以設計為中心的學習環境中的問題解決

摘 要: 以設計為中心的學習環境為高效、基礎的學習經驗提供了極大的保障。雖然我們提供給學習者一系列的設計標準和人工制品，但以設計為中心的學習環境仍束縛學習過程的復雜性。為了解決這個問題，我們已經開發了一種前提問題解決核心機制，來幫助學習者處理復雜問題。核心機制通過探索豐富的設計情境模型來選擇設計問題并用多媒體設備進行干預。

關鍵詞: 以設計為中心 學習環境 問題解決

1.前言

近幾年來，建構主義遵循學習環境應該便于知識建構這一原則，對微世界的教學提供了質上不同于以往教導方式的經驗。

建構主義最有潛力的技術之一就是設計。無論是一個小孩子用建筑毛料搭建一座房子或者是數學系的畢業生驗證一個公理，學習者都是積極地參與到各自領域的基本事件中。在任何情況下，他們通過概念之間的聯系，加深對其經驗的強化理解，獲得真正意義上的知識建構。

然而，以設計為中心的學習環境的構建，為學習環境的改善提供了機遇，帶來了巨大的挑戰。在技術開發方面，將問題解決的重心放在概念研究方面。為任務設計提供建議是一個研究熱點。

2.以設計為中心的問題解決

我們為達到目的必然會對問題采取一定的行動，即問題解決。珀利亞(Polya 1981)將問題解決定義為“發現擺脫困難的途徑，繞過障礙物的途徑，以實現無法在瞬間達到的目標”。以設計為中心的方法可適用于廣泛的領域，在每一個領域，以設計為中心的問題解決圍繞一系列精心安排的設計情景，在設計情景中的問題是被兩兩定義的(E，L):

——E:環境因素。E1，...，En是設計規則的所組成環境的高階集，特定的環境可能僅僅指定了E的一個子集。

——L:包含有“建筑毛料”的人工制品組成的庫，L被分成了簇L1，...，Lm，在這里每一個Li都包含一個特殊類型的組成，每一個組成又是態度價值對的特征。

學生的任務就是要常設一個人工制品A，它是一個由L的對象組合而成的復合物。特別的，A必須能夠在E中成功運行。

首先我們給學生一個環境:平均陽光覆蓋率，土壤養料量，地下水位高度(如表1)。其次提供學生植物結構組成:根，莖和葉子。

每一種組成都是由它的結構特征定義的，如長度、分枝因素等。使用這些作為它們建筑毛料的構成，學生在“設計工作室”中進行，以便于用圖表構建一個能在這種環境中生長的定制的植物。每一種設計過程的反復都是由檢驗知識庫，收集一種完整的植物，測試它能否在給定的環境中生存。如果這種植物不能存活，學生就會修改他們的植物組成來提高它的適應性，整個過程也會持續到他們研究出一種適合這種環境的強壯的植物。

人工制品結構的相關環境因素的約束條件，控制了人工制品的組成。比如，一個植物解剖學和生理學的以設計為中心的學習環境可能包括低光照需要大葉子的約束條件。因此，在為各種環境設計人工制品的課程中，學生獲得了對(相當復雜)人工制品機能的環境因素的理解。通過持續的設計與重設計人工制品直至他們滿意給定的規范，學生漸漸填補了由特殊的環境因素和特殊人工制品組成產生的概念鴻溝。

3.聚焦設計情景

3.1設計情境的一個三方模型

核心機制監控學生發出的信號，即設計活動的子目標和在問題解決的困難。為了確定如何和何時解決問題，核心機制采用設計情景的三方上下文表征:環境情境、人工情境和咨詢情境。

3.1.1環境情境。呈現給學生的環境的主要特征。一般指當前環境。

3.1.2人工制品情境。呈現人工制品的主要特征。包括部分解決、中心成分和設計評價。

3.1.3咨詢情境，咨詢對話的過程，每一項記錄由以下內容組成:主題、頻度注釋、問題解決的無效時間、媒體注釋。

3.2前活動核心機制

核心機制不僅能檢測環境情境、人工制品情境，以明確設計標準，而且能咨詢情境，以確定學生的需求。

3.2.1環境選擇。在一系列的設計情景中，核心機制試圖獲得人工制品組成。核心機制按照環境矩陣進行發展，它的每一個單元都是一個特殊的環境[1]，特定專題的環境有相同目的，特定行列的環境有相同的復雜性，而且活動約束的復雜性是相同的。

3.2.2干預。如果學生作出了錯誤的設計決定，或者問題解決的無效時間超過了閾限，核心機制將會干預。

建議呈現。一旦干預和主題都已明確，最關鍵的就是如何提供適當的建議。這些意見是由選擇呈現的“直觀性”和智能媒體的選擇決定的。

核心機制選擇直接余像點來確定呈現媒體。為了選擇直接余像，核心機制要衡量以下四個因素:(1)如果建議的主題是環境，那么使用非直接建議;(2)當把學生推向更為復雜的水平時，使用非直接建議;(3)如果學生遇到困難時，使用直接建議;(4)如果關于特定主題的建議已經給出的話，使用直接建議。

4.關注設計一種植物中的問題解決

設計一種植物是為中學的植物解剖學和生理學開發的一種以設計為中心的學習環境。設計一種植物包括:(1)十六種環境的環境母體;(2)八類根，八類莖和八類葉的人工制品組成庫;(3)三十一種約束的領域模型;(4)有關植物解剖學和生理學的三十種動畫和一百六十種音頻剪輯的多媒體庫。

為了解釋它的行為，設想一下一個學生僅僅完成了為復雜水平為一的第一種環境設計一種植物。選擇水平2，是因為第一種環境的完成只出現了一個錯誤。在這種環境中，根和葉子都需要關注。關鍵的環境因素是低溫度和高水位。

生動代理:相當漂亮。低溫和高水位確保莖很厚，而且被很好保護，根和葉子能夠控制這種整潔但惡劣的條件。

關注根和葉子，說明僅僅對莖給出了建議。在這一點上，學生點住植物上部的可控部分，開始對葉子進行控制。

學生:花三十秒鐘在翻轉文本描述和葉子描述之間，不停移動鼠標，卻不能作出決定。有三種約束勘測出了低溫和葉子特征。因為這是學生在葉子選擇上第一次需要建議，三種生動解釋依次進行。它們解釋低溫和葉子大小，葉子厚度和葉子表皮厚度的關系。解釋之后，播放葉子解剖學的動畫課。

學生:雖然在選擇正確的葉子上做出兩次以上不成功的嘗試，但是已經獲得生動解釋。因此，學生可以給出簡短的直接的口頭建議。

生動代理:為什么你嘗試一個又小又厚的葉子有非常厚的表皮呢。

5.結語

以設計為中心的學習環境使得學生反復地作出決定，評價和重新考慮設計決定，這為個別化學習提供保障。一個以設計為中心的學習環境能提供選擇環境和干預多媒體建議，以幫助學生形成更有效的測驗，并改善他們對復雜關系的假設。

以設計為中心的學習環境固然促進學生的探究精神，但是受許多教學內容與課時等因素的限制，適用面仍存在極大的局限性，對于這一問題還需要長期的研究并作出極大的努力。

參考文獻:

[1]張建偉，孫燕青.建構性學習——學習科學的整合性探討[M].上海:上海教育出版社，2005.

[2]高文.一般的問題解決模式[J].外國教育資料，1999，6.