趙 煜

（南京郵電大學(xué)教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210023）

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展與教育現(xiàn)代化的推動，多樣化的學(xué)習(xí)技術(shù)工具被應(yīng)用于教育技術(shù)和學(xué)習(xí)設(shè)計等教育領(lǐng)域?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃（2011—2020 年）》明確提出要“推進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)融合，培養(yǎng)學(xué)生信息化環(huán)境下的學(xué)習(xí)能力”的發(fā)展任務(wù)［1］。近年來，在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的背景下，互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)與教育不斷深度融合，信息技術(shù)在教育中的應(yīng)用日益頻繁。然而研究表明，目前信息技術(shù)與教育的融合價值大多體現(xiàn)于儲存和傳播信息的容器，即在奉行以教師為中心的師生對話結(jié)構(gòu)中，將運行于平板電腦、數(shù)字化協(xié)作軟件或者在線概念地圖等學(xué)習(xí)工具上的電子教材等同于紙質(zhì)教材的數(shù)字化，把學(xué)習(xí)工具作為演示內(nèi)容的輔助型教具應(yīng)用于教學(xué)。

雖有先進(jìn)的教育技術(shù)用于加固傳統(tǒng)教育模式，但如此龐雜抽象的知識體量被不加以分割地一股腦扔向?qū)W生，學(xué)習(xí)僅僅被視為教師外部知識的輸出對象，工具與人各行其是，學(xué)習(xí)者在繁重的低級思維活動中苦苦掙扎，難以從隱喻的自然表象中直觀感知事物本質(zhì)以建構(gòu)主體認(rèn)知圖式。未來課堂教學(xué)建設(shè)應(yīng)該打破上述局面，即信息技術(shù)應(yīng)用應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心的建構(gòu)主義設(shè)計理念，知識的外在呈現(xiàn)方式應(yīng)該附和學(xué)習(xí)者的內(nèi)在認(rèn)知結(jié)構(gòu)。針對上述問題，本文提出基于知識可視化的教育認(rèn)知工具，利用圖解的手段構(gòu)建和傳遞知識的方法或技術(shù)。

1 相關(guān)研究

1.1 知識可視化研究

知識爆炸性增長形成巨大的知識網(wǎng)絡(luò)，并不斷呈現(xiàn)出類型多樣化、規(guī)模擴大化、更新加速化、信息間關(guān)系復(fù)雜化的碎片化特點［2］。知識時代的到來使人類逐漸認(rèn)識到知識在其生存發(fā)展環(huán)境中的重要性與復(fù)雜性，但是知識數(shù)量近乎無限性的增長與人類壽命有限性長度之間存在矛盾，學(xué)習(xí)者與自身對知識的獲取似乎陷入了“魚與熊掌”難以兼得的兩難境地。然而，人可以通過探索學(xué)習(xí)規(guī)律盡量提高認(rèn)知效率。發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識的獲取是學(xué)習(xí)者主動形成內(nèi)部認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程，學(xué)習(xí)者可以通過對外界事物進(jìn)行獲得、轉(zhuǎn)化以及評價3 個過程建立層次性認(rèn)知結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)知識獲取。其間知識的獲取是指在調(diào)節(jié)過程中以主體“被迫”改變已有結(jié)構(gòu)以適應(yīng)新的刺激物，亦或是利用同化作用將新刺激物以主體“主動”的方式整合到已有圖式或認(rèn)知結(jié)構(gòu)中［3］。

