徐顯龍 徐浩鑫 林易 沈王琦 王敏紅
[摘? ?要] 復雜技能綜合學習強調培養(yǎng)能解決復雜問題的專業(yè)人才,即能在真實任務情境中,應用所學的知識和技能解決復雜任務,而不僅僅停留于孤立的知識點和技能。關于復雜技能綜合學習的研究,已得到國內外學者廣泛重視,從不同角度開展相關研究,并發(fā)表了大量成果。但目前缺乏對該領域文獻的系統分析,難以了解該領域的研究重點和趨勢。文章以中國知網、Web of Science、Google Scholar三大數據庫為數據來源,選擇2000—2019年間發(fā)表的有關復雜技能綜合學習的235篇論文(英文148篇、中文87篇)為研究樣本,對論文關鍵詞進行共詞聚類分析和社會網絡分析。結果表明,國內外主要聚焦于復雜技能綜合學習的教學設計,尤其是學習任務和學習環(huán)境的設計;國外較多關注復雜學習中的認知負荷,以及將綜合學習應用于計算機編程教育和將教育游戲融入復雜技能綜合學習。最后,文章對該領域在國內和國外的發(fā)展歷程對比分析,并對未來研究提出了相關建議。
[關鍵詞] 復雜技能; 綜合學習; 研究主題; 共詞聚類分析; 社會網絡分析
[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A
一、引? ?言
復雜技能綜合學習是一種基于整體性教學設計思維的綜合學習方法,強調學生在真實任務情境中綜合運用相關知識與技能以達成學習目標的過程,有助于學生在真實情境中的完整知能培養(yǎng)以及學生核心素養(yǎng)的發(fā)展[1-2]。梅里爾(M. D. Merrill)在2002年提出的“波紋環(huán)狀教學開發(fā)模式”[3],將教學活動劃分為六個具體環(huán)節(jié):問題、任務序列、分析、策略、設計與制作,這些環(huán)節(jié)波紋迭起、逐漸擴展,以形成整體教學設計。隨后,杰羅姆·范梅里恩伯爾(Jeroen J. G. Van Merri?觕nboer)首次提出整體性教學設計思想[4],并開發(fā)了四要素(學習任務、相關知能、支持程序、專項操練)教學設計模型(Four-Component Instructional Model,4C/ID Model),旨在幫助學習者解決實踐中的復雜技能學習問題。
當前,綜合學習設計方法逐漸成為了一種可靠的培訓方法和學習者復雜技能掌握程度及其職業(yè)勝任力的表征方法,被國內外廣泛應用于課堂教學、醫(yī)學、教師培訓等各個領域。根據中國知網、Web of Science和Google Scholar的統計數據顯示,國內外對綜合學習設計研究呈總體上升趨勢,如圖1所示。
然而,目前國內外對其該領域相關文獻的系統分析與整理較為缺乏,從而使得研究者對該領域的研究熱點、局限以及發(fā)展方向等都了解甚少。為此,本文將國內外關于復雜技能綜合學習的相關文獻進行分析和梳理,為國內相關研究提供啟示和指引。
二、研究方法與過程
本文主要采用文獻計量學中的共詞聚類分析方法,對選取的論文關鍵詞量化分析,使用社會網絡分析方法對研究熱點主題和趨勢分析,并對比分析國內外的發(fā)展路徑,理清研究方向和范圍,整體上把握該領域的脈絡。
