摘 要：校外非正式學習情境中的社會大課堂是實現(xiàn)我國中小學科學教育創(chuàng)新和高質(zhì)量發(fā)展的重要突破點，非正式科學學習活動對提高科學素養(yǎng)具有重要作用?！坝行　边@一創(chuàng)新的學習理論，不僅能提高學習者的問題解決能力，還可促進其知識遷移以實現(xiàn)長遠有效的深度學習。有效失敗與非正式科學學習因開放包容的氛圍、主動建構(gòu)的認識論特點以及富裕的時空資源互相嚙合。在當前非正式科學教育亟待發(fā)展的背景下，將有效失敗引入我國非正式科學學習中，或可為我國校外非正式科學教育注入鮮活的理論生命力。本文基于對有效失敗內(nèi)涵原則的剖析，以具體案例探索有效失敗融入非正式科學學習的設(shè)計、實施、評價之路徑，以期為我國后續(xù)基于有效失敗理論的校外非正式科學學習活動提供參考。

關(guān)鍵詞：校外教育；非正式科學學習；有效失??；案例分析

中圖分類號：G521 文獻標識碼：A 文章編號：1004-8502（2024）06-0091-15

2023年5月，教育部等十八部門發(fā)文指出，要推動中小學科學教育學校主陣地與社會大課堂有機銜接，提高學生科學素質(zhì)[1]。作為個體生命周期中占比更大的非正式學習情境，其中的非正式科學學習對青少年的科學素養(yǎng)發(fā)展尤為重要，有效失敗的融入則能進一步提升非正式科學學習的育人效果。目前，大多數(shù)學校課程往往仍將失敗視為負面結(jié)果而非學習機會[2]，分數(shù)、成績?nèi)耘f被看作應試教育成果的“風向標”[3]，但以分數(shù)、升學率等指標衡量出的“成功”并不等同于學習者發(fā)生了有價值的學習。已有研究證明，讓學習者經(jīng)歷有效的失敗對學習者的概念理解、知識遷移及長遠學習效果有顯著作用[4]，將失敗合理運用于教學當中對學習者有效學習具有重要價值。從失敗中學習需要開放包容的氛圍[5]，社會大課堂的校外非正式學習環(huán)境為此提供了優(yōu)質(zhì)平臺。本文首先梳理了有效失敗的內(nèi)涵及設(shè)計模型，并在此基礎(chǔ)上介紹了如何利用多元支持使有效失敗與非正式科學學習深度融合；之后通過具體案例厘清了有效失敗與非正式科學學習互動融合的設(shè)計原則及對應實施策略，探索了兩者融合的實踐路徑，從而為我國校外非正式學習環(huán)境中科學學習活動的設(shè)計與開展提供啟發(fā)借鑒。

一、有效失敗何以帶來有效學習

在皮亞杰的同化與順應過程中，“擾動”觸發(fā)認知失衡，推動學習者糾正知識缺口和矛盾，超越已有狀態(tài)進入新推理狀態(tài)，原有圖式被更強大、更全面的認知圖式所替代，達成新平衡。范冷（Kurt VanLehn）曾指出，當學習者在解決問題的過程中發(fā)現(xiàn)錯誤或表達不確定性的情況陷入僵局（即無法繼續(xù)前進的情況），同時學習者又缺乏對與手頭問題相關(guān)的特定知識的完整理解時，他們會被迫尋找新的解決方法，從而產(chǎn)生促進學習和理解的僵局驅(qū)動學習（impasse-driven learning）。卡普爾（Kapur Manu）在上述理論的啟發(fā)下提出了有效失?。╬roductive failure）的概念。

（一）有效失敗的內(nèi)涵：學習者為何能從失敗中學習

有效失敗是指在真實且復雜的劣構(gòu)問題導向下，學習者缺乏與解決目標問題有關(guān)的核心概念，教學支架延遲介入，學習者無法順利解決問題，從而在失敗中反復探索與反思。這個過程能充分激活學習者已有知識，并使之意識到與目標概念的差距，增強學習者對目標概念核心特征的關(guān)注與理解，從而發(fā)生長遠有價值的深度學習[6][7]。相比于直接教學，學習者會從有效失敗中學到更多 [8]。學習者帶著頭腦中的先驗知識學習新內(nèi)容，在直接教學（direct instruction）中，教學支架的呈現(xiàn)往往相對過于迅速，學習者缺乏充足時間來激活先驗知識，以及分辨先驗知識與目標概念之間的差異，對多樣化新解決方案的探索被限制。若學習目標聚焦于獲取解決問題所需的基礎(chǔ)知識而非相應的概念理解和遷移能力，直接教學的方法可能會有效果[9]。有效失敗則與之不同，相較于教科書中學習者要么順利完成要么直接放棄的良構(gòu)問題[10] ，有效失敗始于真實情境中的劣構(gòu)問題，這更能充分激活學習者的先驗知識，新手必要的先驗知識與后續(xù)領(lǐng)域知識的關(guān)鍵特征的編碼密切相關(guān)[11]。因為教學支架沒有第一時間介入，加之問題本身的復雜性以及學習者當前能力不足，盡管學習者的已有知識已被充分激活，但仍不能順利解決問題，借由失敗，學習者會為嘗試解決問題而不斷探索與反思。在反復努力的過程中，學習者會生成多樣的問題表征與解決方案（Representations and Solution Methods， RSMs）[12]。生成的RSMs質(zhì)量并不影響后續(xù)學習效果[13]，反而生成的RSMs越多，學習者與目標核心概念關(guān)鍵特征的認知互動越充分，對目標概念關(guān)鍵特征的關(guān)注和理解，以及對當前學習所需差距的感知得以增強，從而促進后續(xù)進行更好的概念整合與遠知識遷移，即發(fā)生更長遠有效的學習。

