张瑜2010.4.30Cognitive Perspectives on Technology-Enhanced Distance Learning EnvironmentsIntroduction of Michael J.HannafinThe field of instructional design and Technology is not lacking fuelonly fire. Michael J.Hannafin迈克尔汉纳芬（Machael J.Hannafin），美国乔治亚大学学习与绩效支持实验室主任、教育心理与教育技术系终身教授。汉纳芬于1970年代初在美国堪萨斯州海斯堡州立大学（FortHaysStateUniversity）先后获心理学学士学位（辅修教育学专业）和教育/学校心理学硕士学位。1981年，汉纳芬在亚利桑那州立大学获教育技术学博士学位，师从学习与教学技术领域的HowardSullivan教授。Introduction of Michael J.Hannafin毕业后，其先后执教于科罗拉多大学教育心理学研究部、宾夕法尼亚州立大学课程与教学部和佛罗里达州立大学教育系。期间，创立了宾州州立大学教育计算研发中心，担任FSU教学开发与服务中心主任。1995年，汉纳芬加盟乔治亚大学教育技术系（现更名为教育心理与教育技术系），领衔创立乔治亚大学学习与绩效支持实验室（LPSL），并担任主任至今。Introduction of Michael J.Hannafin在汉纳芬数十年的教育技术学术生涯中，其研究兴趣与关注点涵盖了1980年代的学校心理学、教育评价、基于计算机的教学（CBI），特别是交互媒体方面，直到1980年代末开始从单一的交互媒体转向更多新兴教学技术的研究。Introduction of Michael J.Hannafin1990年代初，汉纳芬开始聚焦技术支持的学习环境和基于网络的教/学研究，先后发展形成了以学生为中心的学习环境（Student-CenteredLearningEnvironment，SCLE）、贯一设计（GroundedDesign）、基于资源的学习（Resource-BasedLearning）和开放式学习环境（Open-EndedLearningEnvironment，OELE）等重要的学习环境设计理论与实践模型，并将其应用于教师教育和学校变革等教育实践当中。Introduction of Michael J.HannafinIntroduction of Michael J.Hannafin汉纳芬先后在EducationalTechnologyResearchandDevelopment、JournalofEducationResearch，JournalofComputinginHigherEducation等国际知名期刊发表论文上百篇，参与编写著作30余部，三次荣获美国教育传播与技术协会（AECT）“优秀著作奖”，对教育技术学研究与实践领域产生了广泛而深远的影响。Introduction of Michael J.Hannafinv(a)brieflyintroducebackgroundrelatedtocognitivepsychologyandinformation-processingrelatedconstructs;v(b)reviewandcriticallyanalyzeresearchspecifictoTEDLEs;v(c)describeimplicationsofcognitiveperspectivesforTEDLEsresearch,theory,andpractice. Outline认知心理学是二十世纪50年代中期在西方兴起的一种心理学思潮，二十世纪70年代开始起成为西方心理学的一个主要研究方向，并对有关教学和学习的研究、理论和实践产生了深远影响。与行为主义心理学家相反，认知心理学家研究人的高级心理过程，那些不能观察的内部机制和过程，如记忆的加工、存储、提取和记忆力的改变。The background related to cognitive psychology认知心理学的一个基本观点是可以用计算机来类比人的内部心理过程。以信息加工观点研究认知过程是现代认知心理学的主流，可以说认知心理学相当于信息加工心理学。它将人看作是一个信息加工的系统，认为认知就是信息加工，认知过程就是人们在环境中获得、加工、贮存、使用信息的全过程。