研究過程主要包括:步驟一是通過關鍵詞為“綜合學習設計”“4C/ID”“Complex Learning”和時間段為“2000年1月1日—2020年1月1日”對中國知網(CNKI)、Google Scholar和Web of Science數據庫檢索,刪除非期刊論文(例如會議論文、會議通知、選題范圍通知等);步驟二是使用Python語言對獲取的數據清洗,并分別對國內外的數據進行關鍵詞詞頻的統計;步驟三是通過關鍵詞的共現關系,構建基于關鍵詞的共現矩陣,分析關鍵詞之間的共現關系;步驟四是使用社會網絡分析構建關鍵詞的社會網絡圖譜,分析該領域的研究熱點與趨勢;步驟五是采用時間切片的方式對2000—2004年、2005—2009年、2010—2014年、2015—2019年內的文章分別分析,使用對比分析法分析國內外各發(fā)展階段的研究特點,并提出相關建議。
三、研究結果
通過實施上述的步驟一,本研究共檢索到有效文獻樣本235篇,其中國內87篇,國外148篇。通過實施上述的步驟二,本研究共得到國內關鍵詞144個,國外關鍵詞296個,其中國內外部分高頻關鍵詞見表1。通過實施上述的步驟三,得到了國內外高頻關鍵詞的共現矩陣,其中部分矩陣見表2。
NodeXL是功能強大且易于使用的網絡可視化和分析工具,在實施步驟四時,本研究將關鍵詞共現矩陣導入NodeXL中進行社會網絡分析,得到關鍵詞社會網絡圖譜,分別如圖2和圖3所示的國內外圖譜。由于關鍵詞的共現無方向性,構建的社會網絡圖均為無向圖,且圖中節(jié)點大小由關鍵詞的節(jié)點度數決定,節(jié)點越大,則說明該關鍵詞出現頻次越多;圖中邊的粗細由關鍵詞之間的權重決定,連線越粗表示關鍵詞之間的關系越密切、共現頻率越大。
(一)研究主題與熱點
從圖2可看出,國內的核心主題包括“綜合學習設計”“教學設計”“復雜學習”“整體教學設計”“學習任務”“整體任務”等。其中“綜合學習設計”與“教學設計”“復雜學習”和“整體任務”等節(jié)點之間距離較近且連線最粗,表明對其研究大多與“教學設計”“復雜學習”和“整體任務”等主題的研究是緊密聯系,這也說明綜合學習設計的研究主要聚焦教學設計、面向復雜學習和以整體任務形式進行的。其次,與“綜合學習設計”連線較粗的是“整體教學設計”“復雜認知技能”和“學習任務”等主題,說明了綜合學習設計的研究大多是以整體教學設計、復雜認知技能和學習任務等主題作為具體切入點來開展的。
從圖3可看出,國外的核心主題包括“4C/ID model”“教學設計”“認知負荷”“學習環(huán)境”“學習任務”“訓練”“全任務方法”“復雜學習”和“編程學習”。其中以“4C/ID model”為中心,與其連線最粗的節(jié)點包括“教學設計”“復雜學習”“認知負荷”“學習環(huán)境”“整體任務方法”“編程學習”等,說明國外對“4C/ID model”研究不僅聚焦教學設計和面向復雜學習,更是與學習者認知負荷的分析、技術支持的在線學習環(huán)境設計與編程教育緊密聯系的。其次,與“4C/ID model”連線較粗的是“遠程教育”“繼續(xù)教育”“教育游戲”“繼續(xù)專業(yè)發(fā)展”等,說明國外在更廣泛的教學場景中對綜合學習設計的應用進行了挖掘,并探索出了許多新的復雜技能學習場景[5]。
(二)研究主題與子群
使用社會網絡分析進行主題分析,還可通過凝聚子群以簡化復雜的社會網絡結構[6]。使用NodeXL中Girvan-Newman聚類算法對社會網絡圖譜劃分子群,得到國內外綜合學習研究子群網絡圖,分別如圖4和圖5所示。
從圖4看出,國內主要分為6個子群,其中有3個子群呈現出較明顯的星形社會網絡特征,“綜合學習設計”“復雜學習”和“教學設計”分別位于這些子群的中心,與其他關鍵詞之間形成較多的連接,是該子群網絡的核心。在另外3個子群中,社會網絡關系較簡單,表現為對學習任務、教學策略和復雜認知技能的關注。