應該注意的是，需要適度和有效把控失敗，這對于學習具有重要意義。適度的失敗能夠通過真實情境中的復雜問題激發(fā)學習者的挑戰(zhàn)欲望，同時問題不應過于困難，以避免學習者因束手無策而感到沮喪[10]。有效失敗中的學習是否有效，重點并不在于學習者最終是否成功解決了問題，而在于學習者是否在挑戰(zhàn)與失敗中進行了有效的反思，是否通過多樣化的探索與推理對目標概念核心特征有更深的理解，后續(xù)在遷移應用目標概念來解決類似情境的復雜問題時是否有更好的表現(xiàn)。如果有，則說明失敗是有效的。

（二）有效失敗的設(shè)計模型：如何讓學習者從失敗中學習

有效失敗的設(shè)計模型分為RSMs的生成和探索（階段1）、知識的整合與組裝（階段2）兩個階段，具體包括激活與區(qū)分先驗知識、關(guān)注核心特征、解釋闡述核心特征、整合核心特征四個相互依存的學習設(shè)計機制[12]。上述兩階段的設(shè)計基于問題情境， 以區(qū)分并列關(guān)系接受RSMs，提供闡述和解釋的機會，提供機會對比RSMs以及完成知識組裝為三大核心設(shè)計原則，這些原則也反映在上述機制中（見圖1）。

1.階段1：RSMs的生成與探索

在階段1，通過一個真實且復雜的劣構(gòu)問題情境有意引起學習者的挑戰(zhàn)欲望，并幫助學習者激活和區(qū)分與目標概念相關(guān)的先驗知識（機制1）。面對新穎的復雜問題時，學習者通過協(xié)作提出多種假設(shè)并嘗試各種可能的方案，此時應給予學習者充分生成和探索RSMs的機會，并接受學習者所提出的無論是“失敗”還是“有瑕疵”的RSMs，引導學習者關(guān)注目標概念的核心特征（機制2）。真實的劣構(gòu)問題情境可以激發(fā)學習者的挑戰(zhàn)欲，但同時需要注意平衡問題難度，防止學習者因問題過于棘手而喪失攻克難關(guān)的信心與勇氣。盡可能接受學習者提出的所有RSMs，是因為RSMs本身的正誤并不重要，重要的是學習者在生成、闡述、解釋、對比的過程中充分激活先驗知識，并關(guān)注目標概念的核心特征，意識到還存在知識缺口。此時，學習者僅初步感知到核心特征的存在，初步發(fā)現(xiàn)存在的知識缺口，雖然缺乏對核心特征的深入了解與認知，但已經(jīng)為后續(xù)的學習做好了鋪墊。

2.交界過渡階段：加強關(guān)注核心特征

在階段1和階段2的交界過渡階段，需要為學習者提供闡述解釋的機會，讓他們就提出的RSMs作出基于證據(jù)或邏輯的解釋（機制3）。在這個過程中，學習者會明白為何自己生成的RSMs是失敗或者不完美的。相較于第一次，第二次觸發(fā)機制2時，學習者可以關(guān)注到更多核心特征，對核心特征的具體認知也在加深（盡管此時的關(guān)注仍不夠全面），知識缺口進一步明確。

3.階段2：知識的整合與組裝

完全進入階段2后，需為學習者提供機會，以便他們進行小組間RSMs對比，以及與規(guī)范的RSMs進行對比，機制2被第三次觸發(fā)。教師在這個過程中引導學習者進行展示、提問和闡述解釋等，有意識地將學習者的注意力集中在關(guān)鍵的概念特征上，推動學習者在比較中進一步探索先驗知識與目標概念的差異，學習者完整地關(guān)注并理解目標概念的核心特征，以及這些特征如何組合成規(guī)范的RSMs（機制4）。同時，教師對學習者暴露出的知識缺陷提供針對性的教學支架，幫助學習者更好地完成最終的整合組裝以彌補知識缺口。

在階段1，學習者遭遇失敗，在失敗中充分探索，進入階段2，學習者明確自己的差距，整合組裝知識從而彌合缺口。在三次觸發(fā)機制2的過程中，學習者對目標概念核心特征的感知和理解逐步深化，獲取對目標知識的深度認知，能識別其中的重要信息，在后續(xù)出現(xiàn)類似的復雜情境時依舊能隨意提取并使用，由此獲得可遷移的“活”知識。為了避免學習者在過程中受到負面情緒影響，上述所有步驟都需要一種安全、開放、包容且充滿鼓勵的環(huán)境氛圍。

二、有效失敗與非正式科學學習活動互相嚙合

非正式科學學習對于培養(yǎng)科學素養(yǎng)不可或缺，而有效失敗又與非正式科學學習活動的多元特點十分契合，在非正式科學學習活動中融入有效失敗，有助于非正式科學學習的發(fā)展和優(yōu)化。

