在线环境下项目化学习支架探究

一、问题提出

在项目化学习的研究与实践中，学习者对学习过程的控制权成为争论的焦点，极端的观点认为，教师只负责项目化学习活动的设计，而不干预或少干预学习者的学习活动，由学习者完全掌控学习过程。项目化学习的目标在于促进学习者认知图式的建构与自动化。对于通过学习实现认知图式发展的学习者来说，其认知特点和项目化学习任务的特点决定了其在学习过程中将面临较大的认知负荷，没有足够的工作记忆空间进行有效的认知活动，在没有外部干预的情况下难以实现认知的发展。项目化学习作为一种统整型课程①，师生之间的交流具有开放性特点［1］，学习者对学习过程具有一定程度的决策权和控制权。但是，这并不意味着教师完全放弃对学习过程的掌控。在缺少教师监控和干预的情况下，在线环境下的项目化学习容易出现学习偏离方向、组织乏力、交互质量低、学习进展受阻等问题。因此，在线环境下的项目化学习更需要学习支架。本研究在对项目化学习的任务特点与学习者认知特点进行分析的基础上，以降低学习者的外部认知负荷、分解内部认知负荷和适当提升相关认知负荷为原则，从在线环境下项目化学习设计和学习过程支持两个维度，探索教师、同伴、技术三种来源支架的作用及其相互之间的关系。

二、研究述评

支架最初被定义为“为孩子或新手解决问题、执行任务或达到目标提供的帮助，前提条件是没有这些帮助他们难以完成”［2］。Stone将支架视为发生在教师和学习者之间的互动过程［3-4］。教师通过结构化和指导策略使学习者解决复杂问题的熟练程度逐渐增加，承担的责任和所有权逐渐增加［5］，从而使学习者能力渐增，与此同时将额外的支架拆除［6］。支架使任务保持了适当的复杂性和激励性，并使其处于学习者的潜在发展水平内［7］。学习者以这种方式参与到那些处于其最近发展区上限的学习活动中。Van de Pol等总结了支架的关键特征（偶然性、退去性和责任转移）并构建了支架的概念模型［8］，如图 1所示。

图1 支架概念模型

随着教育中技术应用的不断深入，支架在教育研究和学习科学中的意义越来越宽泛［9］，逐渐被等同于支持［2，10-11］。支架提供者不仅仅局限于教师或更有能力的他人，还包括技术及其构成的学习环境。有的研究将技术作为“认知工具”应用到学习和教学中，作为学习者能力的延伸和模型，如帮助学习者外显知识建构过程［12］，结构化学习任务，引导学习者通过关键环节支持学习者制订计划并实施，按照学科关键内容和策略塑造学习者的表现和任务理解，并且将重要内容问题化［13］。也有研究者使用技术工具捕捉学习者的学习状态，供教师及时反馈和开展形成性评价［14］。Quintana等认为仅仅为学习者提供支持个体探究活动的“工具箱”是不够的，因为新手学习者没有潜在的过程知识投入到探究过程，不知道用这些工具做什么［15］。因此，需要将工具集成到一个环境中，形成支架环境，提供工具和过程支架支持学习者的探究过程。昆塔纳等所研发的Symphony学习环境整合了多种工具支架，提供完整的过程空间集，用于支持不同层次和类型的学习活动，在教学实施过程中提供信息、管理人工制品、支持非线性工作。在线环境中的技术支架有两种类型：黑箱（black-box）支架和玻璃箱（glass-box）支架。黑箱支架旨在促进学习者的绩效多于学习，在使用环境中不退去，是一种静态支架。黑箱支架代替学习者执行对于实现学习目标并不重要的任务，只用于简化学习过程但没有增加学习者对它的理解。如用于交流的菜单系统、指引学习者完成任务的指导。玻璃箱支架用于促进学习绩效，会在使用环境中退去，是一种动态支架。如对同伴交流过程的指导，解释要完成任务的内容；辅导过程中的评论、原理解释或辩论支持；用于引出表达的元认知提示等。对于学习者来说，理解玻璃箱支架提供的内容很重要，因为玻璃箱支架旨在使学习者使用支架提供的功能［16］。项目化学习支架的研究文献相对较少，主要聚焦在降低问题的劣构性和任务的复杂性，缩小问题空间，使其可获得、可管理。支架的作用主要包括维持方向、降低自由度、结构化认知等②。通过支架使问题或任务处于学习者的最近发展区内，使得学习者的学习更加简单［17］。