受控于認(rèn)知結(jié)構(gòu)是一個較為抽象的隱性心理學(xué)概念，而心理學(xué)研究表明大部分學(xué)習(xí)者屬于視覺接收者，因而認(rèn)知過程中基于主觀能動性，將復(fù)雜抽象知識以視覺化、形象化的方式表征便顯得尤為重要。早期可視化表征是以符號表示信息載體，符號學(xué)習(xí)理論的代表人物托爾曼（Tol?man）［4］通過動物實驗表明，迷津行為中的動物會根據(jù)顏色、聲音、氣味乃至通道轉(zhuǎn)角位量等“符號”特點建立“認(rèn)知地圖”，以達(dá)到目的；皮亞杰（Piaget）在認(rèn)知發(fā)展階段的論述中也提到表象思維向直觀思維的過渡中“符號化”所起的重要作用，它使兒童種種的感覺運動圖式內(nèi)化為表象，并且促使兒童學(xué)會了語言。由此可見可視化即以顏色、形狀、節(jié)點大小、箭頭指示以及下劃線等方式將外界事物通過符號系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一種認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程。在對知識可視化與認(rèn)知結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)研究中，布魯納（Bruner）認(rèn)為掌握事物的結(jié)構(gòu)就是理解它與其他事物之間的有意義聯(lián)系，學(xué)習(xí)者主動形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)，按意義關(guān)系編織組成的有序知識體，散落分散的知識點被有意識地加工成認(rèn)知組塊，由此學(xué)習(xí)者對知識的整體把握可促成有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生［5］。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，從簡單手繪的線條、圖表和地圖，到如今借助計算機應(yīng)用的仿真模擬動畫和交互式可視化技術(shù)，知識可視化技術(shù)也在不斷發(fā)展中［6］。Chen 等［7］認(rèn)為可視化技術(shù)發(fā)展障礙來自于特定知識的匱乏，因此多用戶之間領(lǐng)域知識的共享就顯得尤為重要?？梢暬碚摰奶岢稣逧p?pler 等［8］提出，知識可視化領(lǐng)域的研究關(guān)鍵是視覺表征應(yīng)用，研究目的是為了促進(jìn)群體知識的創(chuàng)造和傳播。

由此可見，知識可視化的實質(zhì)是一種用于群體成員之間進(jìn)行交互、協(xié)商而使顯性知識與隱性知識相互作用和相互轉(zhuǎn)化的圖解過程，是群體思維和結(jié)構(gòu)認(rèn)知的聚合。但是，知識可視化在群體知識的解釋、構(gòu)建和發(fā)展中，并未有效解決如何通過可視化方式更好地表征先驗認(rèn)知以進(jìn)行群體知識建構(gòu)的問題，知識可視化對于教師以及學(xué)生來說僅被視為一種新型媒介或者知識呈現(xiàn)方式，需要以此為切入進(jìn)行新的研究。

1.2 教育認(rèn)知工具的概念界定與發(fā)展

認(rèn)知工具這一概念已在眾多學(xué)術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用并具有多種含義，其中針對學(xué)習(xí)和發(fā)展的認(rèn)知工具理論甚至可以追溯到維果斯基的蘇聯(lián)心理學(xué)。最早使用該術(shù)語的是Ed?ward［9］，其在1972 年成立的認(rèn)知研究基金會中便將其視為一種“思維策略工具”并展開研究，但并未給出明確的定義。隨后認(rèn)知工具的概念與認(rèn)知發(fā)展理論、分布式認(rèn)知以及社會建構(gòu)主義等相聯(lián)系并共同作用于認(rèn)知能力的發(fā)展。因而，眾多學(xué)者從不同的視角對認(rèn)知工具的概念范圍加以界定。綜合各有側(cè)重的定義，Derry［10］給出了有關(guān)認(rèn)知工具概念的兩種提法，即“心理裝置”與“計算裝置”。我國在后續(xù)研究中也基本沿用，即一種是有形的認(rèn)知工具，視為技術(shù)設(shè)備；另一種是無形的認(rèn)知工具，即智力方法［11］。認(rèn)知工具的概念起源于認(rèn)知心理學(xué)，由此作為一個抽象而非具體的概念而存在。任何工具如果使用得當(dāng)都可以成為認(rèn)知工具，判斷一個工具是否成為認(rèn)知工具的唯一標(biāo)準(zhǔn)是看這個工具是否能幫助學(xué)習(xí)者完成認(rèn)知操作、促進(jìn)學(xué)習(xí)者進(jìn)行思考［12］。

