九乡新闻网豆豆帽子编织视频全集:学习科学与教学系统
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学习科学与教学系统
赵建华
摘 要： 学习科学（Learning Science）和教学系统（Instructional System）是同教育技术学紧密相关的两个研究领域，二者之间存在诸多共同的研究专题。当前西方，尤其是美国的研究者非常关注这两个研究领域，并对它们进行了相关探讨。我国将教学系统（即教学设计或教学系统设计）研究作为教育技术学的传统研究领域。关于学习科学的研究在我国也已于70年代末80年代初成为一门独立学科。但是其研究范围、研究方法、研究范式等同美国相比差别较大。本文对教学系统和学习科学同教育技术学之间的关系进行了深入探讨，并建议在我国教育技术学学科中开辟针对学习科学研究的相关领域，以促进教育技术学学科体系与理论的完善与发展。
关键词： 教学系统；学习科学；教育技术；教学系统设计
作者简介：赵建华(1966-)男，博士，英国Lancaster大学高等学习技术研究中心研究员，华南师范大学教育信息技术学院副教授。研究方向：学习技术、CSCL、知识建构、跨文化比较研究等。
收稿日期：
基金项目：本文获得全国教育科学“十五”规划重点课题“网络环境下协作学习的理论与应用”项目资助（课题号：DYA010411）。
①我国教育技术的发展最早出现在1919年，以开展幻灯教学实验为代表。1922年，金陵大学农学院举办农业专修科，设立推广部，从美国农业部购买了幻灯片、电影片，用唱片配音或播映员口头讲解，到各地宣传科学种棉知识。
教育技术（或称电化教育）在我国的发展已经有八十余年的历史①（尹俊华，2002；刘万年，2000）。在我国教育技术发展历程中，最近二十年内发生的两个标志性事件奠定了其作为一门学科的基础，即国家教育部于1983年将教育技术学确立为一个独立的本科专业，1993年确立为教育学领域中一个独立的二级学科。因此，从学科专业建设角度来讲，她“还是一个非常年青的交叉学科”，以至“本专业的基础理论和课程体系至今尚不够完善”、“基础理论建设难度很大，至今还很不尽人意”（桑新民，2003）。因此，对学科本身建设的基本问题进行探讨和完善，已经成为领域研究者的迫切任务。当前，研究者们对领域中的诸多专题进行了探讨，如学科发展（南国农，1990；2003）、教育技术学的学科体系（赵宏、杨开诚、李秀兰，2003；李龙，2003）、学科定位（刘美凤，
美国教育技术学领域的某些研究者近来将研究视角转向了学习科学（LS）和教学系统（IS）领域，他们认为可以从中找到对教育技术学进行深入研究的方法和途径（CarrChellman & Hoadley）。学习科学和教学系统研究领域有许多共同的研究内容，如认知心理学、教育心理学、情境认知、教育技术、建构主义学习环境、计算机支持的协作学习（CSCL）和计算机支持的协同工作（CSCW）等。但是，这两个领域的研究者们却缺少沟通的机会。研究发现（CarrChellman, 2004），该两个领域研究成果中交叉的部分非常少，即使仅有的一些也是由其中的少数研究者完成的。这种现象的存在，显示了虽然两个领域的共通部分很多，但二者之间缺乏必要的沟通，因此领域中的研究者应该增加对话和交流。学习科学同教育技术学的关系非常密切，Hoadley认为它是一个研究教育技术的团体（Koschmann, 2004）。教学系统则同教学系统设计或教学设计相联系。因此，学习科学和教学系统领域的研究成果可以很好地应用到教育技术学研究领域。学习科学在我国是作为一门独立的学科来进行研究的（钟祖荣，1995；王秀芳，1999；林明榕、巍峰，1999），诞生于70年代末和80年代初，其目的是研究学习活动的现象及其规律并用以指导人们学习的科学（林明榕、巍峰，1999）。王秀芳（1999）则认为学习科学“不仅仅要解释人类学习的机制、原理、规律、方法和技术等等，更重要的是揭示出学习科学与认识论、教育学、心理学等学科的相似性，特别是差异性”。对比我国同美国关于学习科学的研究可以发现，二者的差异非常显著，即我国学习科学同教育技术学领域的研究基本没有共同的研究内容，也就是说，我国的学习科学缺乏对同教育技术相关问题的研究。
