創造性探究：課堂組織與技術支持

陶 丹張建偉

（1. 北京師范大學 未來教育高精尖中心，北京 100875；2. 紐約州立大學 奧爾巴尼分校，美國 奧爾巴尼 12222）

若干年前，眾多學者還在用筆墨描繪21 世紀可能帶來的新變化和新挑戰。如今21 世紀的新景象已清晰地呈現在人們面前，變化之劇烈、挑戰之復雜遠超世紀之初的想象。人類社會在諸多領域不斷實現知識增長和技術創新，面臨的新問題和新挑戰卻層出不窮。從環境污染、氣候變化到全球瘟疫及種族沖突等，這些問題高度復雜且不斷演化，每個問題的解決往往引出更多新的問題。在這些重大的問題和挑戰面前，人類擁有的集體知識顯得尤為不足，即便是各領域的專家也沒有明確的答案。正如著名學者托馬斯·霍默-迪克森（Thomas Homer-Dixon）指出的，21 世紀人類面臨的最大的挑戰是如何應對知識需求與知識供給之間不斷拓寬的鴻溝（Homer-Dixon, 2000）。

在此背景下，世界各國都在致力于深層的教育改革，調整教育目標、內容和方式，將知識創新與問題解決能力作為學生的核心素養來培養（Morin,1999；OECD, 2008；Trilling ＆ Fadel, 2009; Wagner,2012）。這些改革試圖將高水平思維、問題探究和協作創造活動整合到課程內容與教學中，并不斷創新技術和學習環境，支持學習和教學方式變革。自21 世紀初，我國啟動了新一輪課程與教學改革，將創新人才培養作為重要目標，推進協作式、探究式教學和研究性學習。到目前為止，協作、探究式學習已經逐步在中小學課堂中開展。然而，探究活動的實施多以教師規劃的探究任務為主，往往“有形少實”（裴新寧等, 2018）。如何在教學中實現更真實、動態的探究，支持學生主體性和創造性的發揮，是教育研究者需要解決的重要問題 （Duncan ＆Chinn, 2021; González-Howard ＆ McNeill, 2020;Gutierrez ＆ Barton, 2015; Ko ＆ Krist, 2019; Miller et al., 2018; NGSS, 2013; Tao ＆ Zhang, 2021）。

本研究將圍繞創造性探究重點解決以下兩個問題：1）什么是創造性探究？我們將以知識創新和知識建構共同體的相關研究為基礎，分析創造性探究的特征及實施挑戰；2）如何在課堂中設計和支持創造性的探究過程？基于近期開展的一系列課堂研究，文章提出了創造性探究的動態組織和引導方式，同時闡述這一方法的核心要素、技術支持和課堂實踐。

一、從流程化探究到創造性探究

近20 年來，研究者對不同形式的探究式學習開展了深入研究，如基于問題的學習（Lu et al., 2014）和基于項目的學習（Krajcik ＆ Shin, 2014）等。探究式學習和教學為培養學生問題解決和知識創造能力提供了可能途徑。與此同時，國內外探究式教學實踐也存在很多缺陷，具體包括：課堂中探究式學習常被簡化為固定的任務流程，缺少創造性活動所需要的動態思維和開放互動過程；探究任務和過程常由教師設定，包括探究問題的選擇、問題解決流程的規劃、小組的任務分工以及各階段需要的資源和工具等；學生參與往往局限于完成教師安排的探究任務，而非發現問題、形成探究方向和引領協作過程（裴新寧等，2018；Rogat ＆ Linnenbrink-Garcia, 2011）。同樣，在計算機支持的協作探究環境中，研究者也針對探究過程和角色分工為學生設計各種協作腳本，支持和引導探究過程（Fischer et al., 2013; Kirschner ＆ Erkens, 2013）。在這種引導模式下，學生發揮自主性和創造性的空間非常有限。正如一些研究者所警告的，將探究式學習轉化為預先設定的問題和流程的做法有悖于真實科學探究過程所具有的創造性、動態性和不確定性的本質特征（Crawford, 2000; McComas, 2020; Osborne ＆Collins, 2001）。