有效的信息化教學(xué)應(yīng)從封閉的主體二元對立關(guān)系走向互動對話的交互主體性教學(xué)［13］，這種交互主體性教學(xué)走向轉(zhuǎn)變意味著教師主導(dǎo)權(quán)利的過渡轉(zhuǎn)移。早在20 世紀(jì)初，Jonassen［14］便提出認(rèn)知工具作為深入大腦認(rèn)知圖式層面的人類大腦延伸，與人腦合作完成認(rèn)知任務(wù)可以促進(jìn)知識主動的同化與順應(yīng)。相關(guān)研究表明以信息技術(shù)為代表的認(rèn)知工具用于教學(xué)，可以實現(xiàn)學(xué)習(xí)主動權(quán)轉(zhuǎn)移至學(xué)習(xí)者［15］。其中，潘慶玉［16］及黃小蓮等［17］將認(rèn)知工具視為工具無形層面上以發(fā)生認(rèn)識論為基礎(chǔ)的助推兒童學(xué)習(xí)想象力發(fā)展的認(rèn)知策略，以促進(jìn)知識更好的生成和發(fā)揮學(xué)習(xí)者自我建構(gòu)知識表征的能力；臺灣學(xué)者張基成等［18］以虛擬工具作為認(rèn)知工具的微世界學(xué)習(xí)環(huán)境，融合問題引導(dǎo)與情境學(xué)習(xí)相結(jié)合益智游戲活動促使學(xué)習(xí)者建構(gòu)自己的知識體系；Norton等［19］圍繞“為外星人Zerkonian 制定旅游行程計劃”這一課題，通過小組學(xué)習(xí)方式，綜合運用超媒體工具、數(shù)據(jù)庫、電子幻燈片、流程圖以及電子視頻系統(tǒng)等多種認(rèn)知工具組建學(xué)習(xí)共同體，以幫助學(xué)習(xí)者建構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

由此可見，認(rèn)知工具的作用在于引用可構(gòu)建多人共享情境的技術(shù)工具以促進(jìn)學(xué)習(xí)者之間的交互行為，即學(xué)習(xí)者借助知識技術(shù)工具的共享互通技術(shù)，通過“知識共享”“觀點沖突”“協(xié)商知識”以及“達(dá)成共識”等交互行為，實現(xiàn)學(xué)習(xí)者之間自主構(gòu)建知識的聯(lián)動，構(gòu)建“學(xué)習(xí)者群體—技術(shù)工具應(yīng)用—課堂主體”三位一體的課堂技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境。

1.3 可視化認(rèn)知工具的相關(guān)應(yīng)用研究

隨著信息化教育的發(fā)展，現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)智能化發(fā)展使技術(shù)工具得以參與“認(rèn)知”［20］，基于知識可視化的認(rèn)知工具也不例外。與傳統(tǒng)的輔助與支持工具相比，基于知識可視化的教育認(rèn)知工具作為一種思維技術(shù)兼有知識可視化與認(rèn)知工具兩方面的特性：一是知識可視化融合了布魯納“支架式教學(xué)”理念，以圖解的手段構(gòu)建和傳遞知識，為可視化的視覺表征提供支持工具，借以達(dá)到傳統(tǒng)工具參與情況下難以形成的認(rèn)知同化及調(diào)節(jié)作用，有助于幫助學(xué)習(xí)者簡化學(xué)習(xí)任務(wù)并形成清晰的邏輯結(jié)構(gòu)［21］；二是教育認(rèn)知工具由學(xué)習(xí)者主體而不是教師或者技術(shù)控制，通過對可視化認(rèn)知工具進(jìn)行合理設(shè)計與外部有形的工具相適應(yīng)的教學(xué)方法論，可激活學(xué)習(xí)者認(rèn)知與調(diào)節(jié)的元認(rèn)知策略［22］。