本文并不尝试探讨二者所存在的差异，而主要对美国在学习科学和教学系统领域的相关研究进行概括与总结，希望籍此能够借鉴美国的相关经验来指导我国教育技术学领域的研究工作。
1 学习科学（LS）
按照Kolodner（2004）的观点，学习科学是一门设计科学、一门集成科学、一门社会认知科学、一门描述性科学和一门实验科学。学习科学有很多不同的定义。Sasha Barab认为“学习科学是一门综合性的多学科研究领域，它利用人类科学中的多种理论观点和研究范式，以实现对学习、认知和发展的属性和条件的理解”(Barab, 2004)。Tom Duffy提出学习科学“是认知科学的一部分，主要对真实世界环境中的智力进行研究”(Duffy, 2004)。Chris Hoadley则认为学习科学是两个“研究教育技术的团体”之一（Hoadley, 2004）。Brian Smith将学习科学定义为关注“设计在真实社会情境使用的产品（与此相对立的是对存在进行研究），并将此作为一种方法论以理解个体和社会认知(同增强业绩相对立)”的团体(Smith, 2004)。Hoadley和Smith将学习科学同某个团体相对应，而Barab和Duffy则将其看成一个研究领域。按照Tomas Kuhn(1972)关于科学范式的概念，它可用来表示方法论和研究日程，在某些情况下，也用来表示由研究者组成的团体(Masterman, 1970)。在Hoadley和Smith提出的定义中，将为学习而对新产品的设计作为学习科学的重要特征。Duffy和Smith则强调了在真实教学环境(非实验室环境）中理论检验的重要性。
作为一个研究领域的学习科学当前倾向于采用学习的情境理论，并对小学教育提供更多的直接指导。按照Smith（2004）的观点，学习科学包括三个组成部分，即体系结构、认知和环境。这三个概念也可以采用设计、认知和社会环境表示。设计关注如何建立学习与教学环境，它强调的是革新。大部分环境是基于计算机的，但是有一些是学生们所使用的新型的、建构主义课程和评价题目等。认知关注的是学习的科学模型，主要用于建立心智过程和促进针对学习的描述。社会情境领域解决的是班级文化、组织和社会动力学以及其它学习情境。
学习科学在活动理论、建构主义理论、情境认知和共享学习理论的支持下，对软件和学习环境进行设计，以实现深入和持久的学习，它关注的是学习过程和社会情境。学习科学的特征主要概括为：
(1) 学习科学属于认知科学的一部分，它所关注的是真实世界环境中的智力，如情境学习及其各种复杂性。按照美国西北大学的研究者对学习科学的观点，他们认为该领域主要关注的是学与教环境的设计和关于这些环境社会属性的研究和认知研究。
将学习科学同认知科学联系起来进行研究具有重要的意义。学习科学对认知过程的关注主要意味着如何应用指导教学环境设计的高层次理论。已有研究经常对教学成果的评价造成限制，并且很少提供同学习相关的对于认知过程的详细测量或研究。最经常采用的是评价研究，而非认知变量的测量。
在学习科学研究中具有非常好的协作氛围。学科间的合作成为一种惯例，它集成了相关领域的研究者，如教师、教育家、人类学家、社会学家、教学设计者和其它相关学科的的代表。在协作的基础上，研究者们能够对来自不同观点的专题进行审核，以形成对于社会情境、认知过程和环境设计的深入理解。
(2) 学习科学不同于其它认知科学。通常情况下，认知科学中的研究者具有心理学、计算机科学、语言学、神经科学和哲学背景。而学习科学则主要关注某种情境中的学习，如社会情境中的智力等。
(3) 学习科学的目的是探讨利用新的和创造性的途径来促进学习。
(4) 学习科学关注学习及其应用的重要思想，即关于理论的形成与探索。设计是其重要的研究组成部分。虽然同ISD（Instructional System Design, 教学系统设计）中的设计一样，但通常情况下作为解决更加重要东西的方法。学习科学家可以对他们所使用的系统和环境进行设计，对发生在其中的事情进行分析，从而为形成与研究某种重要的思想提供方法。从这些设计中得出的原则可以更好地用于设计深入与持久学习。
