國際學習科學手冊（簡體書）

學習是一個複雜的系統，也是人類進步的重要動力。學習科學是一個跨學科領域，其主要探究人類如何學習、為什麼學習、學習在什麼情境下發生，以及人類如何決定學習發生的源頭等問題。
本手冊探討的核心問題主要有三點：(1)學習者如何理解無處不在的信息並與之交互？(2)如何設計對於學習者而言具有一定挑戰性的學習環境？(3)如何有效設計、分析和評估教學和學習以促進學習者的學習？從研究內容來看，本手冊主要包括關於學習過程的研究、關於學習環境的研究、關於學習科學研究方法的研究三個板塊。
首先，學習科學對學習過程的研究涉及心智過程和社會過程，以及影響這些過程的文化因素、系統因素和其他有關因素，學習科學是跨學科的研究領域，涵蓋了認知科學、心理學、哲學、社會學、人類學、課程與教學等多個學科領域。
其次，關於學習環境的研究方面，學習科學領域的研究者圍繞學習教學設計、情境設計、學習支持等幾個維度對設計挑戰式學習環境進行了分析和探討，包括整體化教學設計、知識論壇、模擬、遊戲和建模工具、非正式學習場館、MOOCs支持的多樣化學習環境、創客運動等方面的內容。
最後，學習科學領域的研究者分別從有效設計、測量、分析和評估等方面對如何促進學習者的學習方面進行了分析和探討，關注了以基於設計的研究、基於設計的實施研究和參與式設計為核心的研究方法設計、面向學習者的學習評估和能力測量、融合質性和量性的混合式方法研究等方面的內容。

弗蘭克•費舍爾(Frank Fischer)是德國慕尼黑大學心理學系教育心理學和教育科學教授，慕尼黑學習科學中心(MCLS)主任。
辛迪•赫梅洛-西爾弗(Cindy E. Hmelo-Silver)是美國印第安納大學伯明頓分校芭芭拉•雅各布斯教育與技術委員會主席，學習科學教授。
蘇珊•戈德曼(Susan R. Goldman)是美國伊利諾伊大學芝加哥分校心理學與教育學特聘教授，學習科學研究所聯合主任。
彼得•賴曼(Peter Reimann)是澳大利亞悉尼大學CoCo研究中心教育學教授，學習與創新研究中心(CRLI)聯合主任。

知曉人類學習的機制和過程，邁向更好的學習時代。一部代表學習科學過去、現在和未來的“寶藏”級手冊；一份有關學習科學領域的國際觀點的全面集合。全球110余位權威研究者共同參與編寫，顧明遠先生親筆題寫書名。
這本萬花筒式的手冊採用了多方法、多視角探究了對於思維和學習的理解與培養。這本手冊的作者團隊是國際化的，其觀點也具有國際前瞻性，如果你想知道什麼是學習科學、學習科學可以學習帶來什麼，以及學習科學今後會如何發展，那這本書將是一個很好的選擇
這本手冊分為三大部分，共51章。手冊探討的核心問題主要有三點：（1）學習者如何理解無處不在的信息並與之交互？（2）如何設計對於學習者而言具有一定挑戰性的學習環境？（3）如何有效設計、分析和評估教學和學習以促進學習者的學習？

中文版序

學習也許是人類進步最重要的能力。過去30年，學習研究的一個基本發現是，物理環境和社會環境對於學什麼、如何學以及所學知識能否解決學校之外的問題都至關重要。因此，知識是由個人和社會建構的，並且隨著新發現的出現不斷被修正。協調學習和知識建構是教學的主要功能。因此，教學是促進學習的最重要的文化成就之一。然而，隨著時間的推移，學習的理論和原則發生了變化，學術的和實踐的良好教學和指導的概念也發生了變化。當代的教學觀越來越注重學習環境的設計，這種設計可以為個體學習學科知識提供情境，在這樣的學習環境中，個體也可以學習挑戰性的、創造性的問題解決方法（單獨或與他人合作）。這樣的學習環境意味著教師不再以說教的方式向學生傳遞信息；而是協調和支持他們所負責的學生的學習。
除了如何有效地教授學科知識的問題外，學習科學（Learning Sciences）還提出了如何在專業背景下學習專業問題的解決、決策和協作，以及學習者如何發展成為自我調節、團隊導向、終身學習和積極參與社會的個人。從一開始，學習科學就對如何利用技術來幫助學習者實現這一發展感興趣。今天，我們可以使用各種各樣的數字技術，當然，其中只有一小部分被用於教與學的情境中；同時，分析學習過程和評估學習水平的方法、新穎的學習理論和創新的教學法也在迅速發展。這些組成部分的有效相互作用為個人的個性化教育和整個社會的積極發展提供了最大的潛力。探索這種相互作用是學習科學的基礎。
學習科學的一個顯著特點是，它對改善各種教育背景下的學習和教學有著濃厚的興趣。為此，學習科學發展了一套創新的研究方法，用於調查和改善真實情境中的學習和教學。同時，學習科學對其他領域和學科（如心理學和教育科學）開發的方法持開放態度（並表示讚賞）。創造科學知識和改善教育實踐之間的緊密聯繫無疑是學習科學共同體成為國際上發展最快的共同體之一的主要原因之一。就增長而言，世界上可能沒有其他研究者群體可以與中國的研究者群體相媲美。近年來，中國的研究者在國際領先期刊上發表的科學論文數量迅速增長。
我們很高興《國際學習科學手冊》現在已經被翻譯成中文，我們向翻譯團隊表示祝賀。我們認為這本手冊的中文版是對中國的研究人員成為國際社會一部分的邀請——通過參與學習科學年會，在該共同體的期刊《學習科學雜誌》和《國際計算機支持的協作學習雜誌》上發表他們的研究成果，並在《國際學習科學手冊》下一版的中、英文版本上介紹他們的創新研究。