為突破當前課堂探究和教學結構的局限，教育研究者呼吁設計更加開放、動態的學習環境，支持學生探究過程中的主體性和創造性的發揮（胡衛平等，2021; Ko ＆ Krist, 2019; Miller et al., 2018）。本研究團隊近期針對創造性探究過程開展了系列研究（Tao ＆ Zhang, 2017, 2021; Zhang et al., 2018,2022），提煉出創造性探究的核心特征。

首先，創造性探究關注開放、拓展的探究目標和持續深入的探究過程。創造性探究一般發生在相對開放的探究空間中，鼓勵學生按自己好奇的問題和想法確定探究方向和推進探究過程。學生在探究過程中并非是要完成某個具體、孤立的探究任務，而是要把每步探究看作是對已有知識的拓展和對下一步深入探究的準備。隨著探究進程的展開和知識的增長，學生會發現更多問題和未知，持續拓展探究過程（Engle et al., 2012; Engestr?m, 2014;Scardamalia ＆ Bereiter, 2014）。例如，在小學四年級的光學課程中，學生們先探究彩虹是怎樣形成的。他們通過實驗和閱讀發現，彩虹是雨后懸浮在空氣中的水滴分解太陽光而出現的顏色。然而，他們并不滿足于這一“標準答案”，又提出了一系列更深入的問題，如為什么彩虹的顏色總是按照同樣的順序排列？為什么天空中的彩虹總是半圓形的？在這些問題的引導下，學生們開展了進一步的探究活動，形成了關于光譜等復雜概念的深入理解（Zhang et al.，2007）。在這樣的課堂中，學生的探究進程會隨問題的演化和知識的增長而動態延伸。這種不斷發現問題、持續探究、超越已知的思維發展歷程和習慣是科學創造的核心。

其次，創造性探究需要學生開展持續的課堂對話和靈活的互動協作。研究表明，創新共同體（如創新公司的研發團隊）需要為成員提供開放的社會環境，采用靈活的互動調節機制，鼓勵參與持續的對話和協作共同解決不斷涌現的新問題，進而激發創新（Gloor，2006；Sawyer，2015）。參與者的互動協作具有自組織性。他們常常開展即興、開放的對話和討論，而非按照上級的集中安排，分別完成任務然后分享匯報。用索耶（Sawyer，2007：19）的話來說，知識創新的社會過程就像是無腳本的、協作演出的即興戲劇，沒有事先設定的話題、議程和發言順序，“共同體成員進行復雜的、不可完全預測的互動，創造性在這樣的互動中形成和展現”。在這一過程中，參與者產生了多元化思考，并進行深入考察，有選擇地保留和整合有關想法，構造新的、更復雜的知識產品和問題解決方案。與這種動態的協作方式迥異，當前探究性教學往往采用教師主導的任務設計和固定小組分工完成特定任務。為支持創造性的思維過程，探究型課堂需要更靈活的互動對話和協作方式。基于此，本研究構建了一種“機遇性動態協作機制（opportunistic dynamic collaboration）”。在這種動態協作中，探究小組因探究興趣的交叉而形成，集合每個成員獨特的知識背景和探究風格，以靈活多樣的協作和對話開展持續探究（包括小組內協作、全班交流以及個人探究）。隨著探究目標和需求的變化，探究小組也動態重組。相關研究表明，相對于固定小組協作，機遇性動態協作更能促成更高水平的互動和對話，每個學生參與多個主題的規劃和探究，為整個班級的知識增長做出更多貢獻（Siqin et al.，2015；Zhang et al.，2009，2022）。