(5) 学习科学是认知科学的分支学科。同认知科学一样，它的目标是为了对学习进行解释。
学习科学认为“适用性学习”是一种发展路线、是对不同理解阶段的展现和学习者能够创造性地利用概念、技能和学习实践等。作为一门交叉学科的学习科学，它的研究目标可以概括为：
(1) 探讨促进深入和持久学习的方法，主要包括复杂技能、练习和内容；课堂、工作中、非正式环境和终身学习的一部分；面对面和远距离环境等。
(2) 探讨影响学习者如何学习的环境因素，包括个体需要扮演什么样的角色和对这些角色的详细规定等等。(3) 设计软件、活动结构、课程材料、环境、教师业务发展等，以促进学习。
(4) 针对研究学习设计相关的方法论。
通常情况下，在学习科学领域中开展相关研究工作所需要具有的共同前提（或假设）包括：
(1) 学习者在某个社区中，利用参与性学习和智力模型从事活动建构（学习科学根植于学习的认知、社会认知和社会文化范式）。
(2) 技术能够有效地帮助提高学习。为了实现这一目标，需要对技术进行详细设计，需要考虑学习者的需求和他们生活的整个社会环境，需要探讨将软件集成到学习环境中去的方法。以学习者为中心的设计和以课堂为中心的设计为设计学习环境提供了指南。
(3) 领域中的工作需要同熟悉学习环境和学习者的人们（如教师）进行合作。
(4) 如果我们理解学习是如何在复杂情境中发生的，我们需要研究在这些环境中产生的学习，包括现实世界中的一切及其所需要的方法论。
(5) 设计是一种重要的研究手段，而不是简单地服务于所从事的调查。
2 学习科学同教育技术学的关系
学习科学同教育技术学之间存在着非常紧密的联系，主要表现在如下几个方面：
2.1 研究领域
定义某个领域的方法通常是看该领域的研究者们所参加的学术会议和发表文章的期刊。在美国，学习科学领域发表文章的期刊主要有《学习科学期刊》，所参加的会议包括“计算机支持的协作学习会议”和“国际学习科学会议”。教育技术学工作者们则主要参加“AECT年会”，发表文章的期刊主要有《教育技术研究与开发》、《教育技术》和《绩效提高季刊》。从美国该两个研究领域的状况看，它们之间存在很少的重叠区域。原因之一是对于教学设计(设计学习环境)的关注存在不同。教育技术学家们关注的是对于教学的设计，而学习科学则倾向于关注学习过程和社会环境。对于学习科学来讲，教学设计(学习环境)是实现某种目的(对学习进行研究)的手段，而不是目的本身。
2.2 研究目的
二者都关注对于学习环境的设计。教育技术学的专门知识同教学原则联系在一起。学习某种方法和过程时所采用的教育技术，对于大多数情境来讲应设计有效的教学。对于学习科学而言，理论常被作为设计的驱动力量。原则产生于理论，而且必须在理论的情境中得到理解——它是关于解释个体如何学习的理论之一。因此，教育技术学尝试建立一系列通用设计原则和过程，学习科学则倾向于作为一个新的设计问题而考虑每一个新的情境。
2.3 研究方法
学习科学中设计研究方法论是一个理论开发的循环过程。也就是说，理论最初创立于对控制性研究的分析。研究成果可以应用于设计学习环境，并提供一个针对真实世界的理论测试。因此，理论产生于对学习的控制和情境测试。然而，从教学设计观点看，它并不能成为理论基础，设计研究方法论成为形成性评价的机制，可以从中发现工作的内涵以及根据需要所做的改正措施。
2.4 教学方法和学习理论中的协作文化
教育技术学家们关注的是教学原则。可以将学科专家的工作职责描述为：设计者关注原则和设计，学科专家主要提供内容。事实上，教学设计者并不需要一定具有学科专业知识，因为它们是由学科专家提供的。与此相反，学习科学家需要投入到协作中，并承担起理解学习环境的共同责任，包括学科专家和教学设计者对于特定领域、学习目标和设计学习环境等学习主题的理解。
对于角色描述的不同导致针对领域定义的不同。也就是说，教育技术学家们尝试花费大量的时间去对领域进行定义和拓展一个恰当的位置，它同上面所介绍的设计范式是一致的，即同教学设计者一起工作的是具有特定学科专业知识的学科专家。学习科学除了关心所研究问题的种类和主题外，并不关注针对领域的定义。这同该领域高度的学科综合性和协作范式是一致的，而且在许多学科中他们被看成是学习科学家。
