本文關(guān)鍵詞：計算機技術(shù)支持的中學(xué)科學(xué)探究式學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

2014.6?中國電化教育?總第329期；TheoryofEducationalTechn；理論與爭鳴；性；(2)策略技能：是指關(guān)于如何進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的知；a.策略過程：專指假設(shè)驅(qū)動策略下，科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)所；b.知識技能：是指每個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備的；元策略的支持可以通過導(dǎo)航圖、指導(dǎo)語、認(rèn)知工具、規(guī)；(3)內(nèi)部目標(biāo)：是指影響學(xué)習(xí)過程中行為目標(biāo)的各種；(

2014.6?中國電化教育?總第329期

Theory of Educational Technology

理論與爭鳴

性。最后，在得出結(jié)論環(huán)節(jié)，領(lǐng)域知識還可以幫助學(xué)生加深對結(jié)論的理解。在支持方式上，領(lǐng)域知識可以通過講授或圖文的形式直接呈現(xiàn)給學(xué)生[16]；并且有研究表明，在學(xué)生需要時提供所需的領(lǐng)域知識比預(yù)先提供相關(guān)的領(lǐng)域知識效果要好[17]。

(2)策略技能：是指關(guān)于如何進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的知識、技能、方法與策略。策略技能可以分為兩類：

a.策略過程：專指假設(shè)驅(qū)動策略下，科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)所經(jīng)歷的理解問題、提出假設(shè)、設(shè)計實驗、檢驗假設(shè)和得出結(jié)論五個環(huán)節(jié)及其邏輯關(guān)系。

b.知識技能：是指每個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備的關(guān)于科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的知識、技能與方法。例如，在提出假設(shè)環(huán)節(jié)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)了解假設(shè)的基本要求；在設(shè)計實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生必須采用變量控制法；在檢驗假設(shè)環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)將實驗數(shù)據(jù)繪制成圖表以幫助理解數(shù)據(jù)等。

元策略的支持可以通過導(dǎo)航圖、指導(dǎo)語、認(rèn)知工具、規(guī)定性的學(xué)習(xí)過程等方式實現(xiàn)[18][19]。

(3)內(nèi)部目標(biāo)：是指影響學(xué)習(xí)過程中行為目標(biāo)的各種學(xué)生心理因素，包括學(xué)生的好奇心、好勝心、偏好等。內(nèi)部目標(biāo)直接影響學(xué)生對學(xué)習(xí)過程的調(diào)節(jié)能力。例如，有的學(xué)生固執(zhí)己見，他們在實驗已經(jīng)證否某條假設(shè)的情況下，仍然堅持設(shè)計新的實驗以證明該假設(shè)[20]。為此，可以通過指導(dǎo)語、教師激勵等方式幫助學(xué)生調(diào)整內(nèi)部目標(biāo)。

(三)監(jiān)控與反思

雖然具有規(guī)范的學(xué)習(xí)過程并且需要為學(xué)生提供多方面的學(xué)習(xí)支持，但是科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)仍然具有明顯的學(xué)生自我導(dǎo)向(Self-directed)特征，學(xué)生需要自己規(guī)劃和調(diào)節(jié)進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的方案，如提出哪些假設(shè)，設(shè)計怎樣的實驗等。在這種自主、靈活、試錯的進(jìn)程之中，學(xué)生的自我監(jiān)控和反思對于學(xué)習(xí)的成敗具有重要意義。一方面，監(jiān)控與反思能夠幫助學(xué)生提取出分布于各學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)與步驟中有價值的領(lǐng)域知識與策略技能，皮亞杰稱之為反省抽象；另一方面，監(jiān)控與反思必將激活學(xué)生腦海中之前已經(jīng)掌握的領(lǐng)域知識和策略技能，并將之與當(dāng)前科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程中的領(lǐng)域知識和元策略相關(guān)聯(lián)，從而促進(jìn)認(rèn)知同化，形成意義建構(gòu)，皮亞杰稱之為反省整合。

由此可見，監(jiān)控和反思貫穿于整個學(xué)習(xí)過程之中。監(jiān)控和反思的具體內(nèi)容包括領(lǐng)域知識和策略技能兩個方面：

(1)領(lǐng)域知識：包括學(xué)生提出了哪些假設(shè)，實驗是否支持這些假設(shè)，最后得出怎樣的結(jié)論，以及在

過程之中激活了哪些先前已經(jīng)掌握的領(lǐng)域知識。這些內(nèi)容反映了學(xué)生的知識狀態(tài)變化過程，以及新舊知識是如何關(guān)聯(lián)的。