當(dāng)前在可視化認(rèn)知工具的研究中，一方面，研究者們基于可視化理論對工具中的知識可視化模型進(jìn)行構(gòu)建研究，其中Burkhard［23］基于知識管理及信息傳播的角度，將知識可視化過程分為信息發(fā)送者、知識可視化工具和信息接收者3 部分，并構(gòu)建了相互交互式操作的知識可視化模型；Jarke［24］則在對知識生成的不同理解上加入技術(shù)/時間參數(shù)，突出用戶先驗知識以及認(rèn)知發(fā)展能力在模型中的重要作用；Chen 等［7］立足于信息數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上提出了知識可視化的4 個發(fā)展過程，并將多用戶間領(lǐng)域知識的共享加入模型中，構(gòu)建立了較為完整的基于仿真認(rèn)知加工的知識可視化模型。另一方面，研究者們嘗試在現(xiàn)代教學(xué)環(huán)境下進(jìn)行可視化認(rèn)知工具的具體應(yīng)用，其中李婷［25］將認(rèn)知工具作為高校數(shù)學(xué)教學(xué)整合路徑，提出利用信息技術(shù)構(gòu)建可視化的額數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)場景，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境以優(yōu)化知識呈現(xiàn)方式；李志河等［26］從具身認(rèn)知理論的角度出發(fā)，提出可以將認(rèn)知工具、技術(shù)資源等為主的資源支持環(huán)境要素，以構(gòu)建理想的具身認(rèn)知學(xué)習(xí)環(huán)境，從而作用于學(xué)習(xí)者的有意義學(xué)習(xí)；崔文勝［21］在具體的解剖學(xué)及組織胚胎學(xué)中提出運用可視化認(rèn)知工具促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建認(rèn)知結(jié)構(gòu)和減少認(rèn)知負(fù)荷的可能性，趙國慶［27］將概念圖與思維導(dǎo)圖作為語義組織工具引入課堂，通過兩者適用范圍、基本框架、呈現(xiàn)時機與策略問題以及效果問題等方面進(jìn)行了應(yīng)用區(qū)分，為概念圖和思維導(dǎo)圖作為可視化認(rèn)知工具走進(jìn)課堂打下基礎(chǔ)；張昭理等［6］則在對知識類型進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上結(jié)合電子雙板的教學(xué)優(yōu)勢以不同的視覺表征技術(shù)作為改善學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的工具等等。

綜上所述，大多數(shù)知識可視化研究作為一種新型媒介或者知識呈現(xiàn)方式，其沒有很好地解決如何在群體知識中通過可視化技術(shù)進(jìn)行知識建構(gòu)的問題?？梢暬J(rèn)知工具是知識可視化理論與教育認(rèn)知工具相結(jié)合的產(chǎn)物，在教育教學(xué)中，可視化認(rèn)知工具利用其內(nèi)在的語義網(wǎng)絡(luò)工具、動態(tài)建模工具以及信息闡釋工具等以實現(xiàn)具象認(rèn)知的方式將學(xué)習(xí)者內(nèi)在知識結(jié)構(gòu)加以可視化呈現(xiàn)，從而起到科學(xué)構(gòu)建認(rèn)知結(jié)構(gòu)、促進(jìn)隱形知識的顯性化以及降低學(xué)習(xí)者的認(rèn)知符合的效用［21］。但是無論是知識可視化模型構(gòu)建研究還是可視化認(rèn)知工具的具體應(yīng)用探討，研究者們均傾向于對知識可視化技術(shù)展開探究應(yīng)用，即人們熱衷于從簡單的線條手繪圖表到借助計算機模擬仿真動畫的技術(shù)應(yīng)用。然而學(xué)習(xí)者才是技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵與核心，結(jié)合可視化理論研究技術(shù)的可視化操作也必須作用于群體人物角色中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)才能真正發(fā)揮效力。本文提出從群體環(huán)境中知識與學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)層面入手，結(jié)合認(rèn)知工具的優(yōu)勢，構(gòu)建與學(xué)習(xí)者認(rèn)知關(guān)聯(lián)的可視化認(rèn)知工具模型，并提出基于該模型實施的可視化認(rèn)知工具實施機制。

2 可視化認(rèn)知工具的模型構(gòu)建

基于知識可視化的認(rèn)知工具是一種以學(xué)習(xí)者自主知識建構(gòu)為基礎(chǔ)的思維表征技術(shù)，本文以Jarke［24］提出的知識可視化基本模型為基礎(chǔ)，將其模型中的“用戶環(huán)境—數(shù)據(jù)環(huán)境—可視化環(huán)境”三要素基本框架進(jìn)一步具化為“人物角色建?！R特征處理—可視化展示”3 個數(shù)據(jù)關(guān)系模型（見圖1）。