第三，動態、創造性探究需要學生發揮更高的認知能動性（epistemic agency），作為創造的主體參與探究進程的規劃、追蹤和協調。在教育研究中，斯卡德瑪利亞等（Scardamalia ＆ Bereiter, 1991）最早引入認知能動性概念，強調學生在確定學習目標和規劃學習過程中承擔高階認知責任。在此基礎上，學習科學和科學教育領域的研究者拓展了這一概念的社會和文化內涵，強調學生在利用各種學習資源實現學習目標、改變所處情境以及基于認知需求改造活動結構和資源等過程中發揮的作用（Damsa et al.，2010；Varelas et al.，2015）。基于這些文獻，本研究將認知能動性界定為學生為了實現共同的探究目標而對個體和集體探究過程進行決策和管理、承擔主體責任的行為過程。具體來說，學生承擔認知責任的范圍包括：1）應探究什么（目標）？2）該如何開展探究（過程）？3）應怎么合作？每個成員應承擔什么角色？如何做有效的貢獻（社會互動和參與）？（Schwarz et al., 2017; Zhang et al., 2018）在當前的探究式教學實踐中，教師往往扮演探究要素的決策者角色。創造性探究需要發揮學生的主體作用，直接參與高階決策，同時不斷反思和調整自己的參與方式，對整個班級的探究實踐發揮影響力。學生的主體意識和認知能動性的發揮是創造性探究的動力來源。

在眾多探究式教學模式中，知識建構教學法（knowledge building pedagogy）是強調創造性探究的例子（ Scardamalia et al., 2005；張義兵等，2012）。這種教學法由加拿大學者馬琳·斯卡德瑪利亞和卡爾·博瑞特提出，目的是幫助學生在課堂中實現真實的知識創造。在知識建構型課堂中，學生需要共同承擔傳統課堂中由教師全權代理的認知責任，如界定探究問題、規劃探究活動、追蹤和評估探究進展進而形成深層次的探究方向等（Scardamalia,2002）。在具體課堂設計中，知識建構教學強調以知識建構的基本原則引領教師和學生彈性參與，依據探究問題和需求的動態變化決定具體的探究方式。知識建構原則包括真實性問題和想法的持續改進、集體知識與共同責任、知識建構對話、學生的認知能動性等（張建偉等，2005；張義兵，2018）。基于這些原則，課堂的探究應關注學生興趣驅動的、開放性的探究問題。探究的目標不是僅僅找到問題的“正確”答案，而是不斷持續改進自己和同伴提出的想法以便形成更好的解釋和更深入的理解。隨著深層次理解的形成，學生會產生更多值得探究的問題。過去三十多年的研究和實踐表明，知識建構教學對學生的學科知識掌握和21 世紀技能（如合作、問題解決等）的培養均有顯著影響（Chan,2012; Chuy et al., 2011; Gan et al., 2010; Lee, Chan, ＆van Aalst, 2006; Moss ＆ Beatty, 2010; Tao ＆ Zhang,2021; van Aalst, 2009; van Aalst ＆ Chan, 2007; Zhang et al., 2007）。當前，知識建構教學研究面臨的一個挑戰是如何使開放的課堂組織和動態的交互過程更透明和易于實施，從而在能更多的學校和地區推廣，促進廣泛的課堂變革。

二、創造性探究面臨的實踐挑戰與研究需求

在課堂教學中組織創造性探究并非易事，在我國教育文化環境和學校組織方式下實施和推廣創造性探究尤其困難。在相關課堂實踐的基礎上，本研究認為開展動態的創造性探究需要克服兩大矛盾和挑戰。

（一）創造性探究過程的動態性與結構化課堂管理之間的矛盾

創造性探究是學生驅動的自組織過程，需要開放、動態的學習環境為學生認知能動性和創造性的發揮提供空間。然而，我國教育體制和文化傳統強調課堂的有序性，以明確的目標和任務引導和管理學生的學習。因此，在我國教學環境中實施創造性探究必須解決好探究的動態特征與結構化課堂管理之間的矛盾。

針對這一矛盾，研究者需要探索以學生為中心的探究式課堂所需要的引導結構。在當前的探究教學實踐中，教師常常使用提前設計的探究任務和流程引導學生參與，學生只是探究流程的實施者（裴新寧等，2018）。在計算機支持的協作學習和教育技術領域，研究者多年來重視協作腳本的設計，利用腳本為學生的協作探究提供支架和引導（Vogel et al. 2016）。這些腳本設計通常規定明確的探究問題、對話流程、角色分工等，為不善于協作的學生提供引導，提升協作效率和降低認知負載。然而，這種高度結構化的引導方式往往會抑制學生的主體性和創造性。新型的探究引導方式應關注學生的主體參與和認知決策，支持探究過程的動態延展。