在全球範圍內，這本手冊越來越多地被用作教師教育項目以及學習科學碩士和博士項目的資源，其中許多項目是學習科學學術項目網絡（NAPLeS）的成員。我們真誠地希望這本手冊也能為中國和世界其他華語地區的課程與教學法的發展作出貢獻。
弗蘭克•費舍爾(Frank Fischer)
辛迪•赫梅洛-西爾弗(Cindy E. HmeloSilver)
蘇珊•戈德曼(Susan R. Goldman)
彼得•賴曼(Peter Reimann)
2021年12月30日


譯者序

2018年，國際學習科學界有兩本重要出版物值得關注。一本是由美國國家科學院、國家工程院、國家醫學院繼《人是如何學習的： 大腦、經驗、心理及學校》之後重磅推出的《人是如何學習的Ⅱ： 學習者、境脈與文化》，另一本便是呈現在讀者面前的這本《國際學習科學手冊》。該手冊由德國慕尼黑大學的弗蘭克•費舍爾（Frank Fisher）教授、美國印第安納大學的辛迪•赫梅洛-西爾弗（Cindy E. HmeloSilver）教授、美國伊利諾伊大學的蘇珊•戈德曼（Susan R. Goldman）教授以及澳大利亞悉尼大學的彼得•賴曼（Peter Reimann）教授擔綱主編，共有110餘位從事學習科學研究、實踐與領域建設的國際學者參與了該手冊的編寫工作。
《國際學習科學手冊》分為三大部分，共51章。
第一部分介紹了學習科學的歷史基礎和理論定位，包括學習科學領域的起源、人類的知識傳統、整合這些傳統的方法、人類學習的過程和機制。該部分重點探討的主要是一些基礎性的理論問題，例如： 在人與世界的互動中，學習的過程、機制和其他影響人類學習的各種因素之間也存在著複雜的互動。我們與他人的互動發揮了什麼作用？我們身處的文化是怎樣的？在學習時個體怎樣使用自己的身體，身體又是怎樣與外部世界互動的？個體的信念（關於個體自己、關於世界和關於他人的信念）如何影響個體的學習？個體的目標、興趣和情感如何影響時間分配和注意力？個體如何形成表徵，表徵形成過程會受到哪些因素的影響？人作為學習者如何理解世界的複雜性？所有這一切（互動、目標、個體使用身體的方式、信念、所形成表徵等等）又如何影響個體的認知加工過程？
第二部分聚焦於學習環境的設計、研究和評價。該部分內容探索的是怎樣促進學習的理解，特別是怎樣設計學習環境，從而讓學習者既能夠熱情投入，又能夠有效形成新的理解，發展新的能力。該部分內容既聚焦教學方法，也聚焦能夠吸引學習者並幫助他們學習的技術的設計和使用；既聚焦我們稱之為“學生”的那部分人，也聚焦教師，關注怎麼幫助他們學習；同時還聚焦非正式場合中各年齡段的學習者，聚焦學習者群體中的學習以及群體學習方式如何影響群體中個體的能力。此外，還涉及技術可能扮演的角色，利用新技術讓學習更加吸引人且更為有效的可能性。
第三部分關注學習科學領域中的研究、評價和分析方法。該部分主要探索了如何在無比複雜的背景中開展學習研究的方法，如何從這些複雜環境中理解人是如何學習的方法，如何開展設計以促進學習的設計路徑指南的方法。具體而言，研究者們重點關注了基於設計的研究、基於設計的實施研究和參與式設計等。在評價方面介紹了學習中的高質量和有效評估、學習進程、能力模型和能力測量等。在分析方法方面涉及混合式研究方法、多源分析、民族學方法論、民族志、視頻研究方法、量化分析、學習分析和認知網絡分析等。
在過去的25年中，學習科學作為一個跨學科的領域，逐漸成為一個探究人類如何學習、為什麼學習、學習在什麼情境下發生，以及人們如何決定學習發生源頭等問題的重要研究領域。它的簡短發展史反映了許多不同學科的研究者對學習以及如何支持學習的理解。珍妮特•科洛德納（Janet L. Kolodner， 2004）認為學習科學是一門設計的科學、一門集成的科學、一門社會認知的科學、一門描述性的科學或者一門實驗性的科學。薩沙•巴布拉（Sasha Barab， 2004）認為學習科學是一門綜合性的多學科研究領域，它利用人類科學中的多種理論觀點和研究範式，以實現對學習、認知和發展的屬性和條件的理解。布萊恩•史密斯（Brian Smith， 2004）將學習科學定義為關注“設計在真實社會情境中使用的產品，並將此作為一種方法論以理解個體和社會認知”的團體。從這些關於學習科學定義或者屬性的界定中可以看出，學習科學不同於以往的任何一個學科，它具有實證性、綜合性、跨學科和情境性特點。
自20世紀90年代起，高文、陳琦、何克抗等一批中國學者開始面向國內譯介學習科學系列著作成果。2002年，高文團隊翻譯出版《人是如何學習的： 大腦、心理、經驗及學校》《學習環境的理論基礎》《情境學習： 合法的邊緣性參與》等系列著作，引起了國內學界對學習科學的極大關注；2010年，徐曉東等翻譯出版《劍橋學習科學手冊》，進一步拓展了我國學者關於學習科學的研究視野。特別是近20年來，以華東師範大學、北京師範大學、東南大學、北京大學、浙江大學、華南師範大學為代表的高等院校對學習科學持續進行國際追蹤和本土研究，相繼創辦學習科學研究中心，推動學科建設和學生培養，搭建協作共享與交流平臺，使國內學習科學研究形成了一定的範式特徵（趙健，楊曉哲，2019），並得到了迅速的發展。
