基于问题的学习与基于案例的推理

----在中学科学课堂：把设计性学习付诸实践

原文作者 Janet L. Kolodner , Paul J. Camp , David Crismond ,

Barbara Fasse , Jackie Gray , Jennifer Holbrook ,

Sadhana Puntambekar

摘要：本文讲述了如何进行设计性学习（LBD），即，一种基于项目的探究性方法进行科学学习，它的根源在于基于案例推理以及基于问题的学习。指出两者中的理论性贡献，课堂上第一次尝试出现的问题，我们解决这些挑战的方法，促进学习基于项目的探究方法的经验，以及基于理论方法来设计学习环境的经验。LBD这种方法利用我们已有的认知去塑造一种学习环境，适合深入学习科学概念和技能及其应用性，与此同时学习认知，社交，学习和沟通能力。我们设计LBD这种学习方法的目标在于，为中学生打下良好基础，使其成为成功的思想者，学习者，和他们自我生活的决策者，特别是帮助他们开始学习那些可以使他们在现代化社会中茁壮成长的所必须的科学知识。LBD的方法使学生在不断的实现从设计到建构挑战中学习科学知识。。LBD方法框架中包括了一系列模式化的序列化的活动，可以帮助教师和学生适应这种高度协作式的，以学习者为中心的，探究性导向的，设计性的课堂教学文化。这些模式化的活动，帮助教师和学生学习到科学家、工程师和组成员的处理实际问题的经验和方式，是可以真正应用在教室之外的。LBD方法是一套精心设计和制作的方法，用以促进深化而持久性的学习，但我们也认识到，仅仅是精心制作不足以把合作探究的方法成功地付诸于实践。同样重要的是培养合作的课堂文化，在这样的文化氛围中，学生乐意进行深入的学习，而教师发现自己也作为一个学习者，同时还是学习的引导者，并相信能帮助学生学会学习，从而充满热情地承担起教师需要承担的角色。

关键词：设计； 科学探究； 学习者；设计性学习(LBD)

基于我们的了解，实例推理（实例推理；克罗德纳，1993；尚克，1982，1999）对从经验中学习的模型提出了一些建议，该建议表明：实例推理为学习迁移所需的流程和知识提供了良好的模型（克罗德纳，格雷和法斯，2003）。我们的目的是以试图通过实例推理提出的促进推理种类，来促进科学学习。我们就参与各种实验的中学生为例，针对他们成功应用科学知识和科学推理技能的经验种类，来进行研究。然后我们让他们对他们的学习方式进行阐述，且通过实例推理预测来促进记忆能力，并重新对这些所获经验在今后的学习中加以利用。

然而，虽然实例推理可以对学习经验的种类和推理提供建议，但学生们还要进行深入的学习，实例推理并没有针对课堂管理起到一定的知道作用，我们知道，要取得成功，我们需要确保我们所采取的教学法在教学中要有一定的可行性。因此，寻求一种能与实例推理提出的建议兼容的课堂实践方法。为此，我们选择了基于学习过程中遇到的问题提出的学习方法（基于问题学习法；巴罗斯，1985；克诗曼，梅尔斯，菲尔多维奇与巴罗斯，1994），认知学徒制教学法法着重从解决问题的方向入手，通过经验学习和提高的同时，更加注重学习内容与实践。

针对第一种方法（克罗德纳等人，1996），我们提出了一个基于合并实例推理法和基于问题学习法得出的新的研究方向。随着资深教师在工作中对其进行的一系列的探索和研究，我们对课程单元进行了设计，并将第一种方法用于八年级地球科学和六年级、七年级生命科学的教学当中（盖兹曼和克罗德纳，1996；迈伦，霍尔顿，艾伦与克罗德纳，1996；迈伦，霍尔顿与克罗德纳，2000）。我们在我们的概念中发现了许多新的疑点。然而，我们相信，我们的理论基础是非常强大的，只要我们坚持不懈，努力完善细节，就可以通过中学课堂发现具有针对性的教学法，让学生们可以进行深入学习，让教师们能够掌握更适合中学课堂约束条件的课堂管理方法。