設計研究子群網絡
國內對于綜合學習設計的研究圍繞著教學設計方法和復雜技能學習展開,一方面,對其在初中信息技術、中學英語教學、大學課堂教學和模擬電子技術等中應用進行實證研究;另一方面,通過將其與自主學習、歸納法、演繹法、指導性發(fā)現、以任務為中心的方法等進行結合,表明國內學者在利用綜合學習設計促進教學開展了較為深入且廣泛的研究。此外,國內學者基于綜合學習設計的理論,從認知負荷理論、相關知能習得、整體論、整體任務教學模式等方面對復雜技能學習進行了理論探討,形成了對復雜技能學習本質和過程的初步整體認知。
從圖5看出,國外主要分為8個子群,其中有3個主要子群呈現出較明顯的星形網絡特征,“教學設計”“認知負荷”和“編程學習”分別處于這些子群的中心,體現出國外綜合學習設計研究的重點。另外5個子群中,節(jié)點間社會網絡關系較為簡單,體現出國外對全任務課程、教育游戲、學習環(huán)境和學習任務的設計以及專業(yè)能力培養(yǎng)等領域的關注。
在綜合學習設計與教學設計方面,主要涉及其在物理電路教學和護理學教學等實踐領域的應用以及綜合學習設計理論的應用與發(fā)展,如瑪麗·桑塔格將綜合學習設計理論中學習者認知圖式建構和熟練與建構主義思想、社會學理論等相結合,提出了社會與認知連接圖式理論(Social-Connectedness and Cognitive-connectedness Schemata Theory,SCCS)[7]。在認知負荷方面,研究關注在不同技能學習過程中、不同教學策略下以及不同技術支持下學習者認知負荷、學習表現和經驗習得之間的關系。在編程學習領域,研究關注學習者思維能力和問題解決能力的發(fā)展,以及教師教學方法與教師效能對學習者編程學習效果的影響。
(三)發(fā)展趨勢
節(jié)點中心度是社會網絡中各節(jié)點的重要特征,可從度中心度、中間中心度和接近中心度三方面衡量。度中心度是節(jié)點在網絡中所具有的邊的權重,中間中心度是經過該節(jié)點的最短路徑數量的權重,接近中心度可以度量節(jié)點與網絡中其他節(jié)點連接的可能性。在關鍵詞社會網絡圖譜中,通常采用它們來反映研究領域的發(fā)展趨勢[8-9]。UCINET是著名的社會網絡圖譜分析工具,使用它對關鍵詞中心度進行基于多重測量方式(Multiple Measures)計算,以預測國內外綜合學習設計研究領域的發(fā)展趨勢,分析結果見表3。
由表3看出,國內“教學設計”這個關鍵詞較為符合中間中心度高、度中心度與接近中心度低的條件,說明未來一段時間內國內綜合學習設計研究的發(fā)展仍將圍繞應用綜合學習設計方法進行教學活動為中心展開。國外“教學設計”“認知負荷”“編程教學”和“嚴肅游戲”等關鍵詞較為符合中間中心度高、度中心度與接近中心度低的條件,說明未來一段時間內國外綜合學習設計研究的發(fā)展,仍將聚焦于綜合學習設計方法的使用、學習者學習過程中認知負荷的調節(jié)以及編程教育等方面。與此同時,將教育游戲融入復雜技能綜合學習、對學習者學習行為模式的探究以及針對教師的能力本位教育等可能成為未來綜合學習設計發(fā)展的重要方向。
四、國內外發(fā)展路徑分析
為了更好地對國內外發(fā)展路徑進行分析,在實施步驟五時本文以五年為單位劃分一個時間段,對國內外的綜合學習設計研究進行分析,通過對比分析國內外的不同發(fā)展路徑,為國內復雜技能綜合學習研究提供啟示。
(一)國外發(fā)展階段
1. 初始階段(2000—2004年)