The background related to cognitive psychologyOverview50年代，西蒙和纽厄尔等人共同创建了信息加工心理学，提出了物理符号系统假设。他们把人脑和电脑都看作是加工符号的物理系统，而人脑的心理活动和电脑的信息加工都是符号的操作过程。这一理论开辟了从信息加工观点研究人类思维的取向，推动了认知科学（cognitivescience）和人工智能的发展。一、Information processing perspectives西蒙、安德森、加涅等认知心理学家认为：学习是信息的接受、贮存和提取的过程；学习的结果是信息在头脑中的表征； 知识以命题网络或产生式被表征；学习的重点是信息的编码。信息加工理论在教学中产生了重大的影响，形成了认知教学理论。其中比较著名的认知教学理论包括奥苏贝尔的有意义学习理论及其著名的先行组织者教学策略、加涅的学习的条件与教学论（九段教学法）等。 一、Information processing perspectives图式（schema）表征特定概念、事物或事件的认知结构，它影响对相关信息的加工过程。它所描述的知识由一部分或几部分按一定的方式组合起来，其中的组成部分称之为变量(variable)或槽道(slot)。图式是指每个人过去获得的知识在头脑中存储的方式，是被学习者储存在记忆中的信息对新信息起作用的过程及怎样把这些新信息丰富到学习者知识库中的过程。学习者的知识网络越丰富，学习者越能够回忆起头脑中已学的知识并根据条件的变化灵活运用这些知识。一、Information processing perspectives美国教育心理学家加涅(R.M.Gagne)的信息加工模式一、Information processing perspectives环境反应器感受器感觉记录器工作记忆反应生成器长时记忆执行控制预期当信息从短时记忆或长期记忆中提取并传递到反应发生器激活效应器（肌肉）时，就导致学习者对环境的可观察到的行为，至此学习者就完成了一次学习过程。显而易见，学习什么知识和多大程度上的提取知识取决于知识的表征方式，最初编码的知识越丰富或者越精细连贯，在合适的条件下就越容易被激活，在相关的环境下就越容易提取、应用和迁移。一、Information processing perspectivesAssumptions- Prior Knowledge奥苏贝尔是认知心理学家中最早强调已有的知识经验在学习中的重要性。已有的知识经验为后面的学习提供了概念基础（即图式），并为学习和记忆新知识提供必要的固定点。学习是否有意义，取决于新知识的相互作用导致新旧的知识的同化，从而不仅使新知识获得了意义，而且旧知识也因得到了补充而获得新的意义。Assumptions- Prior Knowledgev已有的知识经验对TEDLEs中的学习有着重要的作用。 example：在线学习中，有经验的学习者在时间管理和请求帮助方面更有策略性，而且他们用在公告板讨论上的时间相对较少，更多专注于他们自己的兴趣和讨论。相反，第一次在线学习的学习者为了理解课程内容并避免落后几乎阅读了公告板上所有的帖子。v已有的系统知识对学习者进入和使用TEDLEs的行为和心理态度也有很大影响。Assumptions- Prior Knowledgev有在线学习的经验对学习者运用TEDLE中的工具和资源的感知能力也有一定影响。 example：新手在第一次在线学习中会感到困难和犹豫，而有在线学习经验的学习者则倾向于发展运用系统提供支持的策略性知识，在他们的远程学习中表现出更强的元认知能力，在面对困惑和挫折的时候也更容易坚持下来。Assumptions- Role of External Cues 根据意义学习的假设，外部刺激的性质、内容和结构对信息加工过程都有重要的影响。加涅认为，教学是一种外部事件，教学设计的目的，是要影响学习的内部过程，学习的阶段以及学生内部活动过程，都是与教学阶段相吻合的。在每一教学阶段中发生的事，称为教学事件，这是学习的外部条件。教学就是由教师安排和控制这些外部条件构成的。信息加工心理学的基本原则就是教学事件要与内部心理加工过程完全匹配。Assumptions- Role of External Cues Assumptions- Acquiring and Retrieving根据信息加工理论，信息的编码和提取是信息加工过程中很关键的部分，并有很多影响因素，例如：加工的深度、编码、短时记忆中的同化信息以及已有的知识经验。美国心理学家帕维奥Paivio的双重编码理论：强调在信息的贮存、加工与提取中，语言与非语言的信息加工过程是同样重要的。