学习优化：技术反馈与学生修改的重要性

技术使教师更容易对学生的思考给予反馈，技术也使学生更容易修改他们的作业。最初，使用贾斯珀·伍德伯里操场探险（上面所提及的）的教师很难腾出时间就学生们的操场设计给他们提供反馈，但是，一个简单的计算机界面就使教师提供反馈的时间减少了一半（参见，例如，范德比尔大学认知与技术小组，1997）。交互式的贾斯珀探险制造家软件允许学生就贾斯珀探险问题提出解决方案，然后观看他们的设计方案的模拟效果。这个模拟随即对学生提出的解决方案的质量作出清晰的反应（Crews et al.，1997）。正如上面所讨论的，与实践科学家进行互动也为学生从反馈和修改中学习提供了丰富的经验。SMART（用于训练思维的特殊多媒体平台）挑战系列为反馈和修改提供了多媒体的技术资源。SMART在包括贾斯珀挑战系列在内的各种情境下进行测试，当其形成性评价资源加入到这些课程时，学生们达到了比不用SMART时更高的学业水平（例如.Barron et al.，1998；范德比尔特大学认知与技术小组，1994，1997；Vye et al.，1998）。另一个应用技术支持形成性评价的方法，参见背景资料9.4。

背景资料9.4　在物理课上用于诊断先前概念的一个程序

一个基于计算机的诊断程序已在高中物理课上帮助教师提高学生的学业水平（Hunt and Minstrell，1994）。这个程序评估学生对各种物理现象的看法（先前概念）——这些看法常常与学生们的日常经验相吻合，但与物理学家们对世界的看法并不一致（参见第二、三、六和七章）。假设有一些特殊的看法，这个程序就会建议开展一系列活动帮助学生从物理学家的角度来重新理解现象。教师们在教学中结合来自诊断程序的信息，用于指导他们的教学。来自实验班和对照班的有关学生理解物理中重要概念的数据表明实验班学生具有明显优势；参见下图。

图9.4　默瑟岛与对比学校力学期末成绩和（人）对机械的适应性试验数学成绩对比

资料来源：Hunt and Minstrell（1994）。

课堂交流技术，例如“课堂对话”（Classtalk）能够在大班授课中提高学生的学习积极性，如果这项技术被合理地使用的话，它可以加强学生们用于解决问题的推理过程（参见第七章）。这项技术使教师对全班合作式活动做好准备，并把问题呈现给学生。学生通过掌上输入设备（以个人方式或作为一个小组）输入答案，然后由Classtalk收集、存储答案，并呈现全班响应的条形图（表示有多少学生选择了某个解决方案的条形图）。这种工具能够向教师和学生提供有用的反馈，即学生理解所学概念的程度和他们是否能将所学的概念应用于新情境。

然而，像其他技术一样，“课堂对话”并不能确保有效的学习。直观的条形图可用于促进大班授课中的双向交流：它是班级讨论的出发点，在班级讨论中学生可以证明他们用以得出答案的过程的合理性，他们批判性地倾听或反驳他人的观点或者提出另外的推理策略。但是技术的使用也可能与这个学习目标无关。例如，如果一个教师仅仅把“课堂对话”当作点名或管理传统测验的一个效能工具，那么它就不会增强双向交流或者使学生的推理更直观。假如真是那样的话，学生们就没有机会接触到各种问题解决的观点和不同问题解决的各种争论。因此，有效地使用技术包括教师的很多决策和教师参与的直接形式。

同伴是反馈的最佳来源。近十年来，一些非常成功的和有影响的范例表明，计算机网络能够支持学生小组主动地投入学习和进行反思。计算机支持的有目的学习环境（CSILE）为学生们提供了通过使用具有图文功能的公共数据库开展合作式学习活动的机会（Scardamalia et al.，1989；Scardamalia和Bereiter，1991，1993；Scardamalia et al.，1994）。在这个网络化的多媒体环境中（现在颁布为“知识论坛”），学生们可以建立“注解”，这个注解是他们对正在研究的主题的观点或者是一条信息。这些注解用不同类别标明，例如疑问或新知识，其他学生能够检索到这些注解，并对这些注解作出评论；参见背景资料9.5。在教师的支持下，让学生参与对话过程，并在对话中使用各种信息和资源生成新知识。CSILE也包含着形成和检验猜测和最初理论的指导原则。CSILE已在小学、中学、研究生的科学、历史和社会研究课上使用。参与CSILE班的学生在标准化考试和档案袋评价项目中做得更好，其理解力优于没有参与CSILE班的学生（参见，例如，Scardamalia和Bereiter，1993）。此外，不同能力水平的学生都能有效地参与：事实上，在以合作方式使用技术的课堂里，CSILE对于能力低等和能力中等的小组效果更佳。

背景资料9.5　斯莱米南数字系统

有一个例子说明计算机支持下的交流是如何改进学生各自的思维的，它发生在一个市区小学的班级里。学生被分成小组，要求他们设计一种文化的方方面面，这是关于热带雨林定居者的文化（Means et al.，1995）。