在此背景下，《國際學習科學手冊》的翻譯和引介可以為我國學習科學領域的研究和教學提供一個嶄新的國際化視野和資源。總體看來，該手冊將國際學習科學研究的理論視野和實證視野相結合，為我們呈現了這一領域的研究現狀，探討了當前關注的核心問題，並指出了未來的發展趨勢。
一、 國際學習科學的研究現狀
（一） 關於學習過程的研究
學習科學對學習過程的研究涉及學習的心智過程和社會過程，以及影響這些過程的文化因素、系統因素和其他有關因素，涵蓋了認知科學、心理學、哲學、社會學、人類學、課程與教學等多個學科領域，也包括教師經年累月積累的經驗，探索學習科學與相關學科領域的共同性和不同點受到諸多研究者的重視。2007年，OECD出版《理解腦： 新的學習科學的誕生》和《理解腦： 走向一門新的學習科學》，一門新的將“腦功能、腦結構與學習行為結合起來”研究的學習科學，即教育神經科學（尚俊傑等，2018）誕生。腦科學的加入，令學習科學整個領域面貌一新，它引入了不少行之有效的經驗，解答了不少疑團，也否定了一些沒有根據的假設。作為領域概念，學習科學涵蓋了教育神經科學，作為學科概念，學習科學和教育神經科學又分別有著各自不同的學術期刊、研究方法、研究共同體等（周加仙，2016）。
學習科學用一種辯證的還原論去看待方法論。若想準確地解釋學習，應該將學習過程分成若干個小部分，從這些小部分開始解釋，然後“上升”到系統配置，再到部分之間的相互聯繫和協調，最後解釋整個學習過程。學習科學領域的研究者認識到學習發生系統的重要性，特別是神經系統和表現在行為和姿勢上的肢體運動系統，對學習發生系統的探究將引導我們從多層面現象來理解、研究學習。在本《手冊》中，研究者探討了如何理解21世紀各種無處不在的信息，並與之開展互動。其從不同的視角出發，按照一般興趣到正式和非正式學科對主題開展探討，瞭解各個角度是如何互相影響和互相連結的。學習者不是在一個獨立於他人和事物的世界裡行動，而是通過與他人的互動，按照規範和調整過程建立共同理解，並不斷開展交流、建立認知、獲取信任。
（二） 關於學習環境的研究
學習環境設計主要表現為一系列不同的學習情境、教學方法和對學習的支持。學習情境包括正式和非正式的學習機構，教學設計可以是教師提前制定好的、也可以是師生共同設計的、或者是以學生為中心設計的。對學習的支持被稱為學習支架，通常被納入學習任務表、學習指引或其他形式的輔導以及學習反饋中。學習支架的使用需要一個“知識更加淵博的陪伴者”，其可以由人來扮演（例如同學、輔導者、老師、家長），也可以由電腦、或人與電腦協同扮演。學習設計具有多樣性，研究者關注如何從學習情境、學習方法和學習支持的各種組合中實現對學習的支持。學習科學關注如何為各種不同的學習任務和跨學科學習情境提供綜合性的教學設計以及應該注意的事項。
（三） 關於學習科學研究方法的研究
學習科學的研究方法與其他研究方法不一樣的地方在於它能將參與者觀察與設計和完善設計的方法結合起來，在實踐過程中通過研究設計來改進設計，這是基於設計的研究方法的核心。反思性的重複設計是超越原設計去建立和提出理論的主要驅動力。早期的基於設計的研究體現了研究者們在研究中所做的大量工作，研究者們為老師和學習者提供教學設計，觀察設計實施過程，和老師、學習者討論他們的體驗和建議，然後在下一輪設計中改進。這樣的實踐活動促使新的設計方法產生，即讓設計的實施者一開始就參與設計的過程。學習科學的研究方法包括基於設計的實施研究和參與式共同設計。這一過程意味著設計者需要與設計的實踐者共同設計，而不是為他們設計。
二、 學習科學研究的核心問題
在《國際學習科學手冊》中，國際學習科學領域的研究者一方面從理論層面關注了學習科學的發展，闡述學習科學領域取得的成果和經驗，包括知識的認知與知識的發展、學習的認知觀與社會文化觀、學徒式學習、專業知識相關理論和研究、具身認知、社會文化對學科發展的影響等。另一方面，相關研究者也從實踐層面關注了學習者如何學習以及如何支持學習者學習，主要包括： （1）學習者如何理解無處不在的信息並與之交互？（2）如何設計對於學習者而言具有一定挑戰性的學習環境？（3）如何有效設計、分析和評估教學和學習以促進學習者的學習？
（一） 學習者如何理解無處不在的信息並與之交互？
21世紀，信息無處不在、互動無處不在。學習者不是獨立於其他人和事物之外單獨在自己的世界中開展行動，而是需要與信息、與他人進行交互。學習者需要學會如何理解這些無處不在的信息，學會如何選擇和提取自己日常生活、工作和學習中需要的特定信息，學會如何與他們所選擇的信息（即學習內容）及其他人開展深度互動，以規範自己的過程並建構共同的理解，這種共同的理解也會在學習者和他人不斷的交流、互動和信任中得到一次次的建構和塑造。學習科學研究者對學習者在與世界互動的過程中所涉獵的系列因素進行了分析和探討，關注了學習者利用信息解決問題的能力及多源信息理解力、支持學習者與信息交互的學習動機、參與和興趣、調節學習的技能和策略、支架（腳手架）及製品支持的協作知識建構活動開展等方面的內容。
1. 利用信息解決問題的能力和多源信息理解力