（一）培養(yǎng)科學素養(yǎng)的校外陣地對契合理論的現(xiàn)實需要

校外非正式學習環(huán)境是培養(yǎng)科學素養(yǎng)的重要陣地，融入契合的學習理論有助于非正式教育發(fā)揮其優(yōu)勢。非正式科學學習指的是發(fā)生在學校教室等正式教學場所以外的科學學習活動[14]，對激發(fā)和維持中小學生終身學習科學的興趣和習慣具有深遠影響[15]?？茖W教育即科學素養(yǎng)教育[16]，以學習者為中心的“社會大課堂”是實現(xiàn)我國中小學科學教育創(chuàng)新發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展的探索與突破點 [17]，非正式學習環(huán)境占比更大、資源更廣闊，在培養(yǎng)科學素養(yǎng)、提高全民科學素質(zhì)的目標上有其獨特優(yōu)勢，可作為正式教育系統(tǒng)的補充。相較于正式教育，非正式學習環(huán)境具有自由的學習空間、靈活的學習時間及豐富有趣的學習場域等，因而更能吸引學習者，學習者在多元情境中的非正式學習也易于產(chǎn)生更好的理解性學習成果遷移，獲得可隨取隨用的“活”知識[12] ，這與有效失敗理論不謀而合。盡管非正式學習在培養(yǎng)科學素養(yǎng)上具有重要的地位和作用，然而，目前我國對非正式學習及非正式學習環(huán)境重視的程度還不夠[18]，非正式學習仍存在活動內(nèi)容淺表、活動設(shè)計缺乏系統(tǒng)性和完整性、活動實施缺乏一定的標準和流程，以及教學效果差距懸殊等問題[19]。面對科學素養(yǎng)培養(yǎng)的現(xiàn)實需要，急需諸如有效失敗等契合的理論作為指導，為非正式科學學習活動注入鮮活的生命力。

（二）有效失敗助力非正式科學學習發(fā)展優(yōu)化

有效失敗理論已在多個學科領(lǐng)域被證明有效，融入非正式科學學習亦有助于其向好發(fā)展。有效失敗理論被廣泛應用于數(shù)學、生物、科學等領(lǐng)域的教學中，與直接教學、主動學習等相比，有效失敗可以提高學生的概念理解、應用和遷移能力[20][21]，激發(fā)學生的探索興趣和動機，培養(yǎng)學生的合作和溝通能力[22]，提高學生的自我效能感[23]，促進學生在STEM 領(lǐng)域的創(chuàng)造性問題解決和知識整合[24]，支持學生創(chuàng)造性和批判性思維的發(fā)展[25]，等等。有效失敗的學習屬于基于問題解決學習中的一種，涉及問題往往較復雜，可利用各種資源來提供RSMs[26]。非正式學習環(huán)境中的學習大都基于真實且復雜的問題情境，且軟硬性資源豐富，相較于有效失敗大都被應用于正式課堂教學，有效失敗在非正式學習環(huán)境中的應用還不夠。作為卓有成效的學習理論，有效失敗應用于非正式科學學習活動，有助于非正式科學學習向好發(fā)展，為學習者在非正式學習環(huán)境中進行有效學習提供理論支持。

（三）有效失敗切中非正式科學學習活動的多元特點

有效失敗切中了非正式學習活動中開放包容的文化氛圍、主動建構(gòu)的認識論以及富裕的時空資源等多元特點，也正因為這些特點使得有效失敗擁有了適切的實施土壤。

利用非正式科學學習環(huán)境中開放包容的社會文化氛圍，“失敗”便更容易被接受了。有效失敗需要安全、開放、包容且充滿鼓勵的環(huán)境氛圍，滿足師生的心理安全感以接受和鼓勵失敗[28]。在中國應試教育體制下，學生的科學學習興趣和學習熱情偏低[27]，在學校正式教育中融入“失敗”教育還需多加考量。而校外非正式學習環(huán)境中的科學學習具有更高的開放度、自由感、安全感等特點，可為“失敗”提供承托，學習者在興趣驅(qū)動下自愿參與諸如科技夏令營、科技比賽等非正式的科學學習活動，有更強的學習自主性和內(nèi)驅(qū)力，因而更容易接受“失敗”。在教學實踐中利用好非正式學習環(huán)境特有的社會文化，可減輕有效失敗教學的實施“阻力”。

抓住非正式科學學習的認識論特點，通過有效失敗來強化學習的主動建構(gòu)。非正式學習從認知和心理層面強調(diào)個體對知識的建構(gòu)[29]，科學學習更強調(diào)學習者參與科學實踐、主動探究和構(gòu)建概念。傳統(tǒng)的教學理論與方法難以滿足非正式科學學習的需求，而有效失敗條件下的學生則在問題解決中表現(xiàn)出更多的科學探究行為[30]?；诖?，在教學實踐中可抓住非正式科學學習的認識論特點，立足有效失敗的建構(gòu)主義學習根基，通過失敗鼓勵學習者主動參與學習，在共同的意義構(gòu)建空間進行深度學習，以獲得可遷移的“活知識”，將有效失敗深度融入非正式科學學習中。從學校正式學習中著力探討如何“教”轉(zhuǎn)向在非正式教育中利用有效失敗關(guān)注如何“學”[18]。

運用非正式學習環(huán)境中更富裕的時空資源，促使有效失敗的實施更為順利。有效失敗需要為學習者充分經(jīng)歷失敗提供充足時間。在學校正式教育環(huán)境中，科學課的課時有限，需要優(yōu)先滿足教學大綱，難以在現(xiàn)有正常教學計劃下擠出額外時間讓學生充分體驗失??；而利用非正式學習環(huán)境中科學學習時間更充裕、更自由的特點，可以讓學習者進行更充分的“失敗”和探索，強化失敗學習的有效性。在空間資源上，非正式學習環(huán)境擁有更豐富的各種硬件資源，以及來自家長、專家、科研機構(gòu)和社會組織的支持，可利用這些資源在有效失敗的教學過程中促進學習者反思，為學習者生成RSMs和更多的元認知參與提供機會。

三、有效失敗視角下非正式科學學習活動設(shè)計策略

為了更好地說明有效失敗視角下非正式科學學習活動的設(shè)計，在國外科技館學習活動的基礎(chǔ)上，本文融入有效失敗重新設(shè)計出在有效失敗中學習的STEM活動——“飛越困境”。具體而言，活動通過真實情境和前期調(diào)研來發(fā)揮非正式學習環(huán)境的優(yōu)勢，幫助學習者積累和激活先驗知識；在活動過程中融入有效失敗，以增強學習者的問題解決能力與核心概念理解力；關(guān)注學習過程和概念遷移的評價模式，有助于促進反饋與學習，具體流程如表1所示?；顒訃@當前非正式科學教育火熱的航模類主題展開，將“為支援災區(qū)設(shè)計飛機”作為真實情境問題，以期為提升青少年課外科學素養(yǎng)、促進科技館學習等非正式科學學習活動設(shè)計提供參考。接下來，本文將通過具體案例來展示如何將有效失敗與飛機設(shè)計這一非正式科學學習活動在實踐中進行融合。