（二）創造性探究過程的開放性與系統性知識掌握之間的矛盾

創造性探究是由學生的好奇心驅動的、不斷延展的開放過程。親身參與這一過程對于提升學生的主體性和創造力具有重要價值（Scardamalia ＆Bereiter, 2014; Sawyer, 2015）。在這種開放探究中，探究的主題、過程和學習結果都不可預測：學生在什么時候使用什么概念、發展什么樣的知識以及形成怎樣的理解會因學生的興趣、問題情境和參與方式而有所不同。鑒于此，教師和相關教育管理部門往往擔心這樣的探究式教學難以促成學生掌握系統性知識，后者也一直是我國基礎教育的重點和優勢。在新課程改革推動協作探究等教學方法的過程中，一些研究者提出這樣的教學會弱化知識掌握，犧牲課程內容的嚴密性，失去教育的傳統優勢（和學新等，2012；王策三，2004）。

未來的教育改革無疑需要同時重視學生扎實的基礎知識掌握和創造能力的培養。例如，2017年教育部出臺了《義務教育小學科學課程標準》，強調以科學核心概念統領課程內容，在科學教育中突出學生的主體地位和推進學生興趣驅動的科學實踐的重要性（中華人民共和國教育部，2017）。但教師在課堂教學中實施這樣的課程標準和教學轉變任務艱巨。教育研究者需要深入研究學生驅動科學實踐的發生機制，探索如何面向核心課程內容規劃和組織創造性探究，促進高水平的協作互動和思維發展，幫助學生形成系統、深入的知識。這些研究主題對于我國課程和教學改革至關重要（胡衛平等，2021）。

學生驅動的創造性探究需要何種與之相應的課堂組織和引導方式？如何通過學生驅動的創造性探究促進主體參與和系統性的知識建構？這兩個問題是課題組近十年來與北美三所小學合作開展課堂研究工作的核心內容。課題組以基于設計的研究作為基本方法，探索和改進課堂探究的組織和引導方式，并結合課堂需求設計和開發新的網絡協作支持系統。這一研究的兩項重要成果如下：1）面向創造性探究的課堂組織方式：集體探究結構的反思生成。2）面向動態探究過程的可視化技術支持系統：集體思維脈絡圖譜（Idea Thread Mapper，ITM），并就相關課堂研究進行總結和反思。

三、創造性探究的課堂組織方式

為了解決上述挑戰，本研究在近期一系列課堂實踐的基礎上提出了一種創造性探究的動態組織方式：集體探究結構的反思生成。依照社會學和組織科學等領域的相關理論，人類社會實踐活動之所以能有序又不斷變革演進，一個核心機制是通過各種“社會結構”（如市場機制、法律）進行調節。社會結構是實踐活動的圖式（或類比為語法），它在社會實踐中形成，進而指導和調節社會成員的參與方式，同時又在社會實踐中被調整和重構，最終帶來社會實踐的革新演進（Archer, 1982; Giddens,1984; Sewell, 1992）。基于社會結構的生成和重組視角，本研究考察了多個知識建構教學共同體，分析有經驗的教師如何有效地組織和引導學生驅動的動態協作和開放探究。結果發現，這些教師有意識地讓學生參與探究目標和探究過程的建構，形成集體引導結構（如由學生共同生成探究問題和方向）。在這些共生探究結構的引導下，學生的參與和互動不再完全依賴于教師的指令。基于這些實證分析，本研究提出了“集體探究結構的反思生成”（reflective structuration）的概念和設計框架，支持知識建構共同體的自我組織和集體調節（Tao ＆ Zhang,2017, 2021; Zhang et al., 2022）。簡單地說，集體探究結構反思生成指學生作為認知主體在知識建構的過程中同時參與探究活動系統的設計，共同生成探究的方向、過程和協作結構，為個體、小組和集體的探究行動提供指引和調節。