當今社會，人們依靠數字技術獲取與工作、生活和學習領域相關的信息，其中涉及到利用信息解決問題的能力以及多源信息的理解力。利用信息解決問題的能力聚焦於檢索、評估和選擇與任務相關的、有價值的、準確的信息源的過程，通常會涉及到互聯網的使用。多源信息理解力聚焦于基於研究人員所提供的信息資源形成意義的過程，這些信息源是預先選擇的，且對於學習者開展資源內和跨資源的任務信息決策非常重要。利用信息解決問題的能力及多源信息理解力所涉及的過程性環節內容主要包括識別需求信息、定位信息源、評估信息源、提取信息源信息、理解和組織信息以幫助學習者理解所要解決的任務等。在這一過程中，學習者特徵，例如學習者已有知識和認知程度及其社會文化背景對支持學習者利用信息解決問題以及理解多源信息等也有著一定的影響。
2. 支持學習者與信息交互的動機、參與和興趣
分析動機、參與和興趣的內涵及其相互之間的關係有助於深入瞭解學習者與信息之間的互動機制。動機包括參與、興趣等，例如對成就、能力或競爭力的看法、信念、期望以及價值觀的選擇，它關聯到學習者內容理解的思維方式、時間觀念、自我效能信念、完成任務的能力、對自我能力的定義以及在特定學科領域或研究領域工作的感覺。與動機不同，參與的認知、情感和行為部分是共同發生的，並且互相重疊（Fredricks, Blumenfeld和Paris, 2004）。認知上的參與描述了學習者在特定任務中的投入方式，為了掌握具有挑戰性的內容所付出的努力和意志，情感上的參與是對學習環境的態度，包括參與的感受，行為上的參與是學習者能夠遵守學習環境中的規則、期望和規範。興趣，描述了參與過程中學習者的心理狀態，以及他們隨著時間的推移是否有繼續參與的可能性。有研究者指出了興趣發展的四階段模型，包括觸發情境興趣，維持情境興趣，萌生個人興趣，和發展完全的個人興趣（Hidi和Renninger, 2006）。學習者的興趣可以被他人（例如教師、教練、同伴）所觸發，可以被學習環境中的任務或活動所觸發，也可以被個人為深入理解所作出的努力所觸發。基於對學習者的動機、參與和興趣的分析，在進行學習設計時，需要遵循的一般原則有： （1）學習者需要參與到學科內容中去才能有所獲，需要用學科內的語言參與學科任務，開始培養興趣。（2）支持學習者通過所提供的支架或任務活動參與到學科內容中去，另外，學習者在興趣發展的早期和晚期階段可能需要不同類型的互動或支持才能繼續參與到學科內容中去。（3）針對處於興趣發展不同階段的學習者，可能需要調整任務，活動或學習環境的結構，以使他們能夠專注於任務的不同方面，提供具有挑戰性的任務以加強理解。
3. 調節學習的技能和策略
成功的學習者需要知道如何學習、如何提高自己的學習技能、如何積極地參與各種活動，包括規劃學習、策略使用、學習進展監控以及處理與學習任務相關的困難和挑戰，而這其中涉及的非常重要的要素即為調節學習的技能和策略（Zimmerman, 2008； Hadwin, Jrvel和Miller, 2017）。恰當地規劃和有策略地調節學習以適應學習過程中遇到的挑戰，需要策略性地調節自己（即自我調節學習）、調節社會文化情境和人（即協作中的共同調節學習）、調節整個小組或一個群體（即社會共享的調節學習）（Hadwin, Jrvel和Miller, 2017）。其中自我調節學習是學習者在參與任何有學習發生的任務時所進行的深思熟慮的、策略性的計劃、執行、反思和調適；協作中的共同調節學習指策略性規劃、制定、反思和調節的調配受到激勵或約束的過程，其可供性和局限性存在於行動和互動、環境特徵、任務設計、調節工具或資源、支持或妨礙有效調節的文化信念和實踐中。社會共享的調節學習是一個群體經過深思熟慮的、策略性和交互性的計劃、任務制定、反思和調適，包括通過協商和持續的調適共同控制認知、行為、動機和情感狀況。學習者需要具備有一定的策略以調節自己和他人的學習，這中間需要自我調節技術工具和環境的支持，例如計算機支持的協作學習（CSCL）。調節學習過程中，技術主要用於支持信息的共享和知識的共同建構（Scardamalia和Bereiter, 1994）、為小組學習提供協作和社交空間（Kirschner, Strijbos, Kreijns和Beers, 2004）、激活自我調節學習技能和支持元認知過程（Azevedo和Hadwin, 2005）、支持建立對自我和他人的意識與理解（Kreijns, Kirschner和Jochems, 2002）、促進和維持社會共享調節過程（Jrvel, Kirschner, Hadwin等,2016）。
4. 支架（腳手架）及製品支持的協作知識建構活動開展
協作知識建構是人們協作創造新知識和新內容的過程，可以發生在小群體中，也可以發生在大社區中，是一種社會的和集體的活動，而非個體的孤立活動（Bereiter, 2002; van Aalst和Chan, 2007）。協作知識建構需要學習者在討論中貢獻自己的知識、提出自己的觀點和想法，並且願意考慮他們的觀點和想法，相互借鑒，接受或質疑彼此觀點，在這樣一個過程中，小組可以作為一個整體產生新的見解，創造出新的知識。支架式（腳手架式）教學工具能夠對協作知識建構的開展提供支持（Kollar, Fischer和Hesse, 2006），為協作學習小組成員的有效和深度互動提供指導，例如可以示範理想的完成任務的方式、降低任務的複雜性使其在學習者當前的能力範圍內、在冒險體驗與避免挫敗感之間維持良好的平衡、從任務中發掘興趣、維持繼續追求活動目標的動力、向學習者指出當前表現與理想模範之間的關鍵性區別等（Wood等,1976）。協作知識建構過程中，與知識相關的製品設計與開發也能夠有效支持知識建構活動的開展，強調人與人之間的協作不僅通過直接溝通（對話）產生，而且通過共同開發共享製品或實踐實現，形成不斷發展的協作。製品以獨立于創造者而存在的物化形式呈現知識。在協作環境中，這些製品體現了人們的貢獻。
