本文關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)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(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

2014.6?中國(guó)電化教育?總第329期；TheoryofEducationalTechn；理論與爭(zhēng)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(dòng)策略下，科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)所；b.知識(shí)技能：是指每個(gè)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(guó)電化教育?總第329期

Theory of Educational Technology

理論與爭(zhēng)鳴

性。最后，在得出結(jié)論環(huán)節(jié)，領(lǐng)域知識(shí)還可以幫助學(xué)生加深對(duì)結(jié)論的理解。在支持方式上，領(lǐng)域知識(shí)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(shí)提供所需的領(lǐng)域知識(shí)比預(yù)先提供相關(guān)的領(lǐng)域知識(shí)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(shí)、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(dòng)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(jì)實(shí)驗(yàn)、檢驗(yàn)假設(shè)和得出結(jié)論五個(gè)環(huán)節(jié)及其邏輯關(guān)系。

b.知識(shí)技能：是指每個(gè)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(shí)、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(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生必須采用變量控制法；在檢驗(yàn)假設(shè)環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)將實(shí)驗(yàn)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(shí)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(duì)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?cè)趯?shí)驗(yàn)已經(jīng)證否某條假設(shè)的情況下，仍然堅(jiān)持設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)以證明該假設(shè)[20]。為此，可以通過指導(dǎo)語、教師激勵(lì)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(jì)怎樣的實(shí)驗(yàn)等。在這種自主、靈活、試錯(cuò)的進(jìn)程之中，學(xué)生的自我監(jiān)控和反思對(duì)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(jià)值的領(lǐng)域知識(shí)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)和策略技能兩個(gè)方面：

(1)領(lǐng)域知識(shí)：包括學(xué)生提出了哪些假設(shè)，實(shí)驗(yàn)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(shí)。這些內(nèi)容反映了學(xué)生的知識(shí)狀態(tài)變化過程，以及新舊知識(shí)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(gè)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(duì)假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如何控制變量，怎樣處理實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(jì)實(shí)驗(yàn)1.設(shè)置條件2.預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)3.收集數(shù)據(jù)

檢測(cè)假設(shè)1.處理數(shù)據(jù)

2.驗(yàn)證假設(shè)

得出結(jié)論1.總結(jié)假設(shè)整體理解2.反思評(píng)價(jià)

領(lǐng)域知識(shí)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(dòng)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(dòng)。本文嘗試從領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)機(jī)制和學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)三個(gè)方面建立科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的認(rèn)知模型�？梢钥闯觯�，該認(rèn)知模型具有明顯的結(jié)構(gòu)化特征，易于通過計(jì)算機(jī)代碼進(jìn)行形式化表達(dá)，這就為設(shè)計(jì)開發(fā)基于計(jì)算機(jī)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(shí)建模、學(xué)生建模、活動(dòng)建模、腳手架設(shè)計(jì)等問題。

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作者簡(jiǎn)介：

陳剛：博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹悄芙虒W(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?yàn)榻虒W(xué)設(shè)計(jì)，媒體心理學(xué)(sjy8008@163.com)。

高強(qiáng)：碩士，助教，研究方向?yàn)榭茖W(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(jì)算機(jī)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(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。