（一）課標統(tǒng)領(lǐng)，促進校內(nèi)外活動緊密結(jié)合

非正式科學學習活動的設(shè)計和開展也可將課程標準作為指導參照，以促進校內(nèi)校外協(xié)同育人。目前，我國部分非正式科學教學活動與科學教育課程的結(jié)合仍有待提升，盡管非正式科學學習活動已有豐富的實踐探索，但仍存在與學校以及科學教育政策相對脫軌[31]、與校內(nèi)正式課程合作程度不深[32]等問題，這進一步限制了協(xié)同育人機制。非正式科學學習活動作為正式課堂教學的補充，還可以考慮將《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）作為指導參照。統(tǒng)一的標準和目標引領(lǐng)，使非正式學習活動的教學目標設(shè)計與過程開發(fā)更加規(guī)整，有效推動校外非正式教育與校內(nèi)正式教育并軌，在提高科學素養(yǎng)方面“勁往一處使”。與此同時，非正式學習環(huán)境可以拓寬學生的實踐陣地，校內(nèi)外內(nèi)容銜接使兩者更緊密地結(jié)合，協(xié)同提升學生的科學素養(yǎng)。

“飛越困境”這一活動面向6～8年級的學生，活動教學目標設(shè)計參照課標，對照課標科學觀念、科學思維、探究實踐和態(tài)度責任四方面展開。在優(yōu)化非正式科學學習活動目標設(shè)計的同時，可與校內(nèi)正式科學課程相呼應。通過“課標”統(tǒng)領(lǐng)在非正式科學學習活動中培養(yǎng)學習者的核心素養(yǎng)，加深非正式與正式科學教育的結(jié)合程度，進一步促進協(xié)同育人。

（二）以真實的復雜問題為起點，激活學習者先驗知識

有效失敗以脫胎于真實情境的復雜問題為起點，有助于激活學習者的先驗知識。有效失敗首先需要充分激活學習者與目標概念有關(guān)的先驗知識，才能讓他們在后續(xù)學習中通過失敗更清晰地意識到自己已有知識與目標知識的差距，更好地進行學習，前期的問題設(shè)計是為后續(xù)步驟順暢實施做鋪墊。問題解決能力強調(diào)對現(xiàn)實情境的認知和適應復雜環(huán)境并行動[33]，而作為問題解決的一種，有效失敗更強調(diào)問題情境的真實性與復雜性。這是因為問題情境的真實性能在一定程度上提高問題本身的吸引力，激發(fā)學習者挑戰(zhàn)問題的興趣，以更好地迎接可能的“失敗”。脫胎于真實情境中的問題本身往往就較劣構(gòu)，具有不同的思考角度以及現(xiàn)實世界的真實限制，這種復雜性使學習者難以一蹴而就給出最優(yōu)解，從而推動學習者不斷思考如何利用已有知識、現(xiàn)有能力和多樣化的條件去解決問題（即生成RSMs）。同時，也由于問題本身的復雜性以及超越學習者當前水平的問題設(shè)計，盡管學習者的已有知識被廣且深地充分調(diào)動，可能仍無法順利解決問題，此時學習者會意識到自己還缺乏解決問題所需的目標核心概念，為后續(xù)利用失敗學習創(chuàng)造了條件。值得注意的是，在設(shè)計問題時，應注意把握問題的復雜度和超越學習者當前水平的程度，以免問題過難導致學生產(chǎn)生挫敗或沮喪等情緒，從而放棄解決問題。

例如，在“飛越困境”的主題活動中，如果讓學習者直接設(shè)計一架飛機，這樣的問題過于簡單且生硬。在進行情境化的問題導入時可以這樣設(shè)計：“我國部分地區(qū)可能會遭遇洪水、泥石流、地震等極端災害，面對這些困境，飛機是最適合的救援工具。應急管理部找到我們，希望我們能設(shè)計一架可以營救受災人員并向有需要的城市運送醫(yī)療用品的飛機，你打算如何完成這一任務？”真實情境問題包括需要對應的現(xiàn)實限制，例如飛機需要有一定運載能力、飛行過程中不能翻滾，以及能提供的材料和預算有限但飛機需要至少達到某一飛行距離，等等。盡管現(xiàn)實中的這些限制在后續(xù)的實際學習中會有所簡化，但仍保留了問題的復雜性和核心特征。學習者的已有知識和現(xiàn)有能力不足以順利完成任務，難免會遇到失敗，迫使學習者想盡辦法探索各種解決方案，教師在這個過程中應給予鼓勵，促使學習者盡可能多地生成RSMs（階段1）。在這個過程中，學習者關(guān)于飛機設(shè)計以及材料和結(jié)構(gòu)等方面的先驗知識被充分激活，初步關(guān)注到目標概念的核心特征，并在潛移默化的暗示下做好后續(xù)迎接失敗的心理準備。有效失敗的階段1已經(jīng)開啟，在這一環(huán)節(jié)中觸發(fā)了部分機制1（激活先驗知識）和第一次觸發(fā)機制2。為了控制問題難度，不超越學習者的當前水平，使“失敗”發(fā)生在可控的范圍內(nèi)，教師在學習者開始設(shè)計之前，還可以為他們展示與飛機救災有關(guān)的資料，帶領(lǐng)他們到相關(guān)的科技場館或展覽館進行實地考察等，充分發(fā)揮非正式學習環(huán)境資源豐富的優(yōu)勢，增強問題情境的真實性并拓展學習者的相關(guān)知識。同時，這種情境的設(shè)計也有助于提升學習者在面對問題時的信念感與責任感，增強他們解決挑戰(zhàn)性問題的興趣與意志，抵消后續(xù)可能“失敗”的負面影響。