2000—2004年,國外綜合學習設計研究處在提出理論、發(fā)展理論、探索應用的初始階段。在2000年,有學者將認知負荷理論應用于多媒體教學中的研究,并提出將4C/ID教學設計模型用于復雜領域的培訓項目設計[10];在2002年,范梅里恩伯爾等提出了復雜技能學習時的十個步驟[11]。其他研究者們也開始將4C/ID模型用于各類復雜技能學習[12-13],并且開始思考綜合學習設計“培訓藍圖”中的“支持程序”和“相關知能”[14]。這些研究都為復雜技能綜合學習發(fā)展奠定了夯實基礎。
2. 發(fā)展階段(2005—2009年)
2005—2009年,國外綜合學習設計研究逐漸進入發(fā)展階段,研究熱點開始初步形成,文章數量有25篇,研究者對該領域的關注也逐漸升溫。一方面,國外研究者逐漸認同綜合學習作為一種較為成熟的學習理論在復雜技能學習領域的有效性,發(fā)展出如社會與認知聯結圖式理論(SCCS)等特定學習情境中的新理論。另一方面,除了將綜合學習設計方法應用于教師培訓等職業(yè)技能學習場合外,也逐漸形成了諸如專家專業(yè)能力傳授、在線教學環(huán)境構建等針對性較強的熱點研究領域[15],如構建基于ICT的有效教學環(huán)境[16];構建飛行管理技能訓練系統[17]??煽闯?,在發(fā)展階段國外學者對該領域的研究價值進行了初步挖掘,并結合ICT在教學場景中的應用進行了延伸探索。
3. 拓展階段(2010—2014年)
2010—2014年,國外研究進入到了拓展階段,文章數量達到35篇,基本確定了以綜合學習設計方法驅動在線教學環(huán)境的構建,促進復雜技能學習的研究發(fā)展方向,這其中對教育游戲的關注尤為突出。綜合學習設計中的基于真實情景的學習任務設計、相關知能與支持程序的及時呈現以及專項操練的自動化訓練等特征,與教育游戲本身對復雜性、趣味性、情景性等需求是非常適配的。有較多的研究者開始聚焦于模擬學習的教學與環(huán)境構建等領域,進行基于綜合學習設計的教育游戲開發(fā)和教育游戲質量評估等研究[18-19],并同時關注學生游戲過程中的學習動機[20]、認知負荷等方面。對教育游戲的研究充分顯示出了國外學者對該領域研究的深入挖掘,,研究與應用模式正逐漸趨于成熟。
4. 成熟階段(2015—2019年)
在經歷過拓展階段后,2015—2019年,國外研究進入成熟應用階段,該階段的文章數量達到73篇。經歷了前三個階段,綜合學習設計作為一種有效的解決復雜技能學習的教學設計模式已被證實,并開始被應用于實際的教學中。與此同時,涉及的領域從職業(yè)教育領域衍伸到各個教育領域。在K-12教育領域,如探究在小學編程教育中綜合學習設計的有效性[21];探究基于4C/ID模型的綜合數字學習環(huán)境在中學電路教學中對學生學習效果的影響[22];將三維編程環(huán)境軟件艾麗斯(Alice)與4C/ID模型結合去幫助學生進行編程學習等研究[23]。在高等教育領域,研究者們使用4C/ID模型創(chuàng)建真實學習任務,進行高級編程培訓[24],并通過結合面對面學習和在線學習來刺激混合學習[25]。在醫(yī)學教育中,將4C/ID模型應用于臨床診斷培訓和再生性牙髓手術的遠程教育中[26-27]。此外,4C/ID模型還被用于程序設計課程開發(fā)[28]、Android應用程序開發(fā)等[29]。從這一階段看出,綜合學習設計開始向多領域展開,是綜合學習設計走向成熟的標志。
(二)國內發(fā)展階段