2.5 差异性
学习科学同教育技术学之间具有很大的差异性。首先表现在二者所关注的理论上，主要包括两个层面：第一，学习科学家倾向于关注从凝聚理论产生的设计和设计原则；教育技术学家则倾向于定义这些原则，理论并不是他们的核心工作内容。第二，学习科学家认为学习环境是测试和建立理论的手段，教育技术学家则将设计看成是其最终结果。
3 教学系统（IS）
“教学系统”的含义同教学设计（ID）和教学系统设计（ISD）类似。按照Barab（2004）的观点，教学设计被看成是一个系统化的过程，它包括为某一特定条件序列（如教学材料和活动）的开发、执行、评价和维持而建立的详细规范，以促进在所有复杂层面上针对学科大小单元的学习。它包括对全部学习过程的需求和目标进行分析，并且开发基于这些需求的教学或者传递系统。教学设计工作经常采用“箭头和方框”描述和执行某些系统化的设计过程。Seels和Richey（1994）认为教学系统设计是一个组织过程，它包括教学分析、设计、开发、执行和评价等步骤。分析是确认学习内容的过程，设计是探讨如何学习的过程，开发是编撰和生产学习材料的过程，执行是在情境中利用材料和策略的过程，评价则是判断教学充分性的过程。通常来讲，ISD是一个具有完全性和连贯性的线性或循环过程。过程的特征是所有步骤必须完全服务于相互之间的检查和平衡。在ISD中，过程也作为重要的产品，因为结果的可信度亦是基于过程的。 CarrChellman(2004)认为教学系统是一个多维度领域，该领域集中了许多研究人类学习的研究者，他们常常持有不同的理论和观点。在国外的许多大学网站上提出了关于教学系统的定义，尽管不同的研究者(团体)之间持有不同的观点，如在PSU(Penn State University)网站上将教学系统看成“是一个相对新的研究领域，它结合了很多不同研究领域的技能和知识，如教育心理学、应用心理学、教学系统设计、计算机科学，测试方法论和传播理论等”。此外，在印地安那大学网站上，教学系统也被看成是“一个多学科领域，主要包括教学设计理论和模型；学习与认知；教学策略与手段；可视化设计、媒体设计和交互设计；可用性测试和评价；教育系统设计；产品管理系统和人类绩效提高”。教学系统关注的是对教学的设计，即教学系统设计(ISD)(它是教学系统研究领域中非常重要的研究主题）。
Reigeluth（2004）将教学系统看成是“教学科学（IS）”，它包括教学开发理论、教学实践理论和教学设计理论。Merrill等人（1996）也提出教学科学关注的是对教学策略中原则的探讨，教学设计则是在建立教学设计过程和工具中利用这些科学的原则。我们认为，Reigeluth和Merrill等人的观点更加全面，有利于更好地理解教学系统。
同教学科学（系统）相关的知识基础包括教学实践、教学理论和描述性理论。
3.1 教学实践
同教学相关的实践类型包括：设计、开发、执行、管理和评价。教学设计实践需要为某个特定的情境或者个案选择方法。教学开发实践需要为选择和建立应用于某个情境中教学的资源而参与到活动中去。教学执行实践需要执行为某个特定情境而设计和开发的教学。有时，设计、开发与执行是同时进行的，由教师决定在教学中所使用的方法，并通过在白板上书写而建立资源。教学管理实践需要管理教学过程、资源和某特定情境中的个体。教学评价实践需要为形成性和总结性目的而评价一些特定教学的质量。3.2 教学理论
教学理论包括模型、原则、方法和基于目标的理论。教学设计理论主要解决教学应该是什么的问题（如是否包括模拟和演示）。教学开发理论关注的是应采用什么样的过程（如如何分析传授内容的属性和学习者）建立教学资源和计划。教学执行理论关注的是教学程序的分发、传播、采用和执行（如怎样帮助采用者进入到意识、劝说和决定阶段）。教学管理理论主要关注对某一教学系统的管理（如怎样管理学习者、个体和资源）。教学评价理论关注的是对于形成性和总结性评价的指导（如何判断教学的薄弱环节和克服它们的方法）。
