當「學習」成為一門學科，我們可以更科學地學習（下）
學習如何發生？如何促進更好的學習？
本文授權轉載自蜂窩兒童大學
上篇
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學習的過程
學習科學主要關注的是在學習環境中究竟發生了什麼，以及它究竟如何幫助提高學生的學習表現。
學習環境包括環境中的人（教師、學習者和其他人）、環境中使用的科技及其所扮演的角色、房間的結構和佈局以及房間中的實物、以及更廣泛的社會和文化環境。
對於學習過程研究的關鍵問題包括：學習是如何進行的？不同的學習環境對學習有何貢獻？我們能否透過改善學習環境的設計來提高學習效果？
一些研究者致力於研究學習環境中的軟件設計，例如：教師應該扮演的角色，或者每個學生所進行的特殊學習活動。另一些研究者則把整個學習環境作為一個系統來考察，並關注更全面的問題，例如：對學生的支持應該來自老師、科技產品還是其他學生？我們怎樣才能創造一種讓學習者感覺像是「學習共同體（learning community）」的文化？我們如何設計學習材料和學習活動來保持學生的積極性和參與度？
學習是如何發生的：從新手到專家
早期認知科學研究的重要貢獻之一是對知識工作的深入研究。許多人工智能的開發者希望通過觀察和採訪學科專家以在計算機程序中複製這些專業知識。因此，在能夠讓程序模擬這些專業知識之前，這些開發者必須先詳細描述這些專業知識的性質。
當這些開發者將注意力轉移到教育時，他們他們不得不考慮一個新的問題：專家們是如何獲得他們的專業知識的？學習者在從新手到專家的過程中經歷了哪些心理階段？這些問題是結合了發展心理學和認知心理學的認知發展研究的範疇。
認知發展研究一直是學習科學的重要基礎。因為這部分的研究能夠讓學習科學的研究者理解新手是如何學習的，他們先前有哪些不準確的觀念在學習過程中被改變；然後，基於對這個過程的理解，他們就能更好的設計課程，恰當地利用那些不準確的觀念，使學習者以最簡單的方式掌握專業知識。
學習是如何發生的：利用先有知識
指導學習科學研究的最重要的發現之一是：學習總是在先有知識的背景下發生的。學生們進入教室時，他們的大腦並不是一個空的容器，而是帶著對世界如何運作的一些尚未形成的想法，這些想法有時被稱為是「天真的（「naïve）」想法。
這些先有知識是在學齡前就有的，而對於這部分知識的研究對於改革學校教育來說絕對是至關重要的。因為傳統的教學主義是在行為主義的假設下進行課程設計的。行為主義者們相信兒童在進入學校時一無所知，而學校的作用就是用所謂的知識填滿孩子的大腦。這就會導致孩子在課堂上所學知識和他們的個人理解的割裂，導致他們無法在課堂外將所學的知識很好地利用起來。
促進更好的學習：腳手架（鷹架）
學習科學是以建構主義（constructivism）為基礎的。學習科學的很多研究已經證明，當兒童積極參與構建他們自己的知識時，他們會獲得更深刻的理解、更可歸納的知識（generalizable knowledge）和更強的學習積極性。學習科學的研究已經提出了一個學習環境必須為學習者提供怎樣的支持才能讓他們更高效地進行自我知識建構。
為了描述這種促進深度學習的支持，學習科學家使用了腳手架（scaffolding）這個術語。腳手架是是針對學習者的需要給學習者的幫助，以實現他的學習目標。最好的腳手架以一種有助於學習的方式提供這種幫助，它幫助學習者積極主動地進行知識建構。在有效的學習環境中，腳手架會根據學習者的需要逐漸增加、修改和移除，最終會完全消失。
促進更好的學習：外化和清晰表達
學習科學已經發現，當學習者將他們正在學習的知識外化並清晰表達（articulate）出來時，他們的學習效率會更高。這比聽起來要複雜得多，因為學習者並不是先學習然後再表達的。
