默认图片:认知灵活性理论和基于WEB的教学--信息技术与教育

北京师范大学教育技术学系, 武法提

论著选摘

建构主义为以学为中心的教学提供了理论基础，在建构主义基本观点的基础上，许多心理学家进行了更为深入的研究，根据各自所关注的学习和教学问题提出了各种观点，从而形成了建构主义的各种流派。在这些流派中，认知灵活性理论(Cognitive Flexibility Theory)为基于WEB的教学系统设计提供了最合适的理论模型（Jonassen, 1997）。除认知灵活性理论以外，情境认知理论和社会建构理论也为基于WEB的学习支持系统的设计提供了直接的理论支持，本文只讨论认知灵活性理论。

认知灵活性理论是基于认知学习理论设计学习环境的一个概念模型。它的目的是促进复杂或非良构领域的高级知识的获取。认知灵活性理论使用超文本为知识的多维表征和知识组分的多种互连交叉来重新安排教学序列。这些特征和WEB的性质符合的非常好，因此，随着WEB教育应用的迅速发展，认知灵活性理论逐渐成为WEB教学系统设计的重要理论基础。下面我们首先讨论认知灵活性理论的基本观点。

1、认知灵活性理论对知识领域的划分

斯皮罗提出认知灵活性理论是以他对知识领域的划分为基础的。根据知识的复杂性，斯皮罗等人将知识划分为良构领域（well-structured domain）的知识和非良构领域(ill-structured domain)的知识。所谓良构领域的知识，是指有关某一主题的事实、概念、规则和原理，它们之间是以一定的层次结构组织在一起的。非良构领域的知识则是将良构领域的知识应用于具体问题情景时而产生的，即有关概念应用的知识，这意味着，良构领域中的同一个概念应用在各个具体实例中，其内涵将表现出一定的差异。非良构领域的知识具有以下两个特点：第一，概念的复杂性，知识应用的每一个实例，都同时涉及到许多概念，如多种图示、角度和组织原则等，每个概念都有其自身的复杂性，而且，这些概念存在着相互作用；第二，实例的不规则性，每个实例所涉及概念的数量、地位、作用以及相互作用的模式各不相同。非良构领域是普遍存在的。在所有领域中，只要将知识运用到具体情景中去，都有大量的非良构的特征（Spiro et al，1991； 陈琦，1997）。因此，我们不可能靠将已有的知识简单提取出来去解决实际的问题，只能根据具体情景，以原有的知识为基础，建构用于指导问题解决的图式。而且，在问题解决的过程中往往不是以某一个概念、原理为基础，而是要通过多个概念、原理以及大量经验背景的共同作用来实现。

认知灵活性理论正是针对复杂和非良构领域中学习的本质问题提出来的。

2、认知灵活性的含义

认知灵活性理论继承了建构主义关于学习的基本观点，即：学习是学习者在一定的社会文化背景中以自己的方式主动建构内部心理表征的过程。

所谓认知灵活性（Spiro,1990），就是指学习者通过多种方式同时建构自己的知识，以便在情景发生根本变化的时候能够作出适宜的反应。这个定义的含义是，学习者在学习复杂和非良构领域的知识时，要通过多维表征的方式才能完成对知识意义的建构，才能够达到对知识的全面理解, 此外，通过多维表征所建构的知识，能够较好地迁移到其他领域。这是因为在非良构领域中，从单一视角提出的每一个单独的观点虽不是虚假的或错误的，但却不是充分的，只有超越单一概念维度的多维知识表征，才能完成对复杂和非良构领域知识的建构;而当学习者对知识有了全面的理解之后，就能够在各种不同的情景中灵活地运用知识。事实上，认知灵活性相当于我们所说的活学活用（刘儒德，1997）。