3.3 描述性理论
描述性的知识基础主要为不同类型的教学理论提供支持，如学习理论、认知和动机为教学设计理论提供支持，系统设计理论和项目管理为教学开发理论提供支持等。
4 学习科学同教学系统的关系
我们主要从如下几个方面考察学习科学同教学系统的关系。
4.1 研究范围
从研究范围上看，尽管各自的研究目的不太相同，但二者都包含教育技术。教学系统所解决的主要问题是如何为建立系统、促进学习而找到一条最好的途径。从传统的角度看，它所采用的方法主要集中在教学材料的开发上。只是最近才呈现出新的发展动向，即其中也包括了影响学生学习的组织和系统层面的因素。技术是这些系统的一个重要组成部分。学习科学也包括环境，即同人们的学习和改变相联系，其中包括计算机。按照Kolodner的观点，学习科学需要为选择有效的教育环境提供坚实的指导，并为应用计算机探讨更具有创新性的方法。
4.2 理论和历史
从理论和历史角度看，二者的目标很难进行单独考量，它们是在同一主题下的两个不同专题。二者的研究者都是教育理论家，只是他们采用了不同的实现模型。教学系统研究领域将“基于设计”的思想作为基础，因此采用了直接的干涉主义和立场。学习科学则以教育服务作为科学的目标，有了更好的理论和科学的指导，因此可以实现最恰当的干涉。按照Reigeluth（
4.3 理论基础
二者具有相似的、多样性的理论基础。行为主义学习模式认为学习技术是条件设备，学习的教学理论认为学习技术是新型的教学媒体，建构主义则认为学习技术是对学习者建构自身知识过程中的、本质的环境支持，学习的社会文化理论将技术看成是一种文化工具（有助于进入实践社区领域）。从本源上讲，教学系统主要基于传统教学理论，但是这种局面在今天已经发生了一些改变，如Land（2000）， Hannafin等人（Hannafin, Hannafin, Land, & Oliver, 1997）和Jonassen（1990）在教学系统中突出强调了建构主义的影响。在学习科学领域虽然非常强调建构主义，但是在认知主义（即信息加工）和建构主义的社会文化观之间仍存在争论。从学习科学和教学系统不同的理论观来看，二者在建构主义学习观点上具有相似性。4.4 认识论和方法论 从认识论和方法论的角度看，二者都处于动态的变化过程中。过去的15年间，在科学研究中存在“实干家”和“使用者”的不同。教学设计者更加乐于从事实验研究，以证明某种干扰的效果。虽然学习研究者主要通过实验验证某学习理论的有效或者无效，但是推论模型仅具有相对的实证性。该两个领域都关注设计者（IS领域）或者教师和计算机专家（LS领域）在实践中所拥有的知识。通常来讲，认识论和方法论假设作为某类研究的基础在一段时间内是稳定的。象托马斯.库恩（Kuhn, 1972）指出的那样，科学革命——如任何对于先前范式的疑问和对已有理解的困惑——将是痛苦的、不经常的和受到巨大阻力的。当前的教育研究仅是这种革命的开始。
有时候关于方法论的论争并没有明确的赢家。虽然“质的”同“量的”研究之间的争论在社会科学领域中产生了一定程度的缓和，但是双方仍然对彼此的标准产生一定的疑问。当然，问题不是是否对研究对象进行归类或者计算，其根本在于它们的认识论是基于实验的还是自然主义的。实验主义者认为控制性实验是做出因果推论的唯一正确途径，这主要基于两个关键的假设：普遍性（普遍定理是稳定的和普遍的）和重现性（实验过程可重复，结果是相等的）。自然主义研究主要基于人种学方法论，它认为社会环境是暂时的和局部的，但却是人类行为的中心和组成部分，强调了如果缺乏对于某特殊环境的认识，研究者将很难对其他人的经历做出诠释。
这两种方法都采用严密的方法以确保研究结果的精确性，但是二者的关注点并不相同。实验主义者认为量的分析和实验设计是问题的核心，而处理的方式和理论，或者成果与理论不太重要。该方法的精确性表现在其自身尝试消除实验者的偏见，解决误差或者使其最小化，或者对于实验的条件进行充分的控制。对于自然主义的质的研究者来讲，他们关注的焦点更加集中在问题的基础和解释上。研究者的偏见是给定的，应该对此进行管理和揭露，而非消除，因为该研究方法假设人们的个体观点有利于对事件进行诠释。阐释是影响实验精确度的核心问题，因为研究者同研究对象所处的环境不完全相同。因此，普遍性问题成为问题的核心(即某个体同其他个体的生活经历如何匹配？)。