三、项目化学习支架设计的依据与原则

（一）项目化学习支架的设计依据

Wood等认为，有效的教学指导者至少拥有两个理论模型：一个是任务或问题及其如何完成的理论，另一个是学习者的表现特征理论［2］。两者相互依赖，否则，教师不能生成适合学习者特点的反馈。学习支架作为一种教学支持或干预，生成于学习任务或问题与学习者的相互作用。因此，项目化学习的支架设计应基于学习任务和学习者特点。

1.项目化学习的任务特点

项目化学习的任务具有高交互性［18］，所谓高交互性是指各要素之间具有较复杂的关系，且必须在工作记忆中同时处理才有意义。研究表明，用于认知活动的工作记忆空间一次能保持的信息要素数量是7个［19］，能够同时处理的要素数量是2个或3个，且工作记忆中任何要素之间的交互都需要空间。当需要同时处理的要素数量过多或要素之间的交互性程度较高时，就会造成认知负荷［20］。项目化学习是一个复杂的解决问题的过程，以问题为驱动，学习者通过交互、反思和建模等认知活动，实现问题的解决与制品的制作，从而达到内部认知图式的建构与自动化［21］。该过程既包括学习者个体认知的发展，也包括学习者相互之间认知活动的交互与认知建模的外化。各种认知活动具有相对的独立性和连续性，相互之间又具有复杂的交互性和统一性，贯穿于问题解决过程的各个环节。项目化学习过程的各个要素呈现动态性、不确定性、复杂性的特点，即要素之间交互性程度较高，需要根据任务进展和学习者的认知状态进行动态调整。

2.项目化学习的学习者特点

任务的高交互性是一个相对的概念，对于拥有不同认知图式的学习者来说，具有同样程度交互性的任务所体现的难度和复杂程度是不同的。当学习者拥有较丰富的认知图式时，可以通过认知图式整合不同层次的要素。被认知图式整合的要素在认知加工时作为一个要素存在，从而增加了工作记忆空间中要素的存储量和处理量［20］。虽然工作记忆对要素的数量有限制，但是其对要素的大小、复杂性没有限制。新手与专家的区别即在于所拥有的认知图式不同。专家拥有较为丰富的认知图式，在解决问题的过程中，其所处理的要素是经过组织的、包含大量相互关联的子要素的认知图式。因此，专家有更多的工作记忆空间使用认知图式解决更复杂的问题［20］。项目化学习的参与者基本上都是所涉问题领域的新手，尚未形成所学习领域比较完善的问题解决认知图式，长时记忆中所存储的图式的数量较少、精密度较低，影响其能够同时处理的要素数量和复杂程度。也就是说，同样数量的要素，对于专家来说，可以通过认知图式将其组织成一个要素，或者成为不占用认知空间的要素；对于新手来说，由于没有相应的认知图式组织多个要素，因此需要付出大量的认知努力。在解决问题的过程中，当需要组织的要素数量呈线性增长时，可能的组合数量则呈指数增长，学习者工作记忆的容量不可避免地被限制，这将直接影响问题解决的过程和质量，从而降低学习成效。

（二）项目化学习支架的设计原则

项目化学习支架的设计以学习者所感知的认知复杂度为基础，以促进学习者认知图式建构与自动化为目标。基于项目化学习的任务特点和学习者认知特点，在设计项目化学习支架时，应以降低学习者的外部认知负荷、分解内部认知负荷和适当增加学习者相关认知负荷为原则。