（二） 如何設計對於學習者而言具有一定挑戰性的學習環境？
為學習者設計具有一定挑戰性的學習環境是學習科學領域的一項重要工作。維果茨基最近發展區理論指出，要想在最近發展區中取得成功，學習者需要得到一定的幫助。由此，挑戰式學習環境的設計需要為學習者在最近發展區中取得成功提供支持，同時也涉及到關於學習者所學習到的知識和技能在不同場景中的遷移和應用。學習科學研究者圍繞學習教學設計、情境設計、學習支持等幾個維度對設計挑戰式學習環境進行了分析和探討，包括整體化教學設計、知識論壇、模擬、遊戲和建模工具、非正式學習場館、MOOCs支持的多樣化學習環境、創客運動等方面。
1. 支持複雜技能習得的整體化教學設計
4C/ID模型是一種針對複雜學習技能習得的整體化教學設計方法，其學習目標是實現知識、技能和態度的共同發展，其中複雜學習技能主要是針對傳統片段化知識和技能的習得並不能達到很好的遷移效果而提出的。4C/ID模型包含有四大要素，分別為： 學習任務、支持性信息、程序性信息、部分任務練習。學習任務是4C/ID模型的核心，具有整體性、複雜性、真實性等特點，整體性是指學習任務不可以分開進行學習，而是一個完整的整體，可以包含有若干任務組序列；複雜性是指學習任務不是簡單的知識、技能或者態度的習得，而是三者的綜合體；真實性是指學習任務是真實存在的，需要來自學習者的真實生活。支持性信息主要是建立起學習者已有知識和學習者學習任務中需習得的遷移技能之間有意義的聯繫。程序性信息主要是用於支持學習者常規學習任務的完成，例如其可以支持教師通過一步步的教學完成常規學習任務。部分任務練習旨在通過廣泛的重複性練習來強化學習者的認知，幫助學習者提高其在整個學習任務中的表現。4C/ID模型支持的複雜學習技能習得主要包含有10個步驟（van Merrinboer和Kirschner, 2018），分別為（1）設計學習任務；（2）開發評價工具；（3）組織學習任務序列；（4）設計支持性信息；（5）分析認知策略；（6）分析心智模式；（7）設計程序性信息；（8）分析認知規則；（9）分析前提性知識；（10）設計部分任務練習。
2. 知識論壇支持的知識建構活動社區設計
知識建構是一種教育模式，是通過社區的努力提高該社區知識水平的教育模式（Bereiter, 2002； Scardamalia和Bereiter, 2014）。知識建構被認為與學習科學中許多其他方法一樣，強調建立在先前知識、元認知、調節過程、協作、腳手架、真實學習情境的基礎上，使用技術來擴展學生的認知系統、實現遷移。知識建構和學習不同（Scardamalia和Bereiter, 2006），學習關注個體的心理狀態，而知識建構側重於公共的觀點和理論，目標是提高社區知識水平，同時參與者也在學習。知識建構基於社區知識空間開展，即知識論壇，是專門為支持知識創造而設計的數字化學習空間，學習者基於知識論壇分享、改進他們的觀點和理論。知識論壇中的基本單元是視窗，在一個特定的視窗中，學生可以編寫和創建注釋網絡來表達他們的問題和想法，並以此為基礎發展理論。知識論壇支持新出現的觀點和綜合更高層次概念化的探究功能，不同的視窗可以連接起來並建立關係以整合社區所發展的知識。對知識論壇中學習者開展知識建構活動的分析方法主要有定量分析和定性分析，知識論壇中附帶的一套評估小組件，可以提供學習者在知識論壇上的活動統計數據以開展定量分析。社會網絡分析方法可以用於分析學習者在知識建構社區中的貢獻意識、對社區的補充貢獻，以及在社區中的分布式參與等，以強調集體認知責任的重要性。解釋性話語分析是分析學習者知識建構活動的一種重要的定性分析方法，關注對社區知識的評估。
3. 模擬、遊戲和建模工具支持的真實學習環境創設
積極學習方式被認為是獲取深層次知識和技能的必要條件（Freeman等,2014），例如體驗式學習、探究式學習等，但這些學習方式一般是發生在真實的環境中。隨著技術的發展，模擬、遊戲和建模工具等可用於支持真實學習環境的創設，促進學習者積極學習的發生。模擬通常是為物理、化學和生物學等學科主題而創建的，也存在于行為科學中，例如心理學課程中為學習者提供的可以探索的在線模擬（Hulshof, Eysink和de Jong, 2006）。用於學習的計算機模擬基本上由兩個部分組成： 一個是模擬過程或現象的底層計算模型，另一個是允許學生與該模型交互的接口（de Jong和van Joolingen, 2008）。計算機技術允許對許多變量進行快速操作和模擬的即時反饋，在實驗室中引入不可能出現的情況，包括使用增強現實技術（de Jong, Linn和Zacharia, 2013）。