4.5 同教育技术的结合
从分析该两个研究领域同教育技术结合的历史发展可以得知，根据人们对“技术”确切含义认识的不同，人们对教育技术的看法存在较大分歧，即它到底是一种新的还是一种旧的应用呢？对“技术”的认识影响比较大的是基于人类学的观点，它认为技术即工具，无论它是一种物质产品还是文化活动，其目的都是为了帮助人们完成个人难以单独完成的事情。从这层含义上讲，教育技术包含的范围非常广，从教科书到苏格拉底（Socratic）教学法。对“教育技术”认识比较现代的观点是将其看成一种新的现象，“技术”的含义即信息技术或者网络信息技术，如联网的个人计算机等。尽管该种类型的技术已经存在了几十年时间，但是进入20世纪90年代以来才意味着计算机时代的到来，因为计算机的价格降低、功能增强、应用程序种类繁多、能够处理不同种类的媒体、并且可以联接到全球网络中。个人计算机的这种革命性发展同互联网的爆炸性增长，使得信息技术在过去的10到15年间迅速进入人们的生活中。从该种意义上讲，教育技术是学习的一种崭新的“现象”。
该两个研究团体对教育技术进行研究的历史并不相同，计算机技术同教学系统设计一起实现了对其它教学媒体的扩展，如视盘、教学影片、电视、无线电和图书。随着时间的推移，领域自身也实现了拓展，即更加关注学习系统而非教学媒体。因此教学系统设计同教育技术的结合成为实现结构化教育历程的工具。
从另一个方面讲，学习科学诞生于认知科学领域。尽管技术没有包括在其名称中，但是它们之间的联系却非常密切。该名称由人工智能（AI）领域的研究者首先提出，如西北大学的Roger Schank等。在计算机科学和心理学之间，人工智能占据了非常重要的位置，例如利用人工智能系统可以实现对人类绩效的工程支持和真实测试人类心理的心理学模型。
4.6 研究与设计
按照杜威的定义，教学系统设计和学习科学领域中研究者都被称为教育家。他们都是为了探讨如何提高学生或者学习者的业绩，实现途径则分为研究和设计。学习科学家们以揭示应用于教学的科学原则为出发点。教学设计家们则为解决教学问题而探讨应用理论，并为实现理论在教育环境中的应用而对过程进行系统化处理。Robinson（1998）提出在这一研究模式指导下的应用是有缺陷的。从实践的角度讲，将受到局部环境局限、非彻底的或者是能够被调整的理论应用于学习中是非常困难的。同样，也许缺乏直观性，教育中“纯粹的”科学家习惯于利用包含设计工作的显著数量的测试理论进行发现，在某一特定的环境中为进行测试而充分地对理论进行描述、采用某一理论概念（如基于问题的学习、抛锚式学习等）和形成一定的处理方式是非常艰巨的。因此，科学和设计之间的区别并不十分清晰。 4.7 基于设计的研究（Design based Research）
20世纪90年代前期，美国数位重量级研究者们确立了学习科学，并开始探讨一种方法论，它包含通过为特定的场合而设计学习环境的过程来开展科学研究。开始时，这种类型的工作被定义为“设计实验”（Brown, 1992; Collins, 1992）。在学习科学内部，从大的方面讲，它并没有带来在教育研究中所具有的不适，因为学习科学倾向于认知科学中方法论和认识论的多样性。基于设计的基本思想是：利用针对学习环境的重复设计，探讨工作、重要性以及如何同学习理论相联系。然而，该模式也产生了一些方法论上的对抗力。事实上，美国“不要让一个孩子落伍”行动所定义的科学研究仅包括实验和准实验工作。但是，基于设计的研究继续在学习科学中成为人们对现象进行调查的一种重要方法。整个90年代，学习科学中的研究群体对设计成为一种研究模式进行了持续的探讨。