随后，我们的教学法被称为基于设计的学习法trade;（基于设计的学习法；克罗德纳，1997；克罗德纳，克雷斯蒙德，格雷，霍尔布鲁克，与潘泰北卡，1998；克罗德纳等人，2003），已经完成细化设计并开始试用试验、分析和教学法细化（林和松儿，1988），而且该教学法已经由二十多名教师和三千五百多名学生进行了评估，我们得到结果非常不错（霍尔布鲁克，格雷，法斯，营地和坎普，2001；克罗德纳等人，2003）。我们对此设计了一套单元，该单元包括半年内每个地球物理科学教学涉及的数据，而且它采用了一系列的时间研究，以适用针对述学科的教学法研究。我们的物理科学研究单元要求学生们去完成一个降落伞的设计（这个设计的目的是为了让学生们更透彻地了解合力，并在实践中合理的对其进行分析利用），随后学生们的任务是构建一辆小型汽车以及汽车装配的推进系统，我们对这个推进系统的要求是它能够保证汽车在山路上爬坡行驶，（这个设计的目的是为了让学生们更透彻地学习力和运动的关系），最后，我们为学生们的安排任务是设计一个可以为残疾人提起重物的装置（这个设计的目的是为了让学生们了解机械为人们带来的便利和服务，并让同学们进一步对简单机械进行学习）。在我们设计的地球科学单元中，有一项任务要求学生对处理一座风化的山体进行设计，并对其进行建模（这个设计的目的是为了让学生们了解地球表面演化的过程），教师作为学生们的咨询员，为我们的“土木工程师”选择的设计路径提出建议，并针对他们需要做的地质测试和几个地下交通隧道的设计给予指导（这个设计的目的是为了让学生们进一步了解岩石矿产，地下水，地图阅读方法和岩石周期相关知识）。³

为了研究组建一个课程的方法，我们必须解决许多实际问题。在解决问题的过程中，我们可以广泛地应用一系列的方法。在教师们没有充分适应的情况下，我们仍然可以在教室里进行调查，去帮助教师们在工作中学习技巧，并将协作文化带进他们的课堂，确保教师们能够重视在教学中循环该教学法的重要性，防止该教学法脱离课程单元的教学活动，等等。

本文着重对基于设计学习法的设计入手，从一套理论基础教学到可行的课堂教学方案系统地进行了设计。我们首先提出了基于设计学习法背后的理论基础；现实问题（设计挑战），即我们必须使基于设计学习法行之有效；基于设计学习法的具体方法；产生这些问题的主要表现；总结性概述并提出了一些应当在教学中规避的教训。我们在以下方面对该项教学法的设计中已经达到了高度认同：以学习者为中心，面向调查进行设计，以及基于课程方法设立研究项目。

从设计课堂教学法开始：基于设计学习法的概念基础

我们的目标是要解决三个问题：找到能够调动几乎所有学生积极性的教学方法，来帮助学生们学会重要的推理和社会技能，同时，充分对学习内容加以了解掌握，并谙熟一定的学习技巧，为了学生们今后能够将所学知识应用于新知识的学习或学科实践做好充分的准备（学习转移）。我们从有关学习的科学文献中汲取了很多有价值的建议。