（三）精心設(shè)計問題并提供支架，確?！笆　边m度且有效

1.平衡支持與限制：用適度失敗誘使學習者深入思考與探索

要有效利用失敗學習，首先需要精心設(shè)計問題，控制好讓學習者失敗的程度，有助于他們產(chǎn)生“放松的警覺”，從而深入探索，并從失敗中進行反思。學習新知識和解決新問題必然要求學習者超越當前的狀態(tài)，學習者難免會遭遇困難、經(jīng)歷失敗。要想在實踐中主動利用這種失敗，教學需要平衡給學習者提供的支持與設(shè)置的限制，控制好失敗點，讓學習者產(chǎn)生“似有還無”的錯覺，誘使他們通過失敗進行反思和探索。

比如在“飛越困境”的活動中，對學習者關(guān)于飛機的原型設(shè)計提一些限制和要求：飛機至少由兩種材料制成，飛機飛行時可以越過障礙物并盡可能接近目標著陸點，飛機需要攜帶至少6個小球（對醫(yī)療物品或患者的模擬）的載荷，飛機飛行穩(wěn)定無翻滾，等等。這些均是在符合真實情境的基礎(chǔ)上進行簡化以降低難度，又能讓學習者進入符合邏輯的 “自然失敗”。學習者可能會遇到兩個失敗點。其一，不了解不同材料的特性，難以著手開始利用所提供的材料設(shè)計出滿足要求的飛機，可通過這個失敗點引導學習者進行材料測試。其二，盡管掌握了不同材料的特性，但因為不知道物體形狀結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，在設(shè)計最終飛機原型時依舊難以滿足任務的多種要求，可組織學習者對原型多次迭代，從每一次原型失敗中進行反思。這兩個失敗點使學習者進一步意識到知識缺口（第二次觸發(fā)機制2），對應“飛越困境”活動的兩個核心目標概念。應對可能的失敗，可以為學習者提供一些支持幫助其進行平衡。針對第一個失敗點，可以引導學習者進行2人一組的合作，學習并使用控制變量法初步設(shè)計飛機，以便對不同材料進行測試，觀察所提供的材料在測試時的表現(xiàn)。在對第一個失敗點的測試中所觀察到的不同材料的特性又可以作為對第二個失敗點的支持，在學習者進入正式的飛機原型設(shè)計后，可以擴大小組合作的規(guī)模，從2人一組變?yōu)?人一組。

小組合作、預測試等措施，與前期提供的相關(guān)資料、實地考察、關(guān)鍵詞匯的概念界定和對失敗的鋪墊共同構(gòu)成了對學習者的有限支持，能在一定程度上調(diào)動學習者進行思考，但不足以使其順利解決問題，這樣可以在失敗的基礎(chǔ)上營造出一種“假性放松”的氛圍。由此，學習者便產(chǎn)生一種興奮感與安全感并存的“放松的警覺”[34]，這種感覺讓學習者在增強容忍模糊性、不確定性和延遲滿足能力的同時，去探索新的思想和聯(lián)系[35]。

2. 在失敗中用問題引導：促進學習者關(guān)注目標概念核心特征

要創(chuàng)造有利于在失敗中探索的安全氛圍，通過問題引導鼓勵學習者在失敗中進行反思性推理與分析，關(guān)注并理解目標概念核心特征。上文已提到學習者可能會遭遇的兩個失敗點，若有利用失敗進行有效的學習，就需要讓學習者感受到一種包容失敗的安全氛圍，不懼失敗帶來的負面影響。對學習者的期望是盡可能多地生成RSMs，以及在教師的引導下從失敗中進行反思，并非執(zhí)著最終的成功。在失敗中經(jīng)由教師的問題引導，然后基于證據(jù)進行解釋闡述和反思推理，學習者才能逐步關(guān)注并理解目標概念的核心特征。教師的作用不是提供任何認知或與內(nèi)容相關(guān)的支持，而是管理課堂并提供情感支持[10]。

例如，在可能的兩個失敗點，無論是對材料特性的測試，還是在原型的迭代優(yōu)化中，都可以通過一系列問題引導讓學習者基于證據(jù)進行解釋闡述和反思推理，強化其對目標概念核心特征的關(guān)注，加強對結(jié)構(gòu)與功能的認識，從而觸發(fā)機制2。如表2所示，這些問題是關(guān)乎最終飛機設(shè)計方案優(yōu)秀與否的關(guān)鍵，不僅為學習者提供了進行解釋和闡述的機會（初步觸發(fā)機制3），還能引導學習者關(guān)注核心特征，反思在解決問題過程中存在的困難，感知自己當前與解決問題所需能力之間存在的差距。學習者回答問題時暴露出的弱點和缺陷，也有助于教師在后續(xù)過程中有針對性地進行教學支架介入。對于飛機原型的設(shè)計與迭代，除問題引導外，還可以使用主張、證據(jù)、推理（Claim- Evidence-Reasoning， CER）框架，讓學習者證明其設(shè)計決策是合理的，在每次設(shè)計和迭代出飛機原型并參加統(tǒng)一測試后，再參與基于證據(jù)的論證，完整觸發(fā)機制3。學習者進行組內(nèi)反思與組間比較，在教師的問題引導以及基于證據(jù)的闡述過程中，會逐漸意識到自己在設(shè)計之初欠考慮的部分。比如有哪些失敗的設(shè)計點，與優(yōu)秀方案相比還有哪些待完善之處，如何優(yōu)化自己的設(shè)計方案，等等。將學習者設(shè)計完成后的反思與設(shè)計過程中的解釋闡述相結(jié)合，同時觸發(fā)機制2和機制3，進一步明確知識缺口。有效失敗蘊含在工程設(shè)計的核心即迭代中，經(jīng)過多次迭代的失敗和充分的解釋推理，學習者對目標概念核心特征的關(guān)注和理解得到進一步加深，盡管此時仍不全面。在觀察其他小組的優(yōu)缺點時，作為聽眾的學習者是間接失敗或旁觀失?。╒icarious Failure， VF）的角色，盡管VF在學習效果上的作用不如直接的有效失敗顯著，但仍被證明對學習有正向作用[36][37]。在逐層遞進的引導下，學習者離完整的目標概念核心特征越來越近，離沖破失敗發(fā)生真正的學習也越來越近。