Brown（1992）提出基于设计的研究是一种方法论范式，它包括系统调整设计情境的不同方面，并将这种调整同各种类型的实验联系起来，以实现在自然环境中测试和产生理论。Cobbe等人（2003）则认为设计实验是在某一限定环境中需要特定的“工程”学习形式和系统化研究这些学习形式，这一设计的情境将服从测试和改进的需要，而且连续的循环导致了系统化地改变实验和角色扮演的相似性。最终产生学习和教学的理论产品的设计实验也是采用一定的干涉手段（包括系列设计），在自然情境中产生并不断循环。
基于设计的研究不是一种简单地形成性评价，它能让学习科学家更好地理解在实验室中所产生的理论内涵是否具有生态学层面的有效性。它是在哪些环境中产生和预见理论，研究者对环境的操作感兴趣以更好地理解实际理论应用的边界条件。基于设计的研究强调理论的产生，并表现了针对学习科学设计工作的本质应用。从基于设计的研究观点看，设计工作主要服务于理论的演化，并且从自身来看这并不是研究的终点。对于大多数学习科学家来讲，在设计工作和理论开发中以一种积极的态度影响研究对象是十分必要的。
在教学系统设计领域，已经对设计如何形成理论化的问题进行过研究，如Reigeluth等人对设计的角色和形成性研究作为理解（而非仅是应用）学习的方式提出了质疑（Barab, Squire, & Dueber, 2000; Merrill, 2002; Reigeluth, 1999b）。问题“我们从设计中学到了什么？”在其它设计领域也得到了人们的响应，如工程和计算机科学。随着基于设计的研究（和基于研究的设计）在教育领域（尤其在教育技术领域）变得更加普遍，教学系统设计和学习科学领域将在目标、方法和认识论方面重合的部分越来越多。
5 结论与建议
美国学习科学（LS）和教学系统（IS）领域同教育技术的关系非常密切，许多研究对象是各研究领域所共同具有的，如CSCL、CSCW、学习环境、情境认知等，并且已经形成了各自独特的方法论和认识论基础，如基于设计的研究范式等。根据本文研究，我们可以得到如下结论：
(1) 学习科学以认知科学为基础，主要对学习环境进行设计，采用基于设计的研究范式，注重理论和原则的探讨。教学系统（或教学科学）领域则以理论与原则的应用为研究的主体，探讨如何实现对教学过程的优化。教学系统设计即是采用了针对教学所进行的分析、设计、开发、执行和评价过程。
(2) 学习科学同教育技术之间在研究领域、目的、方法和协作文化等方面存在着紧密的联系，同时二者之间也存在显著的差别。因此，学习科学同教育技术领域的研究者具有很多相同的研究兴趣（在研究手段和方法等方面不同），彼此之间应增加交流与沟通。此外，该两研究领域之间的成果可以互相促进和补充。
(3) 学习科学同教学系统之间在研究范围、理论和历史、理论基础、认识论和方法论、研究与设计等方面存在着联系与区别。这说明该两个研究领域之间即可以互相促进，也可以互相补充，因此应该增强两个研究领域中研究者之间的交流与合作。教学系统（教学设计或教学系统设计）通常隶属于教育技术学研究领域，从该层面上讲，学习科学同教育技术研究领域的联系更加密切。从本文研究中也得到，我国在学习科学领域的研究同美国相比，在研究范围、研究范式、研究方法等方面存在较大的不同。这一差别的存在，对于教育技术研究领域的研究者来讲是机遇还是挑战呢？我国学习科学学科的建立是否应该同美国相似呢？从本文分析得出，学习科学同教育技术学之间的联系非常密切。我国教育技术领域的研究者是否应该更多地关注和从事学习科学方面的研究呢？
我们认为，针对学习科学和学习系统的研究亦是教育技术学研究所关注的新领域，而且传统上，学习系统(教学系统设计)已经是教育技术学的研究领域之一。从目前美国学习科学的研究对象看，其中很多也同时是教育技术学的研究对象，而且学习科学的研究范式——基于设计的研究对教育技术学专门研究方法的建立亦具有很强的启示作用。因此，我们建议应该在教育技术学学科中开辟针对学习科学研究的相关领域，从学习科学角度对有关问题进行深入研究。此研究领域和研究范式的拓展，必将有利于我国教育技术学研究理论体系的形成与完善。此外，教育技术学还应加强针对教学系统的研究，并将学习科学领域同教学系统领域结合起来，实现该两个领域研究成果的共享。
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