（一）利用共生的課堂結構組織動態協作探究

系統化教學設計側重于使用教師或其他設計者預定的結構規劃學習的方向、內容和過程。這種方法也同樣被用來設計流程化的課堂探究。集體探究結構反思生成重在利用“共生的結構”組織動態的協作探究進程。在探究初期，教師可能需要引入事先設計好的任務和活動啟動探究；在這些初步探索的基礎上，讓學生參與探究活動系統的反思和規劃，共同生成探究結構引導后續的協作探究過程。這種共同生成的探究結構成為課堂成員共享的解釋框架，幫助學生解讀不同成員的探究興趣、參與方式和知識進展，形成對協作探究的反思意識和動態調節。這些集體探究結構的具體維度包括：1）探究目標：作為一個知識建構共同體，應探究什么？在哪些方向開展協作探究？2）社會互動和參與結構：每個成員與哪些人協作？分別探究什么內容？3）過程結構：共同體成員該如何開展深入的探究和高質量的互動？4）信念結構：作為一個共同體，該基于哪些基本原則和規范（如尊重多元觀點）開展協作探究？在課堂中，這些共同生成的探究結構常被物化為具體的引導資源，以各種可視化的形式表征和呈現以上結構（Tao ＆ Zhang, 2017, 2021; Tao et al., 2017）。例如，教師鼓勵學生提出和分享探究問題，共同構建集體探究問題列表，體現整個班級的探究興趣和方向。這種圖示可以掛在教室前方或上傳到網絡學習空間，引起學生注意。隨著探究的深入，學生會形成新的問題和興趣，發現不同探究方向之間的交叉點。教師可以組織學生討論和反思集體探究的知識進展和新的探究需求，更新集體探究問題列表，引導學生下一步的探究工作。

（二）探究結構生成與學科知識建構交互推進

（三）通過探究結構反思生成促進學生主體性和能動性的發揮

創造性探究需要學生參與探究過程的決策和規劃，集體探究結構的共同生成為學生主體性和能動性的發揮提供了重要途徑。通過共同構建和調整探究結構，學生有機會參與協作探究過程的組織和決策，最大限度地承擔以往由教師代理的眾多認知責任（Scardamalia, 2002; Zhang et al., 2009），參與集體探究活動系統的調整和改進。最近開展的一系列研究表明，即便是小學生也有能力共同規劃探究的方向和協作方式，開展持續數月乃至學年的動態協作探究。例如，在五年級科學課堂中，學生圍繞“人體系統是如何工作的”主題，提出自己感興趣的問題（如“為什么我們要吃東西”），生成七個探究的“大問題”，如“大腦是如何工作的？”“免疫系統是如何工作的？”“血液是如何在人體流通的？”教師將這些探究“大問題”記錄在一張大海報紙上，張貼在教室墻上。這些共同構建的探究“大問題”被用來規劃班級的在線研討空間，組建動態的協作小組。每個學生根據自己的興趣聚焦一個探究問題，關注同一個大問題的學生形成小組。同時，小組成員隨著探究進程和興趣變化而不斷調整。教師和學生利用共同構建的探究問題引導后續探究的開展，反思個體和小組的探究進展，跨組分享新知識和新問題。隨著協作探究的深入，班級涌現越來越多的新問題。于是教師組織集體反思活動，幫助共同體成員了解彼此新的關注點，在更新集體探究“大問題“ （如“不同類型的細胞是如何工作的？”）的同時調整協作小組的構成，開展下一步的知識建構（Tao ＆ Zhang, 2021）。