斯皮罗认为，建构的过程是双向的，首先，对新信息的理解是通过运用已有经验，超越所提供的信息建构而成的（beyond information given）；其次，从记忆系统中所提取的信息本身，也要按具体情况进行建构，而不单是提取。建构一方面是对新信息意义的建构，同时又包含对原有经验的改造和重组。这与我们前面提到的皮亚杰关于建构是同化和顺应的交替的观点是一致的。但是，传统建构主义理论强调，学习者是从记忆中提取组织好了的图式来丰富当前事物的信息的。但是，斯皮罗等人认为，由于非良构领域存在概念的复杂性和实例的多样性，应用这种事先包装好了的图式是不合适的或不恰当的，相反，我们不只是从记忆中原封不动地提取知识结构来帮助新意义的建构，而是在已有心理表征的组织结构中抽取先前知识，针对当前具体情景进行新的组装（assemble）。比如，如果我们一看见留长头发的人，就从头脑中提取“女人”这一图式，很可能会犯错误，我们必须根据当前的情景（艺术学院、电影拍摄场地等），利用头脑中有关女人、画家、演员等多种知识，进行重新组装，来确定此人的身份，从而推知其它我们没有直接知觉到的信息。这意味着，学习者不是从记忆中提取事先包装好了的“处方”来指导自己的思维和操作，因为事先存储的单一处方的使用模式不足以涵盖待处理的实例，相反，学习者是将各种知识源汇在一起，加以适当的整合，以适合当前情景下的理解和问题解决的需要。正是由于这一点，斯皮罗等人反复强调建构过程的双向性：一方面，通过使用先前知识，学习者建构当前事物的意义，以超越所给的信息；另一方面，被利用的先前知识不是从记忆中原封不动地被提取，而是本身也要根据具体实例的变异性而受到重新建构。由于要进行这种双向建构，学习者必须积极参与学习，必须时刻保持认知灵活性。

3、学习的分类和阶段

斯皮罗等人在对新手和专家解决问题的过程进行研究后指出，在新手的入门性知识(introductory knowledge)和专家的专家知识(expertise)之间，存在着高级知识（advanced knowledge）。它据此将学习分为初级学习和高级学习两类。初级学习是学习中的低级阶段，教师只要求学习者知道一些重要的概念和事实，在测验中只要求他们将所学的东西按原样再生出来，这时所涉及的内容主要是良构领域的知识。而高级学习则与此不同，它要求学习者把握概念的复杂性，并广泛而灵活地运用到具体情景中，这时，概念的复杂性以及实例间的差异性都显而易见，因而大量涉及到非良构领域的问题。由此可见，高级学习的学习目标相对于初级学习有了很大改变，从记忆概念和事实转变为掌握概念复杂性的重要方面；从知识的简单提取转变为知识的迁移和应用（Spiro et al., 1992）。也可以说，良构领域知识的学习主要是初级学习；而复杂和非良构领域的学习则主要是高级学习。 Jonassen(1991b)在此基础上提出了知识获取的三个阶段（如图1）：初级学习阶段、高级学习阶段和专家知识学习阶段。在初级阶段，学习者往往还缺少可以直接迁移的关于某领域的知识，

图1 Jonassen 关于知识获得的三个阶段

这时的理解多靠简单的字面编码（literal coding)。在教学中，此阶段所涉及的主要是良构问题，其中包括大量的通过练习和反馈而熟练掌握知识的活动过程。在高级的知识获得阶段，学习者开始涉及到大量非良构领域的问题，这时的教学主要是以对知识的理解为基础，通过师徒式的（apprenticeship）引导而进行。学习者要解决具体领域的情景性问题必须掌握高级的知识。在专家知识学习阶段，所涉及的问题则更加复杂和丰富，这时，学习者已有大量的图式化的模式（schematic patterns），而且其间已建立了丰富的联系，因而可以灵活地对问题进行表征。

4、认知灵活性理论关于学习的方法

斯皮罗等人研究发现，在传统的学校教育中，学习者普遍不能达到高级知识学习的目标，究其原因，是学习者用学习良构领域入门性知识的方法学习非良构领域的高级知识。这些方法包括：

• 使用单一概念作为知识表征的基础；
• 从恰好应用某种知识的前后背景中抽象该知识；
• 使用过分简化的学习材料学习；实际上这是一种还原倾向（reductive bias），具体表现为三种形式：第一，相加(additivity)倾向，孤立地学习复杂事物的各个部分，以为重新整合这些部分时，各个部分的特征仍能保留；第二，离散（discrereness）倾向，将连续性的事物分割为两个极端，将连续的过程分解为断续的步骤；第三，隔离（compartmentalization）倾向，孤立地处理实际上相倚的概念要素，散失了他们相互作用的一面。
• 割裂知识成分之间的相互联系；
• 强调记忆（rot memorization）。这些方法对学习良构领域的入门性知识是行之有效的，但在非良构领域时非常不适当的，非良构领域的学习策略与这些还原策略是完全对立的。