双重编码理论假设存在着两个认知的子系统，一个专用于对非语词事物、事件（即映像）的表征与处理，而另一个则用于语言的处理。Assumptions- Acquiring and Retrieving双重编码理论指出：同时用文字和图像编码信息比只用一种方式编码信息更能增强信息的回忆与识别。这个结论是被验证了的。然而，更多的刺激也不一定意味着学习效率的提高，有时候会成为干扰因素。经研究表明，学习者同时接收在性质上结合得很好的信息时信息能够被更好的利用，但当学习者通过媒体同时接收非一致的信息时会超负荷而导致学习效率下降。Assumptions- Knowledge Representation知识表征是记载或表达知识的方式。关于知识的最终表征方式有很多不同的阐释。认知心理学根据知识在头脑中的表征特点分为“陈述性知识”和“程序性知识”。前者主要以命题网络或图式表征，后者以产生式系统表征，这就构成了知识本质上的差异。知识表征可以以知觉为基础，如空间和线性表征；也可以以意义为基础，如言语信息的记忆。它们从不同层次上体现了信息的有组织的集合。二、Cognitive Constructs and TEDLEs-Motivation动机是指激发和维持个体活动，并使活动朝向一定目标的内部动力。动机通常分为外部动机和内部动机。Amundsen和Abrami研究了学生的学习动机和计算机会议的关系，研究发现，使用计算机会议技术对学习者的内部和外部动机的激发都起到了积极作用。他们进一步研究发现，有个人学习目标（内部动机）的学习者相对于没有内部动机的学习者更多地参与计算机会议学习，取得了更高的成绩，从计算机会议学习环境中获益更多。Motivation有学者经过研究发现，学习者的自我调节导航动机取决于他们是否能够成功适应技术和社会人际环境。他们若能够成功适应技术和社会人际环境，他们利用学习环境的动机就会增强。一些学者认为不断出现的技术形式能够提高TEDLEs中学习者的学习动机。Clark认为在线的、基于视频的教学激发了在线学习者的外部动机。然而，也有一些研究者认为在线学习环境会降低学习者的学习动机。example：1、有研究表明，由于远程学习环境中一些困难的存在以及学习新技术的需要降低了学习者的动机。2、传统教室中的学习者比在线学习者表现出更高的动机和更积极地态度。Motivation 这些研究表明在线学习环境本身并不能激发学习者的动机。实际上，由于许多在线学习系统技术难度和人际交互复杂性增加，许多情况下学习者参与学习的动机会下降。只有那些结构设计合理和提供了学习指导的环境才能增强学习者的学习动机。 有研究发现动机方面的性别差异，即男性学习者相对于女性学习者对网络学习环境持更积极地态度。除此之外，把因特网看作一个轻松地学习工具的学习者相对于仅仅把因特网当作一个工具性工具的学习者有更积极地学习态度，有更好的学习效果。Hsinyi认为培养对因特网轻松的、探索的和随意的态度能够提高学习者在TEDLEs中的学习动机。二、Cognitive Constructs and TEDLEs-Cognitive demands1988年，澳大利亚心理学家J.Sweller在现代认知心理学研究成果的基础上，从认知资源分配的角度正式提出“认知负荷理论”(CognitiveLoadTheory，简称CLT)。 认知负荷是表示处理具体任务时加在学习者认知系统上的负荷的多维结构。从结构上来看，认知负荷由内在认知负荷(IntrinsicCognitiveLoad)、外在认知负荷(ExtraneousCognitiveLoad)和相关认知负荷(GermaneCognitiveLoad)组成。Cognitive demands内在认知负荷由材料本身的固有特性(如难度和复杂度)和学习者原有的知识水平，以及这两者的交互作用决定，一般认为内在认知负荷是相对固定的，不能被教学设计(InstructionDesign)所改变，但近来也有学者认为内在认知负荷是可以改变的(Pollocketal，2002；Peteretal，2004)；由于在远程学习中提供的要学习的知识和技能都是针对一般学习者的，因此内在认知负荷对TEDLE尤为重要。Cognitive demands外在认知负荷来源于教学材料的呈现方式和教学设计，一般与教学内容的不合理组织和设计有关，能通过教学内容的重新组织和设计进行调整；在TEDLEs中，由于导航设计不合理或未提供合适的学习支架都会导致外在认知负荷的增加。相关认知负荷是与学习者主观领域相关的信息，指学习者在图式(Schema)建构和自动化过程中意欲投入的认知资源的数量，它与学生的认知努力有关。