1.降低外部认知负荷

外部认知负荷取决于学习材料的呈现方式和学习者的活动，与学习者的认知图式建构和自动化过程无关［20］，教学应最大限度地降低或消除外部认知负荷，以便学习者有足够的认知资源进行图式建构。在项目化学习中，学习者的外部认知负荷来自不合适的教学设计，如学习过程各环节以及各种认知活动的组织、协调与管理，以及不适当的问题解决策略。对于专家来说，有足够的策略知识来思考问题解决过程中各个环节之间的关系并且在各种认知活动之间自由穿梭，但是新手学习者则需要借助工具梳理各学习环节及要素之间的关系，将其以可视化的形式呈现。学习支架应提供明确的学习空间和框架，以及学习者在问题解决过程中所需要的管理工具和支持工具，如结构化问题解决过程的各个环节，设置认知活动空间等。在生成与选择策略方面，学习支架应具有引导、激励等功能，使学习者能够调动认知资源实现认知图式的建构，而非仅仅达到解决问题的目标，因为问题解决只是学习的手段。

2.分解内部认知负荷

在项目化学习过程中，学习者的内部认知负荷取决于要素的交互性高低和学习者的认知图式拥有情况，其大小是相对的。交互性程度相同的任务，对于拥有不同认知图式的学习者来说，其所感知的认知负荷是不同的。当学习者拥有较精密的认知图式时，学习材料中具有高交互性的要素能够被整合进认知图式中，作为一个独立的要素进入工作记忆空间。学习者长时记忆中的认知图式越精密，其能够整合的要素粒度越大、个数越多，认知负荷越小［20］。项目化学习的参与者通常是新手，因此，通过将高交互性的要素进行分解，降低其复杂程度，使其成为多个不同层级的认知图式要素，既有助于学习者基于已有的认知图式整合低层级的认知图式要素，减少要素数量，降低要素的交互性，同时，也能够促使学习者循序渐进地建构与完善高层级的认知图式。

3.增加相关认知负荷

相关认知负荷反映了学习者积极建构认知图式的认知努力，是认知图式建构与自动化所必须的认知活动［20］。在项目化学习中，应适当增加相关认知负荷。学习支架应通过问题驱动与引导激发认知活动，保证学习活动在时间、学习者经验和反思三方面的连续性③，实现个体建构与群体建构循序渐进地发展。提供支架应适时、适量。所谓适时，是指应在学习者努力思考所遇到的问题并设法解决学习障碍而没有成功时提供支架，即“不愤不启，不悱不发”④。所谓适量，是指支架既能够帮助学习者顺利度过最近发展区，又最大限度地保证学习者的认知参与度。Lepper等指出，指导教师应将他们的支持调节到难度合适的水平，在引导学习者积极参与和提供足够的支持以防止其受挫之间寻找平衡［22］。《学记》中提到“善待问者如撞钟，叩之以小者则小鸣，叩之以大者则大鸣，待其从容，然后尽其声。”即是说，在教学过程中，在回答学习者的提问时应根据其所问问题的难易给予适度的回答，过之或不及都不是最好的教学。理想情况下，支架与学习犹如一条拉链的两边，相互耦合，使得学习始终在最近发展区内稳步进行。

四、在线环境下项目化学习支架体系

在线学习环境为项目化学习提供了丰富的工具。然而，只有这些工具并不会必然促进有效学习的发生。教学应从学习者认知发展的角度进行设计，提供学习过程支持，激发并维持认知活动。本部分将从项目化学习设计和项目化学习过程支持两个维度阐释项目化学习支架的设计，对教师、同伴和技术三种来源的支架及其相互关系进行分析，构建项目化学习支架模型，如图2所示。