Fig.1 Visual cognitive tool model圖1 可視化認(rèn)知工具模型

2.1 人物角色建模

知識可視化的實質(zhì)是群體成員間的交互、協(xié)商而產(chǎn)生的群體思維與結(jié)構(gòu)認(rèn)知的聚合，認(rèn)知存在于“個體+群體”的交流、共享各要素中，由此需要針對這種模型交互中基本的人物關(guān)系單元進(jìn)行界定，本文從知識生成與關(guān)聯(lián)認(rèn)知兩方面對人物角色進(jìn)行建模研究。

2.1.1 知識生成中的角色

知識建構(gòu)主義認(rèn)為設(shè)定的角色無法促使學(xué)習(xí)者進(jìn)行自我管理及自主認(rèn)知，并提出學(xué)習(xí)者在群體環(huán)境中的自我角色設(shè)定。由此應(yīng)用于知識建構(gòu)的SNA 通過分析網(wǎng)絡(luò)交互密度、中心度、平均距離等參數(shù)將群體中的角色分為核心參與者與邊緣參與者兩類人物角色，并將角色以圖式的方式進(jìn)行可視化建構(gòu)以分析人物并建構(gòu)認(rèn)知的相互影響［28］。本文基于上述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將角色具化為領(lǐng)導(dǎo)者及從屬者兩類，并依據(jù)中間中心度參數(shù)將群體中的人物角色進(jìn)行劃分，即在核心與邊緣參與者中引入在結(jié)構(gòu)洞中起到橋梁溝通作用的人，并將其定義為中間人［29］。但是在知識生成中的角色并不適合全部學(xué)習(xí)群體，對于任務(wù)水平復(fù)雜、自身水平較低且處于低密度交互的學(xué)習(xí)群體組織，教師也應(yīng)提供切實的腳手架支持，即以固定小組界限的方式在任務(wù)分工過程中對上述三者角色進(jìn)行人為劃分。

2.1.2 認(rèn)知關(guān)聯(lián)中的角色

認(rèn)知學(xué)習(xí)是一個動態(tài)過程，在這個過程中經(jīng)驗知識中孤立的元素通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點動態(tài)連續(xù)地聯(lián)結(jié)在一起，以此發(fā)展新的認(rèn)知。由此用戶的當(dāng)前認(rèn)知不僅與任務(wù)難易度或者交互度有關(guān)，同時也與學(xué)習(xí)者以往的先驗知識水平及學(xué)習(xí)認(rèn)知風(fēng)格有關(guān)。Yang 等［30］在利用知識圖譜展示MOOC課程關(guān)系時，便把先驗知識作為重要的考慮因素之一。本文通過對學(xué)習(xí)者信息深入采集的基礎(chǔ)上進(jìn)行人物角色劃分，即從學(xué)習(xí)風(fēng)格及認(rèn)知水平兩個方面對學(xué)習(xí)者人物角色特征進(jìn)行進(jìn)一步的提取，提取過程為將人物過去的認(rèn)知信息作為已知信息，結(jié)合當(dāng)前學(xué)習(xí)者認(rèn)知狀態(tài)通過測量系統(tǒng)量表對學(xué)習(xí)風(fēng)格中的學(xué)習(xí)者活動序列以及媒體類型。將認(rèn)知關(guān)聯(lián)中的角色劃分為高中低三關(guān)聯(lián)角色，并經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)，從知識等級、難度及相關(guān)聯(lián)結(jié)程度挖掘?qū)W習(xí)者對相關(guān)知識的掌握，以進(jìn)行實時更新和預(yù)測人物角色模型。