3. 充分探索后介入延遲教學支架：助力學習者的知識整合與組裝

在學習者經(jīng)過充分的探索與反思后介入延遲的教學支架，幫助學習者將新的目標概念核心特征整合并組裝進頭腦中以彌合知識缺口，使失敗“有效”。經(jīng)過前期的步驟和準備，學習者頭腦中的先驗知識被充分激活。學習者在失敗中經(jīng)歷了充分的掙扎與探索后，對目標概念核心特征的關(guān)注和理解愈發(fā)完整，對知識缺口的認知也愈發(fā)明晰，此時介入延遲的教學支架，有助于學習者進行最后的知識整合與組裝，能更大限度促進學習[13]，使失敗“有效”。

在“飛越困境”的活動中，最終環(huán)節(jié)依舊可以在真實情境中呈現(xiàn)，在學習者完成對材料和飛機原型設(shè)計多次充分的測試和迭代后引入情境：大家經(jīng)過前期的學習和準備，現(xiàn)在應急管理部要進行最終招標，選擇最符合條件、表現(xiàn)最佳的飛機。請你和你的小組成員協(xié)作，總結(jié)之前收集到的資料和信息，設(shè)計出你認為最優(yōu)秀的飛機，并有理有據(jù)地闡述你們小組這樣設(shè)計的原因和思路。如此設(shè)計活動的最終環(huán)節(jié)，首先，是為了滿足問題解決學習對真實情境的需要，使整個活動流程更自然沉浸；其次，這個情境也為教師提供了介入延遲教學支架的機會，教師可以在這個環(huán)節(jié)中提供對應的教學支架，幫助學習者整合與組裝新知識、新概念。其一，在學習者開始最終設(shè)計之前，教師可以帶領(lǐng)學習者總結(jié)之前的發(fā)現(xiàn)，為學習者完整呈現(xiàn)不同材料所具有的不同特點，組織他們總結(jié)之前在飛機原型迭代中發(fā)現(xiàn)的不同結(jié)構(gòu)與不同功能之間的對應關(guān)系，完整展現(xiàn)目標概念的所有核心特征，為學習者彌合知識缺口提供完整支持。其二，鼓勵學習者組合不同方案的優(yōu)勢，因為如果能精準把握不同方案的優(yōu)勢，那么學習者便能了解設(shè)計存在的故障點，從而在生成最優(yōu)方案時避開這些故障點。其三，組織學習者開始合作最終設(shè)計，此時學習者已經(jīng)明確了自己存在的知識和能力的缺口，完整地關(guān)注了目標概念的核心特征，在最終設(shè)計中將以上特征進行整合和組裝以彌補知識缺口，從而實現(xiàn)有效失敗主導的學習。其四，設(shè)計完成之后，通過“招標投標”這一設(shè)定讓學習者展示并闡釋自己的設(shè)計，這個過程也是進一步加強學習者關(guān)注目標概念核心特征的過程。教師還可以詢問：“你的哪些想法失敗了？你從這些失敗的嘗試中學到了什么？”通過這些詢問促進學習者反思從失敗中學習的過程，增強有效失敗的學習效力。在教師和學習者的共同努力下，新知識、新概念的核心特征被整合并組裝進學習者原有的知識結(jié)構(gòu)中，失敗則進一步強化了這種結(jié)合的緊密度，使學習者以后在遇到類似情境時也能隨時靈活地調(diào)用與遷移概念。

（四）著重過程評價，促進學習者從失敗中進行反思

有別于傳統(tǒng)的評價方式，有效失敗的非正式科學學習在活動中注重評價學習者面對失敗時的態(tài)度和反思，在活動后注重評價學習者對“遠”概念的遷移和應用。有效失敗的特點在于，學習者可能表現(xiàn)為短期的失敗而發(fā)生長期深遠的學習，這對應著評價方式的轉(zhuǎn)變[33]。活動過程應著重關(guān)注學習者在此過程中面對失敗時的態(tài)度，例如能否從失敗中反思推理，能否通過失敗關(guān)注核心概念、理解和組裝核心概念，而非關(guān)注最后的產(chǎn)出成果成功與否。關(guān)于活動結(jié)束后的長期效果，可通過考查學生在類似情境中的概念遷移應用，以及使用對應概念解決問題的情況，評價學習者的有效失敗學習是否真的“有效”。