相反，最好的學習發生在學習者能夠清晰表達他們正在不斷學習中的知識，並在整個學習過程中不斷試圖更清晰地表達它們的時候。在一個多方面的反饋迴路中，清晰表達和學習是相輔相成的。在許多情況下，學習者只有開始清晰地表達出來才能真正學到東西 — — 換句話說，在大聲表達的時候，他們學習的速度和深度比一言不發地學習要快得多。
俄羅斯心理學家列夫 · 維高斯基（Lev Vygotsky）在20世紀20年代首次研究了這一令人著迷的現象。他認為，一切知識都是從有形的社會互動開始的，然後逐漸被學習者內化形成思維。雖然學習科學家們對這種內化過程的確切性質還有爭論，但是，有一點是大家都認可的，即學習者之間的合作和交流是至關重要的，因為它允許學習者從清晰表達的力量中獲益。
學習科學研究最重要的課題之一就是理解如何在這個持續的表達與學習過程中支持學生，以及怎樣的表達對學習最有幫助。學習科學的研究已經表明，如果當學生在表達的過程中得到一定的支持幫助他們以一種總容易激發反思的方式表達他們對所學內容的理解的話，他們的表達和學習將會最有效。學生們需要在表達中發展他們對知識的深層次理解。如果他們不知道如何談論思考，那麼他們也就不會思考如何思考。
促進更好的學習：反思
清晰表達對學習如此有幫助的原因之一是它使反思（reflection）或元認知（metacognition，對學習的過程和知識的思考）成為可能。
學習科學已經反覆證明瞭反思在學習過程中對於發展深層次知識的重要性。許多基於學習科學的課堂設計是為了促進反思，而且大多數課堂還會向學生提供工具來促進反思，使他們能夠更容易地理解和發展自己對知識的理解。
當學生們清楚地表達了他們正在形成的對知識的理解，好的學習環境就應該支持他們反思他們剛才所表達的東西。這樣的「表達-反思」需要貫穿學習的全流程，而學習科學研究的中心課題之一就是如何支持學生在學習過程中更好地獲得這種有益的的反思。
促進更好的學習：從具體知識到抽象知識的建構
發展心理學家讓 · 皮亞傑（Jean Piaget）最廣為接受的觀點之一是，自然的學習過程是從具象的資訊出發，逐漸變得抽象。20世紀60年代和70年代，皮亞傑的理論影響體現在大部分學校都使用積木或者彩色條形圖來結束那些抽象的數學概念。雖然不是每一個我們在學校里教授的重要的抽象概念都能用彩色積木來表示，但是電腦繪圖的使用使得更多非常抽象的概念得以以可視化的形式來表現。
現在，學習科學已經批判地繼承了皮亞傑的原始洞察，併發展了電腦繪圖軟件。不僅有更多抽象的概念可以直觀地被表達，而且甚至是非常抽象的學科實踐、科學論證的結構以及科學研究循序漸進的步驟也都可以以直觀的形式表現出來。
在使抽象具體化的過程中，這些系統也幫助學生能夠清晰表達那些抽象的概念知識：他們的表達可以不僅僅通過語言，還可以是視效的或圖形的。而且在許多情況下，對視效和空間的理解是先於對語言的理解，而且可以用來建立對語言的理解。
05
教育科技
在20世紀50年代，B. F. 斯金納（B. F. Skinner）向大眾展示了他的「教學機器」 （teaching machines），並聲稱它們會使教師「過時」。
20世紀60年代，第一個教育軟件在斯金納的行為主義理論基礎上被開發出來，這些程序被稱為計算機輔助教學(CAI, computer-assisted instruction) ，這類程序現在仍在使用。
20世紀70年代，一些人工智能（AI）研究人員開始從事教育工作，並開始開發自動輔導系統和其他應用程序。
在20世紀80年代，像羅傑．單克（Roger Schank）和西摩爾．派普特（Seymour Papert）這樣的認知科學科學家認為，電腦將從根本上改變學校，因為他們認為人類學習的過程和人工智能研究人員給電腦編程讓電腦「學會學習」的過程一樣。