綜上，集體探究結構反思生成的動態組織方式為創造性知識建構提供了組織機制。這種機制重在鼓勵學生的主體性參與，實現知識建構共同體的自我組織和集體調節。這種組織機制有助于解決前文中提到的創造性探究實施面臨的兩大矛盾。首先，探究結構的反思生成可以化解探究過程的動態性與課堂所需的指導結構之間的矛盾。共同生成的集體探究結構可以為學生個體、小組及整個班級的參與提供必要的引導結構。學生使用這些探究結構規劃自己的探究行為，引導自己參與，追蹤和反思個體和集體知識進展。同時，這種引導結構是動態和開放的，可以隨探究活動的展開而不斷發展和重組。其次，探究結構的反思生成也可以在一定程度上化解開放探究與系統性知識掌握之間的矛盾，以相對開放的探究過程支持系統化知識的學習。學生帶著不同的問題和想法參與開放的探究活動，開展靈活的互動和對話。這樣的課堂可能看起來有些亂，但探究結構的反思生成過程可以幫助整個共同體實現“亂中有序”。全班學生在教師指導下共同形成探究的核心問題和方向，組建探究小組，討論關于探究過程和高質量協作對話的規則和標準，使用有形的資源將這些探究結構物化為探究的指南和框架，在后期持續使用和動態調整。學生個體和整個班級按照這些結構框架追蹤知識建構的進展，反思探究內容與核心課程目標之間的關系，有目的地針對核心學科內容開展進一步的探究。一系列課堂研究表明，通過持續探究，學生可以形成對學科知識的深度理解，并在一部分內容主題上超越自己所處年級的課程目標（Chen ＆ Hong,2016; Tao et al., 2017; Tao ＆ Zhang, 2021; Zhang et al., 2007, 2009, 2018）。

四、創造性探究過程的技術支持：集體思維脈絡圖譜

（一）技術設計的目的

支持學生認知能動性驅動的創造性探究對教育技術設計提出了新的挑戰。第一個挑戰是協作探究環境的設計和規劃方式。如上文所述，當前支持協作探究的技術系統多采用預先設定的結構引導和管理學生的參與，可謂“我（設計者）搭臺子、寫腳本，你們（學生）來唱戲”。計算機支持的協作學習環境常采用協作腳本明確學習任務、角色分工和交互方式（Fischer et al., 2013; Kirschner ＆Erkens, 2013），基于網絡的探究式學習也常為學生提供預先設定好的探究項目、流程和資源。支持創造性探究過程的技術環境需要鼓勵學生參與探究方向和過程的決策，共同構建探究結構，并有機會對探究結構進行動態調整和拓展（即學生作為協作探究系統的用戶有機會基于自身需求“搭臺子”，對演出內容做即興發揮）。

第二個挑戰是網絡對話的組織與表征方式。在大多數協作網絡平臺中，學生發言常以一系列線性的帖子列表呈現。隨著學習活動的開展，學生發布的帖子可能累積到數百個。這些帖子所反映的討論方向、核心問題以及內容深度的變化卻不透明導致集體的知識進展和新方向難以追蹤。學生無法清晰地感知學習共同體的探究目標、探究方向和知識進展，也就難以規劃個人及小組的參與行為。此外，討論中產生的眾多發帖往往信息分散且繁雜，通常局限在特定班級的學生之間，非常不利于跨共同體和跨情境的知識分享。盡管有研究者做了關于跨班級、跨校協作學習的探索（徐曉冬，2003），技術支持和設計仍需要更好地解決協作產生的信息超載問題，在更大范圍內發揮協作的潛力，促進高質量的知識建構。

為了解決以上問題，本研究設計和開發了協作知識建構的可視化系統——集體思維脈絡圖譜①（Zhang ＆ Chen, 2019）。其核心理念是支持學生通過反思共同參與集體探究結構的構建，促進持續的探究進程和知識建構對話。為支持更廣泛的協作和探究，集體思維脈絡圖譜整合了跨班級分享的空間和支持工具。學生能夠瀏覽其他班級學生的探究方向和知識進展，在此基礎上對共同感興趣的挑戰性問題，不同班級的學生可以開展協作。目前，集體思維脈絡圖譜與計算機支持的協作信息平臺“知識論壇”（Knowledge Forum）（Scardamalia ＆Bereiter, 2014）整合使用，幫助學生規劃知識建構活動，對協作對話的過程和進展進行可視化反思。