在“飛越困境”的活動中，除對最終“中標”小組的飛機設(shè)計予以肯定外，更應該特別關(guān)注學習者是否從失敗中收獲更多。比如，是否生成了更多的飛機設(shè)計方案（對應生成RSMs）？能否從變量控制下的材料測試和飛機設(shè)計的工程迭代中反思總結(jié)（對應關(guān)注目標概念核心特征）？能否基于證據(jù)解釋自己的測試或飛機迭代試驗情況（對應闡述目標概念核心特征）？最后能否將前期通過失敗發(fā)現(xiàn)、總結(jié)、收集的要點整合到最后的飛機設(shè)計中（對應整合和組裝目標概念核心特征）？上述是在活動進行中或活動剛結(jié)束時對學習者采取的評價舉措，除此以外，有效失敗的學習評價還可以在活動結(jié)束較長一段時間后進行。比如，考查學生面臨真實情境中的類似問題時能否運用在本次活動中所學的控制變量法、從失敗中推進的工程設(shè)計迭代等解決問題；也可以考察當學習者遇到關(guān)于不同材料具有不同性質(zhì)、功能和結(jié)構(gòu)等概念的學習活動時，對概念的遠遷移和應用情況來評價有效失敗的學習是否長遠、深度?？偠灾瑢Σ扇∮行》绞降姆钦娇茖W學習活動進行評價時，需要打破傳統(tǒng)的評價思維和評價方式，避免“以成敗論英雄”。

四、啟示與討論

上文的論述對我國有效失敗理論下的非正式科學學習活動有以下啟示。

校外非正式科學學習活動應以“課標”為指導，進行一體化設(shè)計，發(fā)揮協(xié)同育人功能。盡管非正式學習活動處于更開放包容的社會環(huán)境中，但應避免出現(xiàn)隨意設(shè)計、任意實施的“亂象”。非正式科學學習活動仍然可將國家科學課程標準作為參照，并以國家科學教育政策為指導方向，在正式與非正式的科學學習活動配合中實現(xiàn)協(xié)同育人。我國各類課外科技競賽、課后科技活動、科技場館主導的“科技周”和“科學夏令營”、館校結(jié)合項目等非正式科學學習活動方興未艾，在這些科學活動中引入科學課程標準作為設(shè)計指導，可確保教學更規(guī)范、活動定位更精準、教學目標更精確；同時，還能促進與學校正式的科學教育課程和國家政策的結(jié)合。在“課標”指導的一體化設(shè)計下，非正式科學學習活動能在協(xié)同育人機制中發(fā)揮更好的作用，更大限度地提升學習者的科學素養(yǎng)。

利用好非正式科學學習環(huán)境的特點，敏銳地抓住失敗、利用失敗，使其帶來更有效的學習。學習是從原有水平發(fā)展到超越原有水平的過程，在這一過程中，學習者難免會遭遇失敗，而非正式科學學習環(huán)境的開放自由、資源豐富等特點，為利用失敗促進學習提供了得天獨厚的條件。“失敗是成功之母”，有效失敗已被證明是有價值的。在非正式科學教學活動的設(shè)計和實施中，更敏銳地發(fā)現(xiàn)學習者可能會遇到的失敗并加以利用，有助于促進學習者更深度有效地學習。對待失敗的正確態(tài)度，不僅能充分發(fā)揮原有觀念下被浪費的學習機會，而且也能健全學習者的心理發(fā)展，一舉多得。

放遠評價眼光，對有效失敗的評價不僅要關(guān)注近端的學習過程，還需關(guān)注遠端的學習遷移。有效失敗的學習可能會呈現(xiàn)出短期表現(xiàn)為失敗但會產(chǎn)生長遠的深度學習之特點，這就要求改變原有的評價方式和思維。在近端評價中需要打破唯結(jié)果論、唯成功論，發(fā)揮非正式學習環(huán)境開放包容的環(huán)境價值，使學習者擁有充滿安全感的環(huán)境氛圍，身處其中敢失敗、能失敗、失敗有益、失敗有學。當學習者不再擔心失敗所帶來的負面評價和影響時，鼓勵其做更多的嘗試，更自得地從失敗中反思。除此之外，針對有效失敗學習的遠端評價，還應關(guān)注學習者在較長一段時間后面對相似情境時，是否能進行概念遷移和應用來解決問題，以檢驗有效失敗的學習是否有長遠、深度的效用。然而，本文也因?qū)嶋H所限，對于評價體系的具體框架和執(zhí)行細節(jié)的構(gòu)建還有待提升與完善，也期待后續(xù)研究者在實踐中繼續(xù)探索這一問題。

【參考文獻】

[1] 教育部.教育部等十八部門關(guān)于加強新時代中小學科學教育工作的意見[EB/OL].（2023-05-26） [2024-11-19]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A29/202305/t20230529_1061838.html.

[2] NUNES K， DU S， PHILIP R， et al. Science students' perspectives on how to decrease the stigma of failure[J]. FEBS Openbio， 2022， 12（01）： 24-37.

[3] 劉海峰，韋驊峰.招生考試改革的鑒古知今——“唯分數(shù)”與“唯升學”問題的歷史探究[J].教育研究，2021，42（05）：86-100.

[4] 曹鷺.有效失敗與知識遷移：理論、機制與原則[J].開放教育研究，2021，27（03）：4-14.

[5] HOD Y， BASIL-SHACHAR J， SAGY O. The role of productive social failure in fostering creative collaboration： A grounded study exploring a classroom learning community[J]. Thinking Skills and Creativity， 2018， 30： 145-159.

[6] 馬預龍.有效失敗教學視角的工程實踐活動分析——以美國加州“設(shè)計一套灌溉系統(tǒng)”活動為例[J].湖北教育（科學課），2024（09）：75-78.

[7] KAPUR M. Productive failure in mathematical problem solving[J]. Instructional Science， 2010， 38： 523-550.

[8] KAPUR M. Comparing learning from productive failure and vicarious failure[J]. Journal of the Learning Sciences， 2014， 23（04）： 651-677.

[9] KAPUR M. Examining productive failure， productive success， unproductive failure， and unproductive success in learning[J]. Educational Psychologist， 2016， 51（02）： 289-299.