這也意味著重點可能會從在實驗室中學習更程序化的知識（如何進行實驗）轉變為獲得關於潛在領域的深層概念性知識，而這種對獲取概念性知識的關注是探究式學習的核心（Rnnebeck, Bernholt和Ropohl, 2016）。遊戲與模擬密切相關，並可以像模擬一樣使用，相對於模擬而言，遊戲增加了諸如競爭、目標設定、規則和約束、獎勵、角色扮演、驚喜等遊戲動機方面的特徵（Leemkuil和de Jong, 2011）。遊戲可以像模擬一樣使用，學生操縱變量並從觀察他們操縱的結果中學習。建模工具也是一種促進學習者積極學習的技術之一，建模學習過程中，學習者通過系統的觀察、收集現象或系統數據，根據觀察和數據建模、開發模型、評估模型、修正和應用模型等反復的實踐和循環，建立對建模現象或系統的理解。
4. 技術支持的非正式學習場館設計
非正式學習環境一直是學習科學探索利用技術變革潛力的教育設計的主要場所，可劃分為三個特定的子類，即自然歷史博物館、科學中心、動物園和水族館。這些非正式學習環境因為專注於科學、技術、工程和數學，又可以稱為非正式STEM機構。非正式STEM機構支持參觀者學習的主要工具是展覽，自然歷史博物館、科學中心、動物園和水族館的不同進化史產生了三種不同的展覽原型： 信息傳遞、現象學探索和情感景觀展覽。自然歷史博物館關注通過定制策略（參觀者明確他們的興趣或需求）和個性化策略（參觀者的特徵或行為為他們的興趣和需求提供了證據）來滿足參觀者的不同信息需求（Bowen和FilippiniFantoni, 2004）；以及通過為展品提供數字標簽、為參觀者提供移動翻譯系統等技術形式，支持參觀者對系列展品的知識建構。科學中心關注通過技術模擬、使用增強現實技術、角色扮演等方式支持參觀者對現象學的探索（Horn等,2016; Yoon, Elnich, Wang, Van Schooneveld和Anderson, 2013; Bell, Bareiss和Beckwith, 1993）。當科學中心將注意力從真實的物體轉移到真實的科學現象時，動物園和水族館也將重點從展示動物轉移到展示真實自然環境中的動物。動物園和水族館關注通過移動應用程序、沉浸式場景設計、與動物的親密接觸等激活參觀者的情感體驗，喚起參觀者的同理心（Suzuki et al., 2009；Lyons, Slattery, Jimenez Pazmino, Lopez Silva, & Moher, 2012）。
5. MOOCs支持的多樣化學習環境創設
MOOCs，即大規模在線開放課程，其目標主要有彙聚來自精英機構的最優秀的課程、將世界上最好的教育帶到地球上最偏遠的角落、通過提供學生上課的學習內容和學習方式的數據幫助教師改進課堂教學、支持學生通過社區的形式拓展個人知識和網絡、為學生提供有效反饋以防他們出錯或陷入解決問題的困境（Fischer, 2014）。人們對MOOCs的主要期望是通過“向所有人免費提供一些世界領先專家的知識”為每個人提供教育、多種學習機會，縮小數字鴻溝的範圍。學習科學將MOOCs定位為多樣化學習環境中的重要組成部分，強調MOOCs能夠在多樣化的學習環境中為學習者提供學習信息，主要包括能夠支持和實踐不同的學習方式、補充學校的正式學習方式、向學習者提供後來可能與他們相關的知識等。未來幾年學習科學所面臨的主要挑戰是需要創建參考框架以從學習科學的角度來理解MOOCs的作用、明確MOOCs對多樣化學習環境的獨特貢獻、分析MOOCs作為寄宿研究型大學核心競爭力的功能、超越圍繞MOOCs的誇大和完全低估等。
6. 支持學習者自己動手的創客運動開展
創客運動是指越來越多的人在其日常生活中參與到創意產品的製作，並且能夠通過各種形式的論壇（例如物理的和虛擬的）和其他人分享他們的創作過程和產品，例如木工、焊接、烹飪、編程、繪畫或手工藝（Halverson和Sheridan, 2014）。創客運動的特點是在紡織工藝、電子技術、先進的機器人技術和傳統的木製品加工等一系列領域具有“自己動手”的精神，包括使用新的生產技術，如3D打印機、激光切割機和微型計算機，以及通過互聯網分享想法。研究者關於創客運動方面的相關研究集中在創客活動、創客空間等方面的內容，相關研究也指出，創客活動是“為好玩或有用的目的設計、建造、修改或再利用物質材料，面向某種可供使用、相互作用或展示的產品”，創客空間是“藝術、科學和工程領域創造性生產的非正式場所，在這些場所中，各種年齡的人將數字和物理技術融合在一起，以探索想法、學習技術技能和創造新產品”。創客運動中的學習涉獵三個核心原則： 學習設計、人工製品的創造和分享、過程性成果和成品。創客運動中的研究和實踐可以通過探索人的學習、學習環境的設計以及平等和多樣性問題等方面的理論與學習科學這一領域相聯繫並推動學習科學的發展。
（三） 如何有效設計、評估和分析教學和學習以促進學習者的學習？