到20世紀90年代，許多不同國家的政治家、家長和商業界形成了一個強烈的共識，那就是必須將電腦引入學校。他們大力推動在學校安裝電腦，並致力於讓學生們能夠上網。
在美國，聯邦政府的E級項目（E-rate）為學校的互聯網連接支付費用。到2009年，在美國，97% 的教師會每天在他們的教師里使用一台或多台電腦，有93%的電腦連接到互聯網。在學校，平均每5.3名學生就擁有一台電腦。而在1998年，這個數據還是每12.1名學生擁有一台電腦。
然而，所有這些投資的結果都不盡人意。到2000年，沒有任何研究能夠證明使用電腦學習與學生成績的提高有關。
當研究人員開始研究為什麼電腦沒有起到那麼大的幫助時，他們發現學校裡電腦的使用並不是基於學習科學；相反，老師們只是使用電腦作為現有課堂教學方式的一種附加物。電腦「被過度營銷，但卻沒有發揮出真正的用途」（oversold and underused）。電腦沒有改變教與學的方式，以更貼合學生的學習過程；而只是讓那種原始的陳舊的教學主義教學法變得「更強大」。
而只有當我們在充分考慮了孩子們是如何學習以後再去設計如何使用電腦學習，並將電腦的使用和師生互動緊密結合起來的時候，電腦才有助於學習。
學習科學的研究解釋了為什麼電腦在學校中對學習並沒有起到太大幫助。這是因為，迄今為止，大部分的電腦教學是基於教學主義的理論設計的。在這種情況下，電腦不過是強化了老師那種全知全能的專家角色。換句話說，現在學校中電腦的使用是幫助教師更好地成為教師，而不是幫助學習者成為更好的學習者。它更多地幫助教師更方便、更高效地向學生傳達信息，但很少幫助學習者獲得深度學習的學習體驗，比如，幫助他們更好地進行同伴協作或者更好地利用和聯繫他們的先有知識。
這並不是說，電腦不應該幫助老師更好地教課，只是這樣是不夠的。下一代的教育技術的設計和使用需要建立在學習科學的研究基礎上，並與學校和老師緊密合作。
電腦的一些使用已經被學習科學證明是可以有效支持深度學習的，例如：
- 電腦可以用具體的形式表示抽象的知識。
- 電腦工具使學習者能夠更便捷地以視覺和語言的方式清晰表達他們正在學習的知識。
- 電腦讓學習者在經過精心設計的過程中通過學習、清晰和表達不斷應用和修正他們對知識的理解。
- 電腦使學習者可以通過視覺和語言結合的方式進行反思。
- 互聯網使學習者可以分享他們對知識的理解，並更好地從協作學習中受益。
06
總結
自現代學校制度建立以來，關於教育究竟是科學學科（science）還是人文學科（art）一直存在著爭論。科學的那些術語使一些教育工作者感到緊張。特別是當每個人都能想象到偉大老師的藝術性 — — 一個老師不知道為什麼就總是能激發出每個學生自己的潛力。
事實上，老師們自己很清楚地知道他們做的事有多麼的複雜，每一分鐘，每一小時都有上千種不同的事情在同時發生，似乎不太可能用科學研究中那種層層剝離和切割的還原法來幫助理解正在發生的事情。這就是為什麼在過去，關於教育的研究離真實的情境似乎那麼遙遠，教師們根本無法在課堂中採用教育研究的結果。
但是，與之前的教育研究不同，新的學習科學是建立在學校里的實踐的基礎上的。很多學習科學的研究者自己首先是全職教師；其他一些研究者為了能更好地改善課堂教學，每周都在學校直接與教師或者當地學區進行合作；還有一些研究者甚至從大學或研究機構的工作中抽出時間回到課堂，和老師們一起教學，學習如何讓理論在現實世界中發揮作用。
因此，學習科學是一種結合了傳統科學和人文的新興科學，它的目的就是為了給教育創新提供良好的科學基礎，同時又使教育保留它獨特的人性光芒。
原文資訊：Sawyer, R. K. (2006). The new science of learning. The Cambridge handbook of the learning sciences. 1–18.
翻譯：李豐