总之，那些有助于学习者成功学习入门性知识的认知理论和教学策略往往会阻碍高级知识学习目标的实现，它不仅不适于对同一主题作高级处理，而且还将阻碍更进一步的学习。认知灵活性理论认为，在复杂和非良构领域中的学习过程是学习者主动进行的双向建构过程，在这一过程中，只有对知识进行多维表征时，学习者才能达到对知识的全面理解和灵活运用。根据这一思想，斯皮罗提出了所谓的“十字交叉形”（criss-crossing）学习方法，我们将这一方法图解如下（图2）。

图2 认知灵活性理论十字交叉形学习法示意图

图中，a、b、c、d及其指向o的箭头表示在不同背景或主题中对知识的理解，o表示最终的理解。从o指向a、b、c、d的箭头表示知识可以迁移到不同的情境中去。椭圆表示不同背景中对知识的理解相互影响。十字交叉形这一隐喻表明，在不同的背景下建构的对知识的理解存在差异，这种理解从各自的角度看都是正确的，从角度a对知识的理解可以加强角度b、c、d的理解，从角度c对知识的理解也可以加强角度a 、b、d对知识的理解， 通过多个角度对知识进行建构，最终形成对知识的全面理解O。根据十字交叉形的思想，要求学习者从多个角度检查某一概念，这既能增强对该概念的理解，同时也能增强将这一理解迁移至其它领域的能力；同样，从同一观点检查不同概念也能导致一种新的理解。因此，在对复杂和非良构领域知识学习的过程中，对同一内容，学习者要在不同的时间、在不同的情境中、带着不同的目的以及从不同的角度进行多次的交叉学习，从而把握概念的复杂性并为迁移到新的情景做好准备。

二、认知灵活性理论关于教学的观点－－随机通达教学

斯皮罗等人认为，学习者之所以不能将所学知识灵活地应用于新的实际情境中，是由于学校所教的知识都是经过简化处理了的结构性知识，而在实际情境中问题的解决需要学习者具有大量的非结构性知识。而且，学校教学的目标是让学习者接受、记忆和套用这些结构性的知识。对高级知识学习的研究表明：一开始就将复杂的学科范围简单化会妨碍进一步获得比较复杂的、正确的理解，有时甚至会造成误解。为此，斯皮罗等人提出了一种新的教学方法：随机通达教学（Random Access Instruction），通过这一方法对十字交叉形学习提供支持。斯皮罗认为，由于复杂和非良构领域存在概念的复杂性、实例的不规则性、情景的变化性、多种表征之间的相互关联性，因而对知识的理解会因背景的不同而存在差异，为了达成全面的理解，教学必须不止一次地涵盖内容。这种反复绝非为了巩固知识技能而进行的简单重复，因为每次学习的情景中存在着互不重合的方面，会使学习者对概念知识获得新的理解。对复杂概念和实例所作的任何单一解释都会漏掉复杂性中的很多因素。从单一的角度看待概念、实例就难以充分说明跨越实例的变化性和个别实例的复杂性。因而是一种简化倾向，会导致学习者对概念产生片面的的认识，并阻碍学习者在新情景中灵活运用所学知识。

随机通达教学运用各种多媒体交互技术为学习者提供一个复杂与结构不良的学习环境，并由此鼓励学习者自己对知识的积极探索与建构。这种教学方法按照以下原则组织支持建构学习的教学（高文，1998c）：

认知灵活性理论强调，在教学中要避免抽象地讲解概念一般地如何应用，要把概念具体到一定的实例中，与具体情景联系起来。每个实例分别用来说明不同方面的含义，而且各实例都可能同时涉及到其他概念。有时，在与其他实例相比较的情况下，重新考察某个实例，引导学习者建构新的理解。通过这种学习，学习者可以从多个角度理解概念，并把概念的意义与具体情景联系起来，形成背景性经验。在非良构领域，没有任何单一的图式能涵盖实例的所有东西，更没有任何图式或概念能统帅广泛范围内的实例，因此，可用的图式或概念越多，利用多种图式或概念涵盖实例复杂性的可能性就越大，使用最合适图式或概念解释非良构领域中新实例的可能性也越大，为某一个实例找到最佳图式或概念的机会也越多。如此能促进学习者针对具体情景的需要，从记忆中选取知识，重新组装，达成对新信息意义的建构。