學習科學的研究方法強調將實踐者和設計者相結合、將實踐者的實踐和設計者的設計相結合，在真實情境的實踐過程中通過研究設計來改進設計，實踐的設計者需要與設計的實踐者共同設計，而不是為實踐者進行設計，這也是基於設計的研究的核心。另外，設計者和實踐者需要關注學習者基於學習過程的成長和進步，即學習過程中的測量和評估，由此，學習者學習過程中的數據也是學習科學研究的重要內容，其核心在於能夠從不同的視角、採用不同的分析方法，挖掘和分析學習者學習過程中的系列影響因素，以促進學習者的學習。學習科學領域的研究者分別從有效設計、測量、分析和評估等方面對如何促進學習者的學習方面進行了分析和探討，關注了以基於設計的研究、基於設計的實施研究和參與式設計為核心的研究方法設計，以及面向學習者的學習評估和能力測量、融合質性和量性的混合式方法研究等方面的內容。
1. 以DBR、DBIR和參與式設計為核心的研究方法設計
學習科學領域的研究者在探究學習如何發生以及如何支持學習者的學習時，需要和實踐者及其他利益相關者合作，在真實情境中，共同、協同開展教學和學習方面的設計，而這正是基於設計的研究（Designbased Research， DBR）、基於設計的實施研究（Designbased Implementation Research, DBIR）及參與式設計的核心。DBR是一種系統而又靈活的方法論，其目的是在真實情境中，研究者和實踐者開展協作，通過迭代分析、設計開發和反復實踐循環來改進教育實踐。DBIR的提出是因為發現很多設計良好的干預在應用到真實現實世界情境中時，並沒有產生預期的效應，即便是那些在精心設計的隨機試驗中發現為有效的干預也是如此。“什麼在起作用”與“什麼、在哪裡、何時以及為誰在起作用”兩者之間存在有鴻溝（Means和Penuel, 2005）。DBIR希望重構研究者和實踐者的角色，以便更好地為其合作關係提供支持，聚焦四條基本原則（Penuel, Fishman, Cheng和Sabelli, 2011）： （1）從利益相關者的多元視角聚焦實踐中長期存在的問題；（2）開展迭代的、協作的設計；（3）理論和知識的發展既要考慮到課堂學習，也要考慮到通過系統層面的探究進行實施；（4）要考慮到為系統的持續改變的改革發展能力。參與式設計強調研究者和實踐者共同努力解決已有的實踐問題。最初，研究者和實踐者對設計過程的貢獻可能是截然不同的： 研究者關注理論驅動的決策，實踐者就如何在實踐中實現學習提出務實的觀點。然而，隨著時間的推移，這些角色可能會交叉並擴大，所有貢獻者都會發展更深層次的知識和專業知識。
2. 面向學習者的學習評估和能力測量
學習評估所提供的信息能夠幫助教育者、管理者、政策制定者、學生、家長和研究者判斷學生學習的狀況，並就其影響和行動做出決定。關於學習者的學習評估涉及不同的評估形式、評估目的、評估場景和評估機構，但都遵循一些共同的原則，例如： 評估總是一個根據證據進行推理的過程；評估在某種程度上是不精確的；評估是一種工具，旨在觀察學生的行為和產生的數據等。學習評估涉及三個方面的核心要素，即評估三角（Pellegrino, Chudowsky,， Glaser等,2001），分別為認知、觀察和解釋。其中，認知是關於學習者如何在學科領域（如分數、牛頓定律、熱力學）呈現知識和發展能力的理論、數據和一系列假設。觀察表示一套對評估任務的描述或規範，這些描述或規範將引起學生的啟發反應。解釋包括所有用於從觀察中推理的方法和工具。技術的進步與社會的發展對高技能人才的需求愈為緊迫，教育需要向學習者提供應對未來挑戰所需的個人技能。美國國家研究理事會（NRC）指出，以培養能力為導向的教育理念要求人們重新考慮評估，這需要有創新的方法、技術和規範來測量學習者能力的建構情況（NRC，2014）。評估是測量能力的必要手段，評估三角是所有評估的基礎。能力測量基於能力模型進行，構建可靠和有效的能力評估模型需要將評估三角中的三個要素聯繫在一起，從認知到任務、從任務到觀察、從觀察到分數、從分數到分析，將其設計為一個協調的整體。
3. 融合質性和量性的混合式設計和分析方法
混合式方法研究（Mixed Methods Research， MMR）是通過多種途徑和認識方法，在一項研究中整合實施質性研究與量性研究，從而更全面地理解多面性的社會或教育現象（Lund, 2012; Venkatesh, Brown和Bala, 2013），這是一種用於探索複雜的社會經驗和現實生活的、有價值的方法論。混合式方法研究具備六個關鍵特徵（Creswell和Plano Clark, 2011）： （1）收集並嚴密且令人信服地分析研究問題的質性和量性的數據；（2）通過組合或融合兩種形式的數據，同時混合兩種形式的數據，將一種構建在另一種上，或者將一種植入另一種內；（3）根據研究的重點，優先考慮一種或兩種形式的數據；（4）在單個研究或在研究過程的多個階段中使用以上步驟；（5）用哲學的世界觀和從理論視角出發組織這些步驟的實施；（6）將這些步驟結合到具體的研究設計中，指導研究計劃的進行。混合式方法研究為學習科學提供了解決問題的使用工具，以探索和解釋研究中的學習現象，不同研究方法之間的融合正成為一種趨勢。
三、 學習科學研究的發展趨勢
（一） 學習作為一個複雜系統將會受到愈來愈多的關注