（一）支架维度

图2 项目化学习支架模型

项目化学习支架体现在项目化学习设计和项目化学习过程支持两个维度。项目化学习设计中的支架旨在降低或消除学习者的外部认知负荷，分解内部认知负荷，基于学习者群体的认知水平提供支架。项目化学习过程支架旨在从群组或个体层面对学习者的认知活动和元认知状态进行动态诊断与干预，保持适当的认知负荷，促进学习者积极的认知建构活动。

1.项目化学习设计支架

项目化学习设计支架主要以静态支架的形式嵌入到学习环境中，包括问题设计、内容设计、学习环节设计、认知活动空间设计以及学习过程管理。（1）问题设计。项目化学习的问题需要转化为学习者的认知冲突，支架应提供丰富的情境信息，支持学习者在已有认知图式与问题情境之间建立关联，促进学习者对问题的解读和表征，从而形成认知冲突。（2）内容设计。项目化学习使学习者在问题解决的过程中整合领域知识，支架应根据学习者解决问题的需要有选择地组织学科知识，强调内容对问题解决的针对性。（3）学习环节设计。问题解决体现了认知活动的连续性、循序渐进性，一般可划分为问题表征、问题解决方案生成与论证、方案实施等环节以及监督与评价活动［23］。支架应对学习者的学习过程进行结构化，并有序安排问题解决过程的各个阶段及各种认知活动。（4）认知活动空间设计。针对项目化学习过程的主要认知活动提供活动空间，如讨论区、评价／评论／反馈工具、实时交互工具、多种表征工具、制品的比较和修改工具。（5）学习过程管理。支架体现在提供学习过程管理工具，如任务分解结构模板、活动清单模板和项目状态报告模板［24］。项目化学习设计支架的主要作用是向学习者呈现问题和提供内容，促进新旧知识的关联；使学习过程和思维结果可视化，有助于反思；提供向他人学习的工具和环境，促进相互学习。

2.项目化学习过程支持支架

学习过程支持支架主要是对学习者认知和元认知的诊断与干预。诊断内容包括认知和元认知行为是否发生及质量如何，基于诊断结果进行干预。对认知行为的诊断体现为对项目化学习者在线参与同伴交互、反思和建模行为进行统计分析；对学习者认知行为干预的主要目的在于促使其发生。学习支架的主要形式有提示、提醒、通知，如提醒学习者参与讨论、提醒学习者评价制品等。这些支架通常由技术工具自动提供，或者由教师手动提供。对认知质量的诊断则主要通过对学习者在线交互、反思和建模质量的形成性评价来完成；对其干预则重在保持学习方向、促进深层的认知和元认知活动，主要由教师和同伴来提供支架。教师的干预体现在以下方面：（1）同伴交互。根据学习者参与在线讨论的内容提供提示或引导性问题，确保围绕主题进行讨论。（2）反思活动。根据学习者在线反思结果指出其认知方面的不足以及问题解决策略、认知加工策略的适当性，提供建议或引导问题。（3）建模活动。对学习者在线提交制品的完善程度进行评价并提出优化建议。同伴的干预主要体现在以下方面：（1）头脑风暴。组内成员针对问题解决思路和实施方案进行讨论，提出个人观点。（2）参与同伴交互，对互动内容进行反思，提出新的见解。（3）对个人或小组制品进行评论，提出改进建议。

（二）支架来源

在线环境下的项目化学习支架形式较为多样，但其来源主要包括教师、技术和同伴。教师支架和技术支架属于外部支架，同伴支架属于内部支架，教师对设计技术支架和发挥同伴支架作用具有控制、引导作用。三种支架各有侧重，相互配合，整合成一个有机的支架体系。