[10] KAPUR M， BIELACZYC K. Designing for productive failure[J]. Journal of the Learning Sciences， 2012， 21（01）： 45-83.

[11] SCHWARTZ D L， BRANSFORD J D. A time for telling[J]. Cognition and Instruction， 1998， 16（04）： 475-522.

[12] KAPUR M. Productive failure in learning the concept of variance[J]. Instructional Science， 2012， 40： 651-672.

[13] KAPUR M. A further study of productive failure in mathematical problem solving： Unpacking the design components[J]. Instructional Science， 2011， 39： 561-579.

[14] HOFSTEIN A， ROSENFELD S. Bridging the gap between formal and informal science learning[J]. 1996， 28（01）， 87–112.

[15] 張寶輝.非正式科學學習研究的最新進展及對我國科學教育的啟示[J].全球教育展望，2010，39（09）：90-92+74.

[16] 裴新寧.重新思考科學教育的若干概念與實施途徑[J].中國教育學刊，2022（10）：19-24.

[17] 裴新寧.技術(shù)時代的科學素養(yǎng)觀與科學教育改革——兼論科學教育對教育強國建設(shè)的重要意義[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2024，36（05）：3-15.

[18] 趙勝軍.非正式學習在學校教育中的作用[J].中國成人教育，2014（07）：121-124.

[19] 吳珊.館校結(jié)合背景下場館學習活動模型的構(gòu)建研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學，2019： 10-11.

[20] KERRIGAN J， WEBER K， CHINN C. Effective collaboration in the productive failure process[J]. The Journal of Mathematical Behavior， 2021， 63：100892.

[21] KAPUR M， SABA J， ROLL I. Prior math achievement and inventive production predict learning from productive failure[J]. NPJ Science of Learning， 2023， 8（01）： 15.

[22] SONG Y. Improving primary students' collaborative problem solving competency in project-based science learning with productive failure instructional design in a seamless learning environment[J]. Educational Technology Research and Development， 2018， 66： 979-1008.

[23] 朱青云. STEM課堂中有效失敗的實證研究[D].上海：上海師范大學，2019：49.

[24] SEARLE K A， LITTS B K， KAFAI Y B. Debugging open-ended designs： High school students' perceptions of failure and success in an electronic textiles design activity[J]. Thinking Skills and Creativity， 2018， 30：125-134.

[25] SWANSON H， COLLINS A. How failure is productive in the creative process： refining student explanations through theory-building discussion[J]. Thinking Skills and Creativity， 2018， 30：54-63.

[26] 弗蘭克·費舍爾，等.國際學習科學手冊[M].趙建華等，譯.上海：華東師范大學出版社，2022：240.

[27] 袁潔，陳玲，李秀菊.我國青少年科學態(tài)度現(xiàn)狀調(diào)查[J].上海教育科研，2015（01）：45-48.

[28] MILLS M S， WATSON J H. Breaking free： The role of psychological safety and productive failure in creative pathmaking[J]. TechTrends， 2021， 65（04）： 668-676.

[29] FENWICK T. Tides of change： New themes and questions in workplace learning[J]. New Directions for Adult and Continuing Education， 2001（92）：3-18.

[30] PATHAK S A， KIM B， JACOBSON M J， et al. Learning the physics of electricity： A qualitative analysis of collaborative processes involved in productive failure[J]. International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning， 2011， 6：57-73.

[31] 田園.“雙減”之下科學教育途徑多樣化——美國博物館科學教育的實踐與啟示[J].科學教育與博物館，2024，10（01）：102-109.

[32] 宋玉.面向未來的青少年科學教育：科技館的角色與策略[J].科學教育與博物館，2024，10（03）：105-109.

[33] 王煥景，魏江明，費建翔.深度問題解決能力：概念特征、理論框架及培養(yǎng)路徑——基于AIGC技術(shù)賦能視角[J].中國電化教育，2024（05）：97-104.

[34] 劉徽，楊佳欣，徐玲玲，等.什么樣的失敗才是成功之母？——有效失敗視角下的STEM教學設(shè)計研究[J].華東師范大學學報（教育科學版），2020，38（06）：43-69.

[35] 雷納特·N.凱恩，等.創(chuàng)設(shè)聯(lián)結(jié)：教學與人腦[M].呂林海等，譯.上海：華東師范大學出版社，2004： 121-132.

[36] HARTMANN C， VAN GOG T， RUMMEL N. Preparatory effects of problem solving versus studying examples prior to instruction[J]. Instructional Science， 2021， 49（01）：1-21.

[37] KAPUR M. Comparing learning from productive failure and vicarious failure[J]. Journal of the Learning Sciences， 2014， 23（04）： 651-677.

Exploring Pathways for Integrating Productive Failure into Informal Science Learning Activities

——An Example of \"Overcoming Adversity\"

Abstract： The social practice classroom within informal learning context has been a crucial breakthrough for fostering innovative development and high-quality advancement in science education for primary and secondary school in China. Informal science learning activities play a significant role in enhancing scientific literacy. The innovative learning theory of \"Productive Failure\" not only improves learners' problem-solving abilities but also promotes knowledge transfer， so as to facilitate long-term and effective deep learning. Productive Failure and informal science learning activities are mutually reinforcing; they are interconnected due to the open and inclusive atmosphere， the active epistemological construction， and the ample spatiotemporal resources. Against the backdrop of the urgent need for the development of informal science education， introducing Productive Failure into informal science learning activities in China may infuse fresh theoretical vitality into after-school informal science education. Based on an analysis of the principles and connotations of Productive Failure， this study explores specific cases to investigate pathways for integrating it into the design， implementation， and evaluation of informal science learning activities. The aim is to provide a reference for future informal science learning activities in China that are based on the theory of \"Productive Failure\".

Keywords： After-school Education; Informal Science Learning; Productive Failure; Case Study