有一个小组负责为该文化开发一个数字系统，他们发布了以下的登录消息：

这是斯莱米南数字系统。它也是以10为基数的数字系统。它有一个模型。数目线增加到5，然后倒过来到10。

在同一个教室里的另一个小组学生核实了这个CSILE系统，并表现出令人印象深刻的分析技能（和良好的社交技能），作为对这个系统的回答，他们指出有必要拓展这个系统：

我们都喜欢这个数字系统，但是我们想要知道数字0看上去像什么，你能使用更多的数字，而不仅仅是我们现在使用的10。

这个教室里的许多学生在家里说的语言不是英语。CSILE提供机会，让学生用英语来表达他们的观点，并接受来自同伴们的反馈。

作为支持学习的多种用途之一，因特网已逐渐成为学生相互提供反馈的一个论坛。在GLOBE项目中（上面曾描述过），学生们相互检查在项目网站上的各自数据，有时他们发现读到的内容可能存在错误。学生们就使用电子信息传输系统查询报告有可疑数据的学校，他们是在什么样的情况下去进行测量的；关于因特网的另一种用途，参见背景资料9.6。

背景资料9.6　怪物、蒙德里安和我

作为挑战2000多媒体项目的一个组成部分，小学教师露辛达·苏尔博、凯西·乔文希尔和佩奇·麦克唐纳合作，一起设计和实施在两个小学的四年级班级之间开展的拓展性合作活动。在一个叫做“怪物、蒙德里安和我”的单元中，老师引导学生们在电子邮件中细致地描述一幅画，让其他班级里的搭档根据他们的描述重新画出这幅画。这个项目说明了远程通讯在多大程度上能够清晰地解释需求、准确地书写，并提供一个论坛，收集同伴们的反馈。

在项目的“怪物”阶段，两个班级的学生首先结成对子，创作和绘制怪物（例如，“航海者999”、“肥胃”和“虫眼”），然后他们写文章描述他们所画的内容（例如，“他的身体下面有四条紫色的腿，每条腿上有三个脚趾”）。他们的目的是提供一个足够完整和清晰的描述，让另一个班级的学生在没有看见过图画的情况下能够重新画出怪物。这个描述性的文章通过电子邮件交换，配对的学生们根据他们对描述的理解作画。

这个阶段的最后一个步骤包括交换“第二代图画”，这样写描述性文章的学生可以对他们的文章进行反思，找出那些能使读者产生不同理解的模糊的或不完整的说明。(www.xing528.com)

在“蒙德里安”阶段，首先学习抽象表现派画家，例如蒙德里安、克勒和罗思科（Klee，and Rothko），然后让学生重复相同的步骤：写作、交换文章、作画和反思。在“我”阶段，学生研究著名画家的自画像，然后制作他们自己的自画像，他们试图详细地描述画像，这样远程的伙伴就能制作出与之相配的画像。

通过向相隔遥远的学生（另一所学校中的学习伙伴）提供文章，这个项目有必要让学生在文章中写出所有的内容，因为他们不能像在自己的班级中那样可以用手势和口头交流来补充书面信息的不足。他们的学习伙伴根据书面描述作画，这些画给这些年幼的作者们提供了有关他们文章的完整性、清晰度的明确反馈。

学生的反思表明，他们已认识到错误交流的许多潜在根源。

也许你窜到了另一部分，或许你很难理解它。

唯一使它不够完美的是我们的错误……我们说道，“每一个正方形向下一点点”，其实我们应该说的是“每一个正方形位于它之前的一个正方形之中”，或者我们该说这样的一些内容。

我想我本可以把嘴巴说得更清晰的，我应该说它是闭合的，但由于我告诉你我没有括号或护圈，我却把它描述成（好像是）开着的。

在这个项目中所使用的电子技术相当简单（文字处理、电子邮件和扫描仪），其复杂性更多地在于它的结构，它需要学生关注观众的理解力和通过不同的媒体（文字和图画）进行转换，从而增进了学生对各自优缺点的理解。

学生的艺术作品、描述性文章和反思在项目网站http：//www.pausd.palo-alto.ca.us/barron/mmm/mmm.html上可以找到。

用于交流的联网技术的另一个优点在于技术可以使思维看得见。教学的认知学徒模式（Collins，1990）的核心特征是在广泛的教学项目中提供范例，它也具有技术的表现形式（参见，例如，Collins，1990；Collins和Brown，1988；Collins et al.，1989）。通过鼓励学习者说明他们在思维过程中所采取的步骤，软件建立了一个思维记录，学习者可以使用思维记录反思他们的学习，教师们使用思维记录可以评估学生的进步。一些项目显然包括了旨在使学习者的思维看得见的软件。例如，在CSI LE中，当学生用文字和图形开发他们的公共多媒体数据库时，教师们就可以把数据库作为一段时间内学生思维和电子交谈的一个记录。教师们可以浏览数据库，检查学生对关键概念逐步形成的理解，并检查学生的交流技能（Means and Olson，1995b）。