1.教师支架

教师始终是学习支架的主要来源，引领学习者的学习。一方面，教师要合理安排技术支架，根据项目化学习问题解决策略以最佳的顺序和时机安排认知任务。另一方面，教师要探明学习者在面对新经验和新认知活动时的学习愿望和准备程度，监控学习者处理信息的过程，然后使用适当的启发性问题对其予以引导［25］。在项目化学习设计阶段，教师支架主要集中在问题设计、学习需求分析、目标设置、任务分解、活动序列和活动空间设计、引导认知活动的结构性模板设计以及典型案例的提供等方面。在学习过程中，教师支架的重点在于“长善救失”，所谓的“失”体现在学习者认知的多、寡、易、止（学者有四失，或失则多，或失则寡，或失则易，或失则止⑤）四个方面。教师首先要了解学生，发现学习者所进行认知活动的量和时机是否适当，即认知任务是否具有一定的复杂性和激励性。其次，要“善喻”（君子之教，喻也；道而弗牵，强而弗抑，开而弗达。道而弗牵则和，强而弗牵则易，开而弗达则思。和易以思，可谓善喻矣。⑤），根据学习者的“失”给予适当的启发、引导，使学习者保持学习方向。例如，当教师发现可能出现不相关的讨论或讨论可能停止时要及时干预，给予适当的反馈，或提供信息和陈述以扩展讨论，或提供新的思考问题。对学习者提问的答疑支持，最好的回应方式也是引导，教师成为“旁边的引导者”，有助于学习者深层次地反思，从而促进学习［14］。

2.技术支架

技术从项目化学习设计和学习过程支持两个方面为学习者提供支架。技术所提供的项目化学习设计支架主要体现在各种学习工具及其组合以及学习过程管理工具，为学习者创建静态的学习过程空间。该类支架更多地体现了技术作为工具的一般属性，其作用在于设计问题空间，可视化学习目标、任务和过程，以及提供活动规则、活动环节的结构和模板、活动空间，构成贯穿于项目化学习全过程、覆盖学习活动各个方面的立体化学习空间。技术支架在一定程度上降低了问题的复杂程度，降低了任务的粒度，问题被具体化为任务。当任务被分解为活动及其序列时，更具有可操作性。在学习过程中对学习者的动态支持方面，智能技术在一定程度上提供了规则性较强的学习支架，如学习行为分析、学习状态呈现、学习过程提醒以及更为智能化的学习反馈和学习活动指导，具有了动态支架的特点，在一定程度上替代了教师的部分工作。

3.同伴支架

认知分布于社会维度和物质维度，社会维度的认知分布于社会环境中的其他个体身上，物质维度的认知隐藏于各种心理制品和实体制品的集合之中［26］。项目化学习中，同伴在领域知识掌握方面的相似性以及认知图式的多样性是形成支架的重要条件。同伴的知识结构差别不是很大，所暴露出的认知冲突以及引发的认知活动通常都在学习者的最近发展区内，更符合认知发展的连续性规律。同伴交互时，不平衡现象将会发生，不一致的知识、对立的看法和想法将会暴露，并且不充分的逻辑推理和策略将受到挑战［27］，这将促使学习者重组当前的知识结构，获得更高的绩效和更多的解释图式［28］，从而实现更高质量的综合。项目化学习中的同伴支架主要体现在以下方面。（1）同伴讨论。一方面，通过讨论，不同学习者的观点得以呈现，观点差异得以凸显。学习者在同伴的反馈中发现他人面临的困难以及如何看待同样的问题［6］，同伴的提问使学习者参与到更多的问题解决和知识建构的解释和推理中［29-30］。另一方面，讨论使学习者能够澄清概念、重组思考，对材料重新概念化［31-32］，有助于缄默知识外显化，从特定的情境转换为一般化知识。同伴讨论也为学习者提供了教师模型，有助于培养学习者的理解力和对学习活动的监测能力。（2）制品互评。制品评论是学习者与物质维度认知之间的交互。一方面，制品的具体化和可视化为学习者提供了最直接的模仿对象和评论的锚点，使其注意到同一概念的不同方面，促进其完善、调整自身的知识结构，为认知提出新的发展空间。另一方面，使用互评策略能够帮助学习者巩固、加强、深化评价主体的理解［33］，促进学习者的批判性思维和元认知技能［34］。