2.2 特征提取與處理

在對人物角色建模后，模型需要對知識進(jìn)行分類型處理以作為后續(xù)不同可視化展示的依據(jù)。本文從知識特征的關(guān)聯(lián)與類型特征兩個方面進(jìn)行展開論述，其中關(guān)聯(lián)特征涉及同質(zhì)及異質(zhì)類知識，其分別對應(yīng)皮亞杰發(fā)生認(rèn)識論中的“同化”及“順應(yīng)”過程，同質(zhì)知識代表認(rèn)知結(jié)構(gòu)量上的橫向擴大，異質(zhì)知識代表認(rèn)知結(jié)構(gòu)質(zhì)上的縱向延展。知識類型特征則依據(jù)領(lǐng)域特定知識的角度將知識分為陳述、程序以及策略性知識，其中陳述性知識為對事實、定義以及原理的描述；程序性知識是對如何完成活動任務(wù)的認(rèn)知；策略性知識則是對上述知識進(jìn)行組織、加工以及再認(rèn)知的過程。由此針對上述知識關(guān)聯(lián)與類型特征進(jìn)行兩方面的編碼，并依據(jù)自適應(yīng)處理模塊從知識類型及知識關(guān)聯(lián)度方面對知識進(jìn)行再處理，處理過程為通過后臺人員及根據(jù)學(xué)習(xí)者特征提取的信息對知識等級、難度及相關(guān)聯(lián)結(jié)程度進(jìn)行符合學(xué)習(xí)者需要的個性化推薦。

2.3 知識可視化展示

聯(lián)通主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)即連接的建立和網(wǎng)絡(luò)形成的過程，學(xué)習(xí)不僅是獲得知識，更重要的是主動選擇聯(lián)通并創(chuàng)建個人學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)的形成與建立必然依賴認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建構(gòu)，由此針對學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)建構(gòu)進(jìn)行可視化展示便必不可少?；谥R可視化的展示吸引了眾多研究者注意，其中張昭理等［6］提出根據(jù)知識不同類型，即知識分類方式，運用不同的可視化技術(shù)，如運用概念圖、知識建模以及交互可視化技術(shù)分別對概念性知識、過程性知識以及應(yīng)用性知識進(jìn)行可視化展示；趙國慶等［31］也對思維可視化工具應(yīng)用教學(xué)的指導(dǎo)原則作出了詳細(xì)分析，并列舉了八大思維圖示法、思維導(dǎo)圖以及概念地圖等三大可視化工具核心差異和應(yīng)用著力點等，為教學(xué)應(yīng)用的具體實施提供了理論指導(dǎo)。但是上述研究僅基于知識自身類型，其并沒有在此基礎(chǔ)上審視學(xué)習(xí)者，即人的因素對可視化方式的影響。分布式認(rèn)知理論觀點認(rèn)知同樣存在于“個體+群體”的交流、共享以及人工制品的要素中，因此本文在上述知識特征以及分類的基礎(chǔ)上，加入學(xué)習(xí)者在線行為數(shù)據(jù)分析過程，即以機器操作中的底層交互、日志數(shù)據(jù)以及后續(xù)傳感數(shù)據(jù)儀器等進(jìn)一步挖掘?qū)W習(xí)者行為序列過程，以進(jìn)一步補充知識可視化方式。

3 實現(xiàn)機制

可視化認(rèn)知工具作為信息技術(shù)與課程整合的一種新型方式，其作用在于從信息加工方面對思維過程加以模仿以減少認(rèn)知負(fù)荷，并幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)行信息處理從而構(gòu)建自己的認(rèn)知格局。目前，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對認(rèn)知工具的研究已從初始概念探索階段發(fā)展到基于認(rèn)知工具的實證個案應(yīng)用研究階段。由于認(rèn)知工具是起源于認(rèn)知心理學(xué)的抽象概念，本文基于Jonassen 對認(rèn)知工具的功能分類，搭建認(rèn)知工具平臺并對課程學(xué)習(xí)進(jìn)行整合設(shè)計，并對在此工具學(xué)習(xí)中群體控制交互行為進(jìn)行分析研究，以探求該過程中學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展?fàn)顩r。