（二）集體思維脈絡圖譜系統的功能設計

集體思維脈絡圖譜系統的一個核心功能是幫助學生反思他們關注的探究問題和方向，形成班級需要聚焦的集體探究問題和具體主題（見表一）。圖1 展示了五年級科學課堂關于人體系統的探究項目。在四年級科學課中，學生學習了生態系統，包括食物鏈等概念。因此，學生在探究初期提出了很多與食物和能量有關的問題。在反思這些問題的基礎上，全班集體討論共同生成了四個問題領域：“人如何獲取和使用食物中的能量？”“消化系統如何工作？”“心臟和肺如何一起工作？”以及“血液怎樣在人體中流動？”。教師將這些問題領域分別添加到集體思維脈絡圖譜系統中（見圖1）。每個問題領域代表一個探究的分支方向。例如，學生可以根據興趣選擇一個或多個問題領域作為自己的探究方向，與有共同興趣的學生組成探究小組開展協作探究。隨著探究的深入，學生提出新的問題，不斷拓展已有的問題領域。全班對這些問題進行討論，決定添加兩個新的問題領域 “大腦”和“骨骼和肌肉”作為新的分支方向（見圖1）。一些學生對自己的探究方向做了調整，轉向這些新的問題領域，開展小組探究和協作討論。

集體思維脈絡圖譜以可視化的方式組織和呈現學生的在線討論，支持學生跟蹤和反思探究進展。本研究將學生在一段時間內圍繞一個探究主題持續進行的在線對話定義為一支共享的集體思維脈絡。集體思維脈絡圖譜按照帖子發表的時間和核心成員對在線討論進展進行可視化。圖2 展示了部分學生圍繞“消化系統是如何工作的”展開的討論。在這一集體思維脈絡中，學生從一月到四月（見圖2 的橫軸）共發布了22 個帖子。隨著探究的展開，參與討論的學生成員可以使用集體思維脈絡圖譜的“思維進程”工具，反思在線討論中獲取的知識進展，提出進一步討論的問題。思維進程反思包括三部分：“研究主題和問題”“我們產生的重要想法”和“需要進一步研究的問題”。

為了幫助學生和教師反思探究項目的集體知識進展，集體思維脈絡圖譜系統提供了多支思維脈絡的可視化分析工具。學生或教師可以選擇若干思維脈絡，生成關于這些思維脈絡的全局性圖譜。圖3 展示了上述班級在人體系統探究生成的五支共享思維脈絡，橫軸為在線討論的時間范圍，縱軸為圍繞不同主題形成的共享思維脈絡。脈絡2 的討論啟動最早，另外四個主題討論陸續開展，脈絡5（關于骨骼和肌肉）出現最晚。每支思維脈絡包括主題、發帖數量和參與人數等基本信息，每個小圓點代表學生的一個發帖，每兩個發帖之間的連線表示回應關系。縱向的跨越不同思維脈絡的連線代表這些不同主題討論所共有的帖子，即同一發帖涉及多個探究主題的內容，可以在不同思維脈絡之間建立關聯。學生在關于心臟與肺、血液和腦的討論中形成了豐富的知識關聯（見圖3）。利用全局思維脈絡圖譜，學生可以反思共同體知識建構的全貌以及不同探究方向之間的聯系，思考如何進一步改善他們之間的協作互動。

表一 集體思維脈絡圖譜系統的主要功能

圖1 集體思維脈絡圖譜的探究方向規劃面板

圖2 學生利用集體思維脈絡圖譜生成一支共享思維脈絡和思維進程反思

除了支持每個班級內部的協作探究，集體思維脈絡圖譜系統還可以支持跨越不同班級、不同探究項目的協作互動，促進更廣泛的知識建構。共同體內部的協作和跨共同體的互動是知識建構系統的兩個層面：共同體內部的協作是基礎，跨越不同班級、不同探究項目的互動是在此基礎上的拓展和提升（Zhang ＆ Chen, 2019）。集體思維脈絡圖譜系統為跨越共同體協作提供了一個“元空間”，具體包括如下兩種互動方式：

路過文華齋店前，峋四爺聞到了一縷香，腳步慢下來，隨后干脆停下。峋四爺微微皺眉，凝神辨別之后，轉身踏進文華齋。

1）通過“思維進程”反思短文總結和分享探究進展：隨著學生在各自班級開展協作探究和對話，小組核心成員反思相應問題領域中的探究，并借助“思維進程”工具共同撰寫思維進程的反思短文。每個反思短文總結了學生們圍繞特定主題的一系列網絡發帖中的知識增長。本研究把這種反思短文稱為“超級帖子”（super notes）。這些反思短文的內容能自動與各個協作班級的成員分享，以便了解彼此的探究方向、知識進展和進一步研究的問題。圖4 展示了幾個五年級的班級圍繞人體系統建立的跨班協作空間。每個班的學生都可以看到其他班的探究問題和方向，訪問協作班級的思維進程反思短文。通過集體思維脈絡圖譜提供的關鍵詞搜索工具，學生可以查找與特定主題相關的思維進程，了解彼此的知識進展和確定共同感興趣的探究問題。