(2)策略技能：分為策略過程和技能方法兩個方面。前者包括科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)經(jīng)歷了怎樣的過程，學(xué)生提出假設(shè)采用了何種策略等；后者包括學(xué)生如何針對假設(shè)設(shè)計實驗，如何控制變量，怎樣處理實驗數(shù)據(jù)等。這些內(nèi)容反映了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)的思路過程。

綜上所述，科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的活動模型如圖5所示。

監(jiān)控反思

理解問題1.尋找信息

2.整體分析系統(tǒng)

提出假設(shè)1.選擇變量

2.分析關(guān)系

設(shè)計實驗1.設(shè)置條件2.預(yù)測數(shù)據(jù)3.收集數(shù)據(jù)

檢測假設(shè)1.處理數(shù)據(jù)

2.驗證假設(shè)

得出結(jié)論1.總結(jié)假設(shè)整體理解2.反思評價

領(lǐng)域知識支持策略過程支持

技能方法支持

內(nèi)部目標(biāo)支持

圖5?科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的活動模型

四、結(jié)束語

科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)是一種高度復(fù)雜的問題解決式學(xué)習(xí)活動。本文嘗試從領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)機制和學(xué)習(xí)活動的設(shè)計三個方面建立科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的認(rèn)知模型。可以看出，，該認(rèn)知模型具有明顯的結(jié)構(gòu)化特征，易于通過計算機代碼進(jìn)行形式化表達(dá)，這就為設(shè)計開發(fā)基于計算機的科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)環(huán)境奠定了必要的理論基礎(chǔ)。在未來的工作中，我們將以此為依據(jù)深入討論科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)環(huán)境中的領(lǐng)域知識建模、學(xué)生建模、活動建模、腳手架設(shè)計等問題。

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作者簡介：

陳剛：博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向為智能教學(xué)系統(tǒng)、科學(xué)教育(chengangyzu@163.com)。

石晉陽：在讀博士，講師，研究方向為教學(xué)設(shè)計，媒體心理學(xué)(sjy8008@163.com)。

高強：碩士，助教，研究方向為科學(xué)教育(tony2849671@163.com)。

Cognitive Modeling of Scientific Discovery Learning

Chen Gang, Shi Jinyang, Gao Qiang

(School of Journalism and Communication, Yangzhou University, Yangzhou Jiangsu 225002)

Abstract:Presently, the use of virtual learning environment for scientific discovery learning has become an important way to implement science education. However, because of the highly complex cognitive process of scientific discovery learning and the lack of necessary learning support, the existing virtual learning environment failed to achieve satisfactory effect. To solve this problem, it is necessary to establish a cognitive model of scientific discovery learning as the basis for the design and development of virtual learning environment. Therefore, based on the philosophy of science, information processing psychology and education sciences research, this paper has built the cognitive model of scientific discovery learning from the structure of domain knowledge, the information process mechanism of discovery and the design of learning activity aspects. In scientific discovery learning, students gradually design experiment to explore scientific theory model of actual system. The scientific theory model includes partial model and complete model which may be described in mathematical or physical way. Scientific discovery learning is a dual search in learner's hypothesis space and experiment space guided by hypothesis-driven strategy or experiment-driven strategy. The knowledge construction of learner can be divided into two phases, one is from hypothesis space to partial models and the other is from partial models to complete model. Scientific discovery learning includes five steps: analyzing problem, raising hypothesis, designing experiment, testing hypothesis and drawing conclusion. Learning supports should be provided in domain knowledge, meta-strategy and internal target aspects.The structural characteristic of the cognitive model is obvious and easy to be formalized through computer code. Therefore, the cognitive model lays the theoretical foundation for the design and development of intelligent scientific discovery learning-oriented virtual learning environment.

Keywords:Science Education; Scientific Discovery Learning; Cognitive Model; Virtual Learning Environment

收稿日期：2014年3月17日責(zé)任編輯：李馨?趙云建

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  本文關(guān)鍵詞：計算機技術(shù)支持的中學(xué)科學(xué)探究式學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。