3.1 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境

認(rèn)知工具強調(diào)借助外部設(shè)備與工具進(jìn)行知識構(gòu)建以形成認(rèn)知，但是工具與設(shè)備的發(fā)揮與實施卻并非唾手可得，認(rèn)知工具依托建構(gòu)主義與分布式認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，其中建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論尤其強調(diào)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境（CLEs）的重要性。由此，本文結(jié)合Perkins 的信息庫、符號簿、建構(gòu)工具箱、任務(wù)情境和管理者五要素學(xué)習(xí)環(huán)境對認(rèn)知工具實施的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行教學(xué)設(shè)計［32］。基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境模型，認(rèn)知工具整合了普通多媒體教學(xué)的優(yōu)點，具備強大的交互功能，另外它還可以基于信息化網(wǎng)絡(luò)、可視化信息工具及語義圖示工具等幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建語義信息網(wǎng)，以有助于學(xué)習(xí)者對問題的深層表征，并且這對于降低技術(shù)應(yīng)用帶來的認(rèn)知負(fù)荷意義重大［33］。但是上述建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境更多傾向于環(huán)境要素的構(gòu)建，對統(tǒng)一的工具平臺為課堂中學(xué)習(xí)者的認(rèn)知發(fā)展提供何種“認(rèn)知技術(shù)”支持尚且沒有具體論述。本文以交互式共享白板為基礎(chǔ)，綜合Jonassen 的認(rèn)知工具分類與課程應(yīng)用需要，從功能分類的角度對外部資源庫、資源獲取工具、信息闡釋工具、語義組織工具、協(xié)作交流工具、知識建構(gòu)工具以及自我測評與反饋工具的認(rèn)知工具進(jìn)行設(shè)計（見圖2）。

Fig.2 Tool platform design based on cognitive tool application圖2 基于認(rèn)知工具應(yīng)用的工具平臺設(shè)計

3.2 教學(xué)模式設(shè)計

為了更好促進(jìn)學(xué)習(xí)者自主掌握相關(guān)知識的能力并提高其交互行為的發(fā)生，課程學(xué)習(xí)任務(wù)采用課前聚合離散知識、課中知識結(jié)構(gòu)化重組及課后知識分享深化的方式開展小組合作學(xué)習(xí)。交互式共享白板的核心價值在于構(gòu)建促進(jìn)學(xué)習(xí)者交互行為的知識共享平臺，結(jié)合本文研究目的，從技術(shù)應(yīng)用層面而言，該平臺主要包括資源獲取、信息闡釋、語義組織、協(xié)作交流、知識建構(gòu)以及自我測評與反饋的認(rèn)知工具平臺應(yīng)用。本文從微觀層面綜合Harasim 六階段合作學(xué)習(xí)模型以及陳文莉教授的“三益模型”為指導(dǎo)原則，對學(xué)習(xí)者在課程討論環(huán)節(jié)中的合作過程模型進(jìn)行設(shè)計（見圖3），以探究學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展過程。

Fig.3 Cooperative process model圖3 合作過程模型

4 結(jié)語

針對當(dāng)前信息技術(shù)在與教育融合中存在表層化現(xiàn)象，以及在信息技術(shù)應(yīng)用中普遍奉行以教師為中心的傳統(tǒng)師生對話結(jié)構(gòu)問題，本文結(jié)合可視化認(rèn)知工具在對學(xué)習(xí)者思維加工過程與自主認(rèn)知發(fā)展方面的優(yōu)勢，構(gòu)建了群體控制學(xué)習(xí)中促進(jìn)學(xué)習(xí)者信息處理和知識建構(gòu)的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境及教學(xué)模式，從而為后續(xù)群體認(rèn)知行為與基于該模式的教學(xué)實踐分析研究奠定基礎(chǔ)。

同時，本文也存在如下局限：首先本文中的教學(xué)活動適用于線上完成，因此線下數(shù)據(jù)的收集存在一定程度缺失，同時要求給予較強程度的支架式教學(xué)和學(xué)習(xí)者擁有較強的自控學(xué)習(xí)能力；其次本文沒有對大樣本進(jìn)行大范圍研究，由此選取樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和分析具有很強的個案特征，影響普適規(guī)律的得出。后續(xù)研究將針對認(rèn)知工具組與非認(rèn)知工具組、高效組與低效組等進(jìn)行對比實驗研究，以更加清晰地得出認(rèn)知工具應(yīng)用于課堂教學(xué)對學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展的影響，并進(jìn)一步擴大樣本容量以提高效度從而開展綜合研究。