學習是一種複雜的系統現象，例如個體的學習行為化證據也許會從自我管理的認知、情感和運動的系統機制中產生，其中每一個系統都在神經中樞上有特定的體現；個體作為社會歷史文化系統中的一部分，影響這個系統的同時也被這個系統所影響。個體是群體中的一員，雖然我們經常在個體層面討論學習，但學習也是群體層面的成就表現。我們現在沒有足夠的理論、實踐和分析工具去探究這些不同層級的系統機制是如何相互連接的。人們正在利用恰當的統計方法以解決學習科學家們所關心的現實情境下複雜多變的多層級學習現象。學習科學正在逐漸揭示一些跨層級的連接和屬性。
（二） 重視學習者所獲取的知識和能力的研究與測量
如何證明學習者所獲得的知識和能力，針對這一類問題的精確解釋得到了越來越多的重視。不同領域關於學習進程的研究突出體現在確定學生的競爭力，其研究成果將會導致學習環境設計和學習測量之間更緊密的聯繫，而這兩者之間的聯繫恰恰是設計最應該支持和促進的。所以，學習測量不應該只是學習環境外部的一個因素，反而應該是學習本身的一部分。如此定位學習測量可以促進個體和組織對學習實踐的批判性思考，也能夠促進學習者的能動性和自我執行力。DBR（基於設計的研究）和DBIR（基於設計的實施研究）是體現這種思路的非常好的載體。同樣，分析過程和產品數據的新方法（例如說話手勢、行動、解決問題的方法、書面文件）也可以提供重要的貢獻。大部分情況下，這些方法都需要電腦的自動化或半自動化系統的支持。
（三） 更多的支持學習的自適應技術
學習科學包含可以支持個性化學習和合作學習的各種技術。從行動、認知和情緒上，對學習者的學習和問題解決進行全過程的自動分析變得越來越複雜。技術的應用不僅可以為學習者個體提供更加自適應性的反饋，還可以支持教師監控和介入學習者的學習過程。自動化分析技術的本質是可以根據所探測到的不同模式，策略性地選擇學習支架，以為學習者下一步的學習決策提供關鍵卻又有所留白的信息或者指引。人工智能和大數據技術可以充分挖掘學習者學情數據，為學習者精准推薦學習資源，實現有的放矢、因材施教，使個性化學習和減負增效得到實現（人工智能與教育大數據峰會，2019）。然而，要想實現這些目標，必須要將電腦算法和我們有關學習與教學的知識結合起來。學習分析能否成功取決於這些因素結合起來的完成度。我們相信學習科學的多學科合作性是完成這個挑戰的最佳前提。
（四） 學習科學正在形成獨特的方法論
在方法論方面，學習科學一直在發展一種獨特的融合形式，將民族方法學和民族志研究方法相結合，定量研究會話分析和實驗研究。作為跨學科研究項目中混合式方法研究的一部分，越來越多的不同研究方法之間的結合將會出現。學習科學領域的研究者推薦使用不同研究方法獲取科學知識，並呈現出量性和質性研究相融合的趨勢。這種融合包含案例研究、會話分析、製品分析以及關於教學條件和學習情境的實驗（和准實驗）的變化。學習科學也因此有望成為克服在教育界經常被提及的量性研究方法和質性研究方法不可融合問題的最佳領域。
（五） DBR仍然是學習科學重要且核心的研究方法之一
DBR逐漸側重于“一同設計”而不是“為之設計”。從歷史上看，設計和提高改進大部分都是發生在實施情境之外，極少數的設計諮詢過那些直接實施設計的人（主要是教師）和那些被設計所影響的人群（主要是學生）。雖然DBR的過程就是用來解決這個問題的，但最初的設計仍然是“為之設計”而不是“與之一起設計”。“為之設計”會導致只在表面上做功夫而不關注如何設計才能確保成功和保持可持續性的努力。為了關注和解決這些問題，學習科學開始更大範圍地使用基於設計的實施研究、參與性設計、學生驅動型和學生指引型設計，以及理解教師和學習者學習過程的研究。
（六） 社會公正和公平問題逐漸成為學習科學關注的主題
學習科學的未來發展一定要考慮到社會公正和社會公平問題，因為它們正影響我們的設計。我們需要思考特定學科內容、認識實踐、結果測量是否會以及會如何加強現有的不公平和權力結構，從而讓某一些學習者受益。我們要確保每一位學習者無論性別、健康狀況、社會或經濟地位、民族或文化背景、地域都能夠享受優質的教育和學習機會。我們要能夠善用技術，防止有害應用，保證對學習者的數據進行合乎倫理、非歧視、公平、透明和可審核的使用和重用（北京共識—人工智能與教育）。仔細思考公平和權力問題會為學習科學開啟更多的空間去討論我們的研究是否以及如何解決教育不公平的問題。這需要我們去理解和設計環境中的多個層次，包括個體參與的即時環境、各個環境之間的關係，以及存在於更大的文化、政治經濟和更重要的意識形態價值系統和制度配置中的微觀層面的系統（Lee, 2012）。
學習科學作為一個多學科交叉領域，致力於增進人們對學習本身的發生、過程及其結果的科學而深入的理解，研究發現對學習方法的創新設計和推進、對學習環境的改良、對學習效果的評價等具有積極而重要的作用。《國際學習科學手冊》對近二三十年間學習科學的現狀、進展及發展趨勢進行了回顧和反思，以學習科學交叉特性為分析基礎，深入探討了學習科學如何利用這些基礎來形成自己領域的理論、設計和研究成果，為我們呈現了理論與實踐兼具的國際化視野。該手冊的出版致力於成為當前學習科學領域的“百科全書”，同時也致力於成為過去、現在和將來學習科學領域的研究綱要。因此，我們有理由相信，該手冊中文版的出版與發行，必將為中國學習科學研究的國際化視野提供重要的參考和助力。衷心祝願中國學習科學研究與實踐的明天會更加美好而光明！