三、基于认知灵活性理论的认知工具——认知灵活性超文本

根据以上讨论，随机通达教学要求以多种方法组织教学序列，通过多维度表征知识，促使学习者进行反复的交叉学习，以培养其认知灵活性。而超文本所具有的灵活、非线形存储、随机通达各节点的特性恰好符合这些要求。斯皮罗（Spiro,1992）在认知灵活性理论的基础上对传统意义的超文本进行了重新设计，设计出来的超文本学习环境被称为认知灵活性超文本（Cognitive Flexible Hypertext）。超文本学习环境具有信息组织的非线性、学习活动的自主性等特点，能够满足认知灵活性理论对教学的要求（即教学能够不断重组教学序列、以多种维度表征知识以及揭示知识的相互关联性等等），因而为实现认知灵活性理论所倡导的十字交叉形学习提供了技术上的可能性。 要将这种可能性转化为现实，就要求教学设计者为呈现学习内容设计多元化的背景，力求将学习内容镶嵌在相关的上下文或背景之中，而不是抽象地告知学习者一个概念应当加以如何利用，以克服知识的抽象性并有助于对知识复杂性的理解和掌握。此外，认知灵活性超文本支持链接的重新编辑，学习者在随机访问文档时可根据需要对原有链接进行动态编辑，以便对概念进行交叉学习。这样，学习者就可以基于具体的情景或案例构建知识序列。该方法依据这样一个设想：通常，学习者在面对新的情景时，头脑中就会以一定方式重新组织知识序列以使其更好地适应新情景，认知灵活性超文本则为学习者提供了可以进行知识序列重新组合的环境，以重构符合新情景的知识序列，从而能够更清晰地揭示概念的复杂关系，使其更灵活地适应所处情景。因此，在认知灵活性超文本中，起核心作用的正是与情景相关的知识序列的加工与应用。

需要注意的是，认知灵活性理论是在批判传统教学在非良构领域内过分简化知识和预定学习内容的基础上提出来的，但这并不等于说，认知灵活性理论完全排斥预定学习内容。事实上，在斯皮罗开发的认知灵活性超文本系统中也包含着一些预定的知识，但首先，并不是要求学习者获得的知识表征都全部、清晰地包含在其中；其次，该系统中预定的知识并不是要求学习者被动吸收的，也不是学习者应获得的知识的最终结果。认知灵活性超文本提供的是构成知识序列的知识单元，以及围绕该知识序列进行组织的探索环境，这能有效促进学习者反复进行建构型思考。再者，认知灵活性超文本中预定的知识范围通常局限于大致描述应如何对该领域进行思考的一些标志和起点，并把侧重点放在它们的灵活性上，而不是结构与应用的刻板性上。这些知识标志并不具有预定的意义，因此学习者不可能以抽象的方式获得意义，也不可能在应用知识于不同背景之前就确定其意义。知识的意义部分地是通过确定相关的一组概念的范型所确定的，然后则通过与具有独特应用背景的其它范型的相互作用充实。最后，认知灵活性超文本还允许学习者超越预定结构，通过选择补充概念、命题和案例分析进行用户定制。总之，在认知灵活性超文本中，知识的预定是最低限度的，该教学的目的恰恰是使学习者看到非良构领域中知识完全不是预定的。因此，认知灵活性超文本更象一种智力的“建筑设备”，该设备通过促进学习者在具有某些灵活的背景结构的前后关系中进行自主的探索，同时，它还根据学习者自己的需要向学习者提供创建知识排列的写作工具，让学习者生成自己的学习材料。