认知学徒制（柯林斯等人，1989）提出：学习的宗旨在于在实践的真实情境中去认真贯彻所学学科的主要应用技巧，这需要学习重点能够在学习的内容上有所体现，以培养学生的认知技能，即专家实践所需的思维、问题求解和处理复杂任务的能力。在这种模式中，学习者通过参与专家实践共同活动和社交，进行某一领域的学习。它还提倡教师在设计、教学和指导实践过程中的作用，逐步让学生接管起教师所扮演的这些角色。交互教学法（例如，布朗和帕林萨，1989；帕林萨和布朗，1984）和基于问题学习法（例如，巴罗斯，1985）进一步对课堂实践的规定而不是适用程序提出建议，鼓励学生们进行有针对性的实践去培养学生们的技能，并且教师们需要有针对性地对教授知识进行设计。基于目标的学习计划（例如，尚克，法诺，贝尔和乔纳，1994）提出：学生们应该去接受有意义的挑战，并在挑战中实现所学些技能的应用和实践。专题导向学习探究式科学（例如，布卢门菲尔德等人，1991；埃德尔森，戈丁和佩亚，1999）提出：在探究学习技巧的背景下，教师们应解决各种现实问题，去弄清楚需要解决的专家可能会专注的大问题的种类。锚式情境教学（例如，巴隆等人，1998；范德比尔特认知与技术小组[CTGV ]，1997，1998），知识整合（贝尔，戴维斯和林，1995；林，1995），以及认知灵活性理论（例如，斯皮罗，库尔森，菲尔多维奇和安德森，1998；斯皮罗，菲尔多维奇，杰克逊和库尔森，1991）提出：学生应参与多个课程相关挑战，去涉猎各种各样的资源，有针对性学习相关技能，拓宽知识面，这些知识积累水平的变化会让他们了解到每个学习目标的概念，让他们体会到学习技能带给他们认知层面的微妙变化以及对所学知识的丰富度。建构主义（哈雷尔和佩珀特，1990；嘉辉，1996；佩珀特，1991）提出，学生们应当参与到设计带给他们的挑战当中去，设计在学生当中有一定的物理效应，在学生们完成设计任务的过程中，学生们可以在课下与他们的同学或家长分享他们的设计任务，并向他们的听众提出自己的见解。所有这些方法表明：在这些教学情景下，学生们能够学习去提出一些重要的问题，并运用他们所学到的东西去开展调查，解释研究所得数据。

培养学习者共同体（例如，布朗和阿格拉，1994）指出了在课堂上营造课堂文化的重要性，这有利于各种学生之间的合作，能够促进同学之间互相取长补短、互教互助以及并互相协作，他们提出：早期的教学活动应明确营造课堂文化的具体目标。

页下注：

3. 在这个地球科学单元中，学生们进行各种设计并建立模型（例如，沉积岩设计及建模，地下水流设计及建模），学生们使用模型检验通过思考得出的设计方案，在隧道的设计中，通过建立一个完整的隧道，同学们能够切身体会什么样的物理模型是不可行的。讨论我们如何使地球科学单元通过设计trade;同教学完美地相结合超出了本文的研究范围，具体教学法可参见坎普，格雷，格罗夫斯和克罗德纳（2000）的研究文献，该文献对如何将该单元与教学相结合做出了详细的介绍。

Our understanding of the model of learning from experience suggested by case-based reasoning (CBR; Kolodner, 1993; Schank, 1982, 1999) suggested tothat CBR provided a good model of the processes and knowledge representations required for transferable learning (Kolodner, Gray, amp; Fasse, 2003). Our intention was thus to try to promote science learning by promoting the kinds of reasoning suggested by CBR. We would have middle-school students engage in the kinds of experiences where they needed to use scientific knowledge and scientific reasoning skills to be successful. Then we would have them interpret their experiences in ways that CBR predicts would promote the ability to remember and reuse those experiences later.

However, although CBR could suggest the kinds of experiences and reasoning students should do to learn deeply, it did not tell us anything about classroom management ,and we knew that to be successful, we would need to make sure what we were doing could work in classrooms. We therefore sought an approach to classroom practice compatible with CBRrsquo;s suggestions. For this, we chose problem-based learning (PBL; Barrows, 1985; Koschmann, Myers, Feltovich, amp; Barrows, 1994), a cognitive apprenticeship approach that focuses on learning from problem-solving experience and promotes learning of content and practices at the same time.

As a first approach (Kolodner et al., 1996), we proposed that a merger of CBR and PBL would be

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