1. 初始階段(2005—2009年)
國內復雜技能綜合學習設計的研究起步較晚,在2005年之前還處于空白,2005年后,國內的相關研究才開始,主要是理論、方法和概念的引入與介紹。2005年。趙健對4C/ID模型的理論基礎和四個核心要素進行了評述[30],是國內研究者利用基于4C/ID模型的綜合學習設計方法,解決復雜技能學習情境問題研究的起點。此后,陸續(xù)有研究者對4C/ID模型及其相應理論進行介紹,同時,闡述了綜合學習設計模式在中小學課堂教學設計、虛擬環(huán)境學習和超媒體學習等教學情境中應用的可能性[31-33]。這一階段的研究主要集中在對綜合學習設計模式概念的引入和解釋,初步探討了該教學設計理論可能的應用場景。
2. 發(fā)展階段(2010—2014年)
2010—2014年,國內該領域研究逐漸進入發(fā)展階段,涌現出大量理論界定和開展課堂教學實踐的研究,文章數量有24篇。一方面,國內學者對整體教學設計、綜合學習設計和首要教學原理等教學設計模式之間等開展了較為深入的理論探討[34];另一方面,國內研究者積極探討綜合學習設計在實際教學情境中的應用對學習者在學業(yè)成就、知識遷移能力、認知負荷等方面的影響[35],如曲延華等在“模擬電子技術”課程教學中,證明了其在提高學習者知識遷移能力和整體思維模式等方面的有效性[36];溫蘊等構建了以開放式交互平臺為支撐的引領式在線教學模式,并證明了其在提高在線學習質量上的有效性[37];此外,還有研究者將其應用在高校專業(yè)課設計、英語閱讀能力學習等教學領域[38-39]。
3. 拓展階段(2015—2019年)
2015—2019年,國內學者對基于4C/ID模型的綜合學習設計模式的研究進一步增加,并呈現教學情境擴大化和研究內容深入化兩個主要趨勢,這一階段的文章數量也達到57篇。在教學應用情境的擴大化上,研究既涉及初中信息技術教育、初中物理教育、STEAM教育、英語口語學習、高校教師遠程教學勝任力等基礎教育和高等教育領域[40-44],又涉及房地產專業(yè)人才培養(yǎng)、外科護理學、青花瓷鑒賞教師教學設計能力培養(yǎng)等職業(yè)教育領域[45-48]。在研究內容的深入化上,一方面,不再局限于對采用綜合學習設計與否這一單一影響因素的研究,而是將其與自主學習模式、SPOC翻轉課堂教學模式、基于問題的學習模式等因素結合的方式開展研究,并通過建立混合式學習模式針對學習者更深層次特征與更高級能力如學習動機、自主學習能力等方面開展研究[49-51];另一方面,有學者在理論層面對國內可能的切入點進行了剖析,進一步促進了國內該領域研究的發(fā)展[52]。
綜上分析,國內綜合學習設計研究起步雖晚、應用范圍較窄,但對于其理論的闡述和模式探究卻貫穿研究發(fā)展的始終。此外,國內的研究領域呈現單獨發(fā)展的趨勢,而國外的研究領域更加廣泛,注重與其他研究領域的結合,例如教育游戲、編程學習等,這充分說明當前我國在這些領域的研究還存在一些滯后,學者對于復雜技能學習方法以及綜合學習設計在解決復雜技能學習中應用研究仍缺少應有的關注與重視。
五、后續(xù)研究建議
(一)與教育游戲的結合以提高學生興趣
國外在進入拓展階段后出現了許多關于教育游戲的研究,反觀國內的拓展階段,關于游戲化的研究基本沒有,這一點是十分值得關注的。國內關于教育游戲的研究也有很多,但將綜合學習設計用于教育游戲的研究還沒開展。而國外的研究已經涉及使用綜合學習設計評估游戲在給定的學習環(huán)境中的適用性[53]、驗證先驗知識對學習者在教育游戲中的表現影響[54]、利用4C/ID模型在復雜的學習環(huán)境中進行教育游戲等[55]。因此,國內亟須思考的是如何將綜合學習設計與教育游戲結合,既能發(fā)揮綜合學習設計對復雜技能學習的有效性,又能發(fā)揮教育游戲提高學生學習興趣的作用,共同促進綜合學習設計與教育游戲的發(fā)展。