综上述，认知灵活性理论在很大程度上定位于非良构领域中高级知识的获取以及该领域所必须的社会性认知加工技能的发展。源于该理论的认知灵活性超文本则为学习者提供了一个对复杂知识进行探索的环境，以鼓励对内容与结构关系的透彻理解，并有助于学习者构建知识的多元表征。为此，这是一种旨在削弱对学习者控制，鼓励、提倡学习者积极参与，超越再现学习，主动进行探索与建构学习的学习理论与方法。他既不同于为学习者的学硬性预定一定的知识并相应要求学习者通过记忆被动接受知识的机械学习，也不同于让学习者处于无结构状态中盲目探询并完全忽视概念在理解中的作用的自由放任的学习。事实上，斯皮罗等提出认知灵活性理论与与认知灵活性超文本正是试图避免上述两个极端，走出一条“中间道路”，妥善处理预定知识与非预定知识之间的关系。

研究表明，认知灵活性超文本并非适宜一切教学情景，如可用常规方式掌握一般原理与概念的良构的知识领域。认知灵活性超文本适用于需进行高级知识学习的非良构领域。因此在设计教学系统的时候应根据学习的不同阶段，和不同的学习任务，有针对性地进行教学设计，而不应绝对化。

四、认知灵活性理论指导下的基于WEB的教学系统

Jonassen (1997)以建构主义认知灵活性理论为指导，设计了一个基于WEB的教学系统进行教学设计课程的教学。由于认知灵活性理论关注非良构领域的学习，主张通过多维表征的方式建构知识的意义，从而达到对知识的全面理解, 通过多维表征所建构的知识，能够较好地迁移到其他领域。而教学设计中大部分问题定义含糊，包含多个变量，没有清晰的目标，约束条件不固定，往往有多种解决方案或方案的路径，因而没有一个绝对正确的方案，在评价方案时有多种标准。因此，教学设计本身就是一个非良构问题解决的原型例子。该课程面向学习教学设计课的新手学生，也适合于教学设计者作案例研究。课程的目标是让学习者研究15个实际的教学设计案例(case)，案例包含了不同的主题（theme）和观点(perspective),学习者要弄清案例中各个主题和观点之间的联系。通过查看各种主题和观点，学习者思考或反省自己当前教学设计的实践和认识，然后试图提出自己对教学问题的解决方案。学习的评价由三个实际的教学设计案例组成，用户必须选择一个案例，拿出教学设计的方案。此外，要求用户反思自己对教学设计理解的改变并写出一个简纲。

一个案例一般要涉及多个主题，如设计某个知识点的多媒体课件这个案例，它包含的主题有：分析学习目标、分析学习内容、分析教学策略等，针对某个主题在不同的理论指导下会有不同的观点，因而对一个案例来说，不同的设计者可能设计出多个解决方案。学习者在选择一个主题之后，系统就会向学习者呈现一个页面，解释这个主题是如何同某个案例相关的。尽管一个案例不包括所有的主题，但不同案例包含的主题也有交迭。在每一个案例中，由热字链接到涉及的主题和有关的观点。通过浏览器导航工具，以及热字，用户能够在各种案例、观点、主题之间进行“十字交叉”（criss-cross）式学习。在每一个案例中，学习者提出了不同的观点，这些观点列在案例的下面。在选择一个观点之后，就会出现一个链接页面向学习者解释这个观点和案例的关系。学习者可以选择浏览其它有相似观点的案例。此外，对学习者来说，在任何时候他都能浏览其它学习者的观点或者主要的教学设计理论（象：加涅、布里格斯，乔纳森，迈瑞尔，瑞格鲁斯）或者主要的理论基础：建构主义、客观主义、情景学习理论等。对某个案例，用户能够浏览它的可能的方案。在方案中有热字链接到观点、主题、其它学习者的方案和主要的理论。

Jonassen构建的学习环境以多个案例作为学习的基础，知识、观点和信息资源都是案例驱动的（Case-driven），因此，学习环境提供的任何信息都在案例的情景之中。教学设计知识在案例构成的“十字交叉形”中被学生掌握。学习环境中提供的案例全都是真实案例。学习者需要建构他们自己的对教学设计概念的理解，没有标准的答案或解决方案。Jonassen的所构建的WEB学习环境可以归结为以下教学模式：“基本问题引入�鉴别问题的不同角度�给出各种问题角度的案例�浏览不同观点和方案�给出自己的方案�评价方案”。可以看出，这种教学模式是以“学”为中心的教学模式，学生通过自主学习建构知识的意义，在整个学习过程中，学习者需要自己确定学习目标、学习材料、学习路径，通过多维角度建构知识的意义。

参考文献

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