4.不同来源支架之间的关系

项目化学习中不同来源的支架是一种相辅相成的关系，其中同伴支架是内部支架，以动态支架的形式在学习过程中发挥作用；教师支架和技术支架是外部支架，一方面以静态支架的形式嵌入到项目化学习设计，另一方面以动态支架的形式为项目化学习过程提供支持，共同促进同伴支架作用的发挥。技术支架的优势在于构建结构化的学习空间并提供规则性较强［35］的学习过程支持，以提供静态支架为主，动态支架为辅。在线环境下的项目化学习中，尽管技术支架能够在一定程度上替代教师的部分工作，减轻教师的负担，促进学习者的协作努力，但是教学是一项十分复杂的智力活动，以规则和推理为基础的人工智能技术还不足以提供具有人类教师教学水平的“智能化”教学。因此，对于项目化学习外部干预的控制，教师起到决定性作用，教师控制着技术支架的使用。教师需要设置学习目标，协调教学内容、学习者差异、教学方法和学习环境设计等教学涉及的各个因素［36］，并且在项目化学习过程中监测学习者的学习状态，提供学习支持，促进学习者同伴之间的相互学习。同伴是项目化学习的重要资源，同伴交互所引起的认知冲突有利于学习者反思。然而，即使有了交互的条件，也未必会导致交互的发生和认知的发展，在缺少交互规则和结构设计的情况下，在线环境下项目化学习的同伴交互是不充分的，且难以持续；没有教师的指导，容易导致交互质量低、交互偏离学习目标等问题。利用技术支架设计活动空间、提供活动状态反馈，利用教师支架设计活动规则、评价交互质量以及引导交互方向是提升交互质量的重要条件。教师应对在线项目化学习的关键环节进行设计，并对学习过程进行指导。在线项目化学习支架应以教师为主导、同伴为主体、技术为基础，三种支架优势互补、相互融合。

五、总结

本研究以认知图式和认知负荷理论为基础，分析项目化学习支架的依据和设计原则，从项目化学习设计和学习过程支持两个维度，以及教师、同伴和技术三种支架来源构建在线环境下项目化学习支架体系。研究发现，项目化学习支架应将设计阶段的静态支架和学习过程中的动态支架相结合，整合不同来源的支架。以技术支架为基础，创设学习过程结构和认知空间，提供规则性较强的学习支架功能，最大限度地降低学习者的认知负荷，减轻教师负担；以教师支架为主导，教师掌控技术支架的应用并参与到学习者的学习过程中，引导学习者的学习活动，同时，激发同伴支架的内部驱动作用。

【注释】

①统整型课程：课程内容处于一种开放关系的课程，知识之间的界限模糊，教师对学生的控制减弱。在完全统整型的课程里，教学没有固定时段，是一种共同的教学、共同的考试模式以及共同的教学活动。

②方向维持指保持学习目标并维持学习者对特定目标的追求；降低自由度是指具体化学习者需要掌握但还不能实施的任务，使其简单化；结构化认知是指根据认知的连续性特点，限制问题空间，将任务分解为具有内在逻辑性的子任务体系。

③引自谢维和在第二届学习科学与在线教育学术研讨会上的发言“论在线教育的学习基础”。时间连续性，减少认知活动因再次激活所需要的认知资源；经验连续性，确保新的认知材料与学习者已有的经验之间的关联；反思连续性，是指认知活动与元认知活动之间的内在联系，体现为内部认知结构的调整与新知识的获取之间的连续性，即学与思的关系，“学而不思则惘，思而不学则怠”，“学”与“思”相互交织，相互衔接，有机作用。

④《论语》。

⑤《学记》。