(二)整合新的教育技術以降低學生負荷
國內研究大多采用傳統的教學環(huán)境和技術,這對于充分發(fā)揮綜合學設計中圖式建構和圖式熟練的效果具有一定的阻礙作用。未來的方向將是通過整合新的教育技術(如混合課程、游戲化、虛擬現實、眼動技術、機器學習等)在通用技能教授領域中降低學生認知負荷的研究[56]。在傳統教學環(huán)境下,應用綜合學習設計可能會在一定程度上增加學生的外部認知負荷,而通過將綜合學習設計與技術的整合能有效避免這些因素的影響,達到降低學生的外部認知負荷的目的。而隨著新技術支持復雜技能綜合學習研究的日趨成熟,綜合學習設計定能為復雜技能學習的課程設計和開發(fā)提供更為有效地支持。
(三)規(guī)模個性化定制以促進深度學習
深度學習作為一種主動且有意義的學習,關注學生行為和情感等方面的投入,同時幫助學生構建復雜的認知結構,強調培養(yǎng)學生的高階認知目標和高階思維能力[57-58]。綜合學習設計若能提供包括任務動態(tài)選擇、相關知能與支持程序的實時呈現、知識規(guī)則技能的自動測評與反饋等功能的自適應學習系統,則能有效地支持深度學習目標的達成[59]。而實現更符合成本收益的柔性教育系統,需要基于計算機的智能代理和批量目標群體相結合,實現規(guī)模化定制,讓學習者能夠自主控制學習過程,對學習者無法獨自處理的問題給予幫助,并提供一些超出其能力范圍且富于挑戰(zhàn)的學習任務,以幫助學生達到深度學習。
(四)更加廣泛的應用以豐富實踐領域
目前國內研究雖然也有一些將綜合學習設計應用到了不同的研究領域或復雜技能,但這些研究還較為分散且不夠深入,大多都是針對某一技能進行一次實驗性質的探索,并沒有將其作為一種常態(tài)化的方法來使用。然而,國外研究已經開始在進行較為常規(guī)的教學應用,并且不僅是職業(yè)教育領域,在高等教育領域、K-12教育、特殊教育等領域也都已有相關的深入研究。因此,在證實其有效性的基礎上,應繼續(xù)進行更加廣泛的應用研究,以豐富國內該領域的實踐經驗,實現精深入、多場景、常態(tài)化的應用。
六、結? ?語
本文對2000—2019年間發(fā)表的有關復雜技能綜合學習的235篇論文(英文148篇、中文87篇)的研究主題進行了系統分析和梳理。結果表明該領域的國內外研究重點和趨勢主要聚焦于針對復雜技能綜合學習的教學設計,尤其是學習任務和學習環(huán)境的設計。國外研究者較多關注復雜學習中的認知負荷,以及將其應用于計算機編程教育和將教育游戲融入復雜技能綜合學習等方面。
總體來看,國內的復雜技能綜合學習研究與國外相比,在研究熱點、研究主題以及未來趨勢上都有一定的差異,且在研究的深度和廣度上也存在一定的差距。通過對比國內外的研究路徑,對該領域的未來國內研究給出四點建議:結合教育游戲以提高學生學習復雜知識和專業(yè)技能的興趣、整合新的教育技術以降低復雜學習的認知負荷、實現規(guī)模個性化定制以促進深度學習、進行更加廣泛的應用以豐富實踐領域,以促進國內的復雜技能綜合學習研究的進一步發(fā)展。
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