學生？我們強調有關學習的研究並不能給任何人提供設計有效學習環境的簡單處方，但是這些研究卻使我們意識到在設計學習環境時需要弄清楚的特定問題。
有關學習環境設計的四個視角——即以學習者為中心、以知識為中心、以評價為中心、以共同體為中心——在學習環境設計中有非常重要的意義。
以學習者為中心的視角與大董的研究例證相符，這些例證表明學習者是運用他們現有的知識來建構新知識的，以及他們的已有知識和信念是如何影響他們對新信息的解釋的。有時候，學習者的現有知識支持新的學習，有時候現有知識卻阻礙新知識的獲得。有效教學始於學習者的現有知識，他們的文化實踐、他們的信仰以及他們對學科內容的掌握程度。
學習者中心環境試圖幫助學生將他們先前知識與當前的學習任務聯繫起來。家長們尤其擅長幫助他們的孩子做這種聯繫。教師們面臨的困難更大，因為他們並不瞭解每個學生的生活經歷。但是，仍然有方法做到有計劃地瞭解每個學生的特殊興趣和長處。
有效學習環境還應該是知識中心的，教給學生一般的解決問題和思維能力已遠遠不夠，思維能力、解決問題的能力需要組織良好的、能在合適情景中應用的知識，強調知識中心引起一些疑問，比如教學始於學習者現有知識和能力的程度，而不是簡單地將學科內容的一些新知識呈現給學生。當學生們能夠掌握更為複雜的概念的時候，這些概念必須以恰當的發展方式呈現給學生。學習環境的知識中心視角還強調課程設計的重要性。課程能夠在多大程度上幫助學習者理解所學內容而不是促進學生獲得彼此不相關聯的事實和技能？課程如果過分強調學科的廣度就會有這樣的風險，即使學生學習不相聯繫的知識，而不是融合的知識。這符合那種把課程比作一條大道上的破爛陳舊的小路的觀點。另一種比喻將課程比作相互聯繫的小路，幫助學生建立起學科內知識連接點，因此學生可以「在其中學會找到自己的方向」而不致迷失方向。
評價問題也成為學習環境設計的一個重要視角。反饋對學習而言起到奠基的作用，但是，課堂教學中卻很少提供反饋的機會。學生們得到考試分數或為他們的文章打的分，可這些都是在學習結束時的終結性評價。學生們還需要形成性評價，因為形成性評價能夠為他們提供回顧與改進他們思維和學習的機會。評價必須反映各種各樣環境中的學習目標。如果目標是強化理解，那麼評價事實和公式的記憶就不充分。很多教師在弄清楚學生不能理解看上去顯而易見（對專家）的一些觀點之後，改變了他們的教學方法，
有關學習環境的第四個視角涉及到他們促進社區意義的程度。理想的狀態是學生、教師和其他有興趣的參與者共同分享重視學習和高標準的準則。這樣的目標促進人們之間互動、獲得反饋、相互學習。社區（共同體）有幾種，班級社區、學校社區，還有學校與外界更大的社區的聯繫，包括家庭。當我們考慮到一個人在學校度過的時間比在其他環境的時間相對少的事實時，很顯然，社區之間應相互連接起來。在家裡、社區中心、校外俱樂部的活動對學生的學習成績有重要的影響。
最後，需要在學習環境的四個視角之間保持一致，它們之間本身是相互交叉和重疊的，互相影響。只要能保證它們之間的一致性，學生的學習無論是在校內還是在校外都能得到促進和提高。