CoVis项目开发了一个联网超媒体数据库，目的是类似的，一个合作式笔记本。合作式笔记本被分成电子的工作区，叫做记录簿，学生用于一起合作研究一个特定的探索课题（Edelson et al.，1995）。笔记本提供制作不同类型页面的选项——问题页、猜测页、支持证据页、反驳证据页、计划页、计划步骤页、信息页、评论页。通过使用这个超媒体系统，学生可以提出一个问题，然后将它与由不同学生（可能来自不同的站点）提出的有关问题的有争议的猜测链接，与探索问题的一个计划链接。图像和文档可以以电子方式与页面“链接”。使用这种笔记本缩短了学生们准备实验笔记和从教师那里得到反馈之间的时间（Edelson et al.，1995）。类似的功能由“易说”（SpeakEasy）提供，它是一个软件工具，用来组织、支持工程学学生与教师之间的对话（Hoadley and Bell，1996）。

现在已经有了能提出问题的复杂教学环境，它们给学生提供反馈，这些反馈反映了专家在物理、化学、代数、计算机编程、历史、经济等方面推理和组织知识的基础（参见第二章）。随着理解的日益加深，人们开始对以下问题感兴趣：通过把专家推理转换成计算机程序来检验专家推理理论，把基于计算机的专家系统作为一个大型程序的一部分来教授新手。把专家模型与学生模型——系统对学生知识水平的表征——和驱动该系统的教学模型融合在一起，就构成了智能教学系统，其目的在于把为用户定制的一对一教学的优势与对专家表现、学习过程、自然推理的认知研究中获得的见识结合起来（Lesgold et al.，1990；Merrill et al.，1992）。

各种基于计算机的认知教学系统已被开发出来，用于代数、几何和LISP编程（Anderson et al.，1995）。根据教学系统的特征和它整合到课堂的方式，这些认知教学系统在学生成绩获得方面已经产生了复杂而简要的轮廓（Anderson et al.，1990，1995），参见背景资料9.7和9.8。

背景资料9.7　用几何教学系统学习

当几何教学系统在大型城区高中学校的班级里使用的时候，学生学完几何证明所用的时间要比教师或教学系统的开发者所预想的还要快。中等水平、中等以下和对数学技能缺少自信、有能力而未能发挥学习潜能的学生从教学系统中获益最大（Wertheimer，1990）。在课堂上使用教学系统的学生很快便进入学习状态，他们表现出更高的学习动机，他们常常很早就来到教室学习，他们对自己的学业进步承担更多的责任。教师开始花费更多的时间辅导那些需要帮助的个别学生，他们也更加重视对学生成绩的评定（Schofield，1995）。

背景资料9.8　高中代数课智能教学系统

一项大型的实验对在城区高中引入高中代数智能教学系统的收益进行评价。这个项目的重要特色是合作式的、客户中心的设计，它把教学系统与教师的目标和专业知识相协调。这一合作产生了PUMP（匹茨堡市数学教育计划）课程，它关注于真实世界情境的数学分析、计算工具的使用和让所有的学生都能容易地学习代数。一个智能教学系统，PAT（PUMP代数教学系统的简称）支持这种课程。研究者们把使用智能教学系统的九年级学生的学业水平与学习传统代数的学生的学业水平做比较，结果表明使用PUMP和PAT的学生们受益匪浅，目前在全国范围内有70个学校使用PUMP和PAT。

图9.5PUMP　代数教学系统课程结束时的评价

资料来源：摘自Koedinger et al.（1997）。

使用教学系统方法的另一个例子是福尔摩斯侦探计划（Sherlock Project），它是一个基于计算机的环境，教空军技师学习电子故障检测和维修，他们与包含数千个部件的复杂系统打交道（例如，Derry and Lesgold，1997；Gabrys et al.，1993）。这个复杂系统的模拟系统与专家系统或教学系统融合在一起，当学习者在故障检测和维修的尝试过程中遇到了困难时，该系统给予建议，它还带有反思工具，允许使用者重放他们的行为表现和尝试可能的改进。在几次现场对技师的考试中，让他们进行最艰难的真实世界的故障检测和维修任务，20至25小时的福尔摩斯侦探培训与大约4年的在职工作经验相当。毫不奇怪，福尔摩斯侦探计划已经在几个美国空军基地使用。福尔摩斯侦探计划的两个重要特点是模仿成功的非正规学习：学习者成功地解决他们遇到的每个难题，在提高能力的同时，他们的训练的时间减少了；学习者可以重放和反思他们的行为表现，强调他们可以改进的方面，如同一个足球运动员可以重看一场比赛的录像一样。

值得注意的是学生可以在小组中使用这些教学系统，也可以单独使用。在很多情况下，学生们一起使用教学系统，与班上的其他人一起讨论可能的答案。