相关认知负荷的增强能够提高学习的效率。Cognitive demands有研究表明，基于网络的超链接，在缺少导航帮助的情况下，会增加与学习有关的外在认知负荷。根据已有知识经验对学习的影响，对技术的不熟悉也会增加外在认知负荷。对于技术水平低的学生来说，同时学习技术技能和特定学科领域的知识增加了外在认知负荷，减少了相关认知负荷。Cognitive demands近年来，关于增加相关认知负荷的研究在不断增加。其中，“有解样例”（为学生提供有详细解答步骤的样例）的教学设计方法对于图式元素的抽取和加工非常有效。还有一些其它的方法，如样例精细加工和样例对照比较的方法，以及自后向前逐步消除解题步骤的样例（backwardfadingprocedure）设计方法。Cognitive demands与对外在认知负荷的研究相比，对内在认知负荷的研究较少。Jones,RavidandRafaeli(2004)的研究表明，内在认知负荷越高，学习者的参与性越小。因此，在TEDLEs的设计中，要以减小内、外在认知负荷并增加相关认知负荷为最终目的。二、Cognitive Constructs and TEDLEs-Metacognition根据美国心理学家弗拉维尔(J.H.Flavell)的观点，元认知就是对认知的认知，具体地说，是关于个人自己认知过程的知识和调节这些过程的能力：对思维和学习活动的知识和控制。元认知包括元认知知识和元认知控制。元认知能力不是天生的，是在长期的学习活动中随着经验的积累发展起来的，随着个体的知识、经验的增加，他们的元认知能力也随之增强。Metacognition元认知知识和技能对TEDLEs中的学习尤为重要。Michalsky和Mevarech认为异步学习网络(ALNs)有助于学习者发展元认知能力。他经过研究发现通过有元认知支架的异步学习网络学习的学习者比没有支架的面对面学习的学习者学习效果好很多。这一结论和其他一些研究者的发现相吻合，例如Workman(2004)提出的，基于在线学习可以重复的特性，通过帮助学习者反思他们的学习进程并允许他们在需要的时候重复材料的学习，可以为学习者提供认知刺激，有利于元认知能力的提高。MetacognitionTEDLEs中元认知的熟练运用主要和学习者的能力和已有的知识经验有关。例如，中学生在利用基于网络的资源解决问题时缺乏基本的元认知能力。 一项实验证明，元认知知识水平高的学习者，能够运用的学习策略的种类和数量，都远远超过了元认知知识水平低的学习者，前者在学习过程中兼用元认知和认知学习策略，而元认知水平中等和偏低的学习者主要运用认知学习策略。研究还表明，男性在学习过程中更倾向于运用元认知学习策略，而女性则更多的运用认知策略。 Metacognition 研究表明，在TEDLEs中提供适当的元认知支架能够提高学习效果，尤其对于策略性学习的学习者。这能提高他们对信息进行定位的能力，同时可以把系统利用得更好。 元认知能力还可以弥补学习者系统知识或领域专业知识的不足，帮助学习者完成学习任务。这表明提供开发和管理元认知知识的支架以及在学习过程中提供反思的重要性。总之，TEDLEs应该支持导航和元认知支架的呈现。三、Implicationsv动机因素对于在线学习环境和其它学习环境同样关键。尤为重要的是，设计得合理有效的TEDLEs能够激发学习者的内部和外部动机。分析不同学习者的特征有助于我们设计满足不同学习者需求的学习环境。研究表明，当技术难度和导航需要减少时，学习者的外部动机增强。三、Implicationsv评估和平衡认知资源的分配的必要。我们很少基于信息加工的要求设计和评估在线学习环境。TEDLEs通常提供很多种学习资源，而学习者只是根据他们自己的知识背景和经验选择认知资源。因此，和在线学习相关的认知负荷也随学习者的变化而变化，很难区分出哪些是必要的相关认知负荷，哪些是外在认知负荷。在在线学习环境中提供先行组织者和支架能够减小外在认知负荷。对于TEDLEs，在最大化相关认知负荷的同时最小化外在认知负荷尤为重要。三、Implicationsv几乎所有的学习在一定程度上都包括元认知控制，但对线学习环境中的认知需要更为重要。由于元认知知识和能力与给定的学习任务相关的已有专业知识密切相连，而这些学习任务对于远程学习者来讲通常没有相关的知识基础，在线学习者在确定哪些知识还没掌握时经常处在一个尴尬的位置。研究表明适当的促进理解的支架能够克服在线学习者基础知识和系统知识不足的缺陷。Thank you !