圖3 多支思維脈絡的全局圖譜

2）通過跨班“超級對話”開展協作探究：針對共同感興趣的、具有挑戰性的探究問題，協作班級發起跨班對話——“超級對話”（super talk）。這種“超級對話”主題通常由學生構思，而后由教師審核和設置，一旦獲批將成為協作班級共同參與的探究領域（圖1 呈現了一個對話主題）。在各個班級關于人體系統的探究中，有學生提出了一個涉及不同人體系統的綜合問題：“人是如何成長的？”這個問題被設置為“超級對話”主題，其它三個班級中關注這個主題的學生也參與進來。這些學生組成新的探究小組，在所在班級探究的基礎上圍繞多種視角（如肌肉骨骼、消化吸收、腦機制、睡眠、細胞分裂、青春期等）開展進一步的討論和探究，以解釋人的成長過程（Yuan et al., 2022 in press）。

五、創造性探究的課堂研究與反思

以集體思維脈絡圖譜系統和知識論壇為技術支持，課題組在北美三所小學的科學課堂中開展了多年的基于設計的研究項目，探索如何幫助教師和學生共同組織創造性探究。在這些研究中，課題組以豐富的課堂數據分析學生在教師支持下共同生成集體探究結構的過程和機制，考察這種動態探究組織方式對學生知識建構過程和效果的影響（Tao ＆Zhang, 2017, 2021; Tao et al., 2017; Zhang et al.,2022）。

（一）為創造性探究提供動態的引導和支持

圖4 集體思維脈絡圖譜支持不同知識建構共同體的協作和對話

如前文所述，創造性探究面臨的挑戰是探究過程的動態開放性與預設結構的課堂組織和引導之間的矛盾。集體探究結構反思生成以及相關的集體思維脈絡圖譜為解決這一矛盾提供了途徑。一方面，這種方式鼓勵學生生成探究興趣、問題和想法，以此作為深化探究的基本動力源。學生有機會在感興趣的問題和方向上開展多元探究，各種奇思妙想都得到尊重。與此同時，作為一個知識建構共同體，學生在教師的引導下反思探究問題和方向的重要性和可能性，共同生成全班同學都關注的探究問題領域、探究分支和小組協作方式。這些共同構建的探究結構以可視化的技術表征和課堂實物呈現，學生個體和小組可隨時查看，教師也能使用這些共同構建的結構了解學生的參與情況，跟蹤個體、小組和整個班級的探究行為和知識進展。借助這些內發生成而后加以外化表征的集體探究結構，傳統教師的課堂指揮和控制角色可在很大程度上轉化為學習共同體的自我組織和協調。這樣的課堂表面看起來雜亂無章，但深入觀察會發現學生在有目和有秩序地推進協作探究的進程。

采用集體探究結構的反思生成方式組織課堂探究需要改變傳統的系統化教學設計思路，即從教師為主的預先設計（prescriptive design）轉變為自下而上的、涌現生發的協作參與設計（emergent codesign）。這種設計過程類似建筑學的“興趣路徑”（desire lines）策略：為了更好地了解人們對公共空間的使用偏好，景觀建筑師會花一段時間邀請人們在需要設計的空間內隨意行動，用戶會在其中形成自然踩踏的路徑，后續設計師將其作為設計藍圖的基礎鋪設路面（Lidwell et al., 2010）。學生認知能動性驅動的創造性探究也可以參照這種設計思路。本研究總結了教師和學生在創造性探究不同階段承擔的主要角色（見表二）。需要強調的是，這四個階段和角色不是固定或線性的，教師需要結合知識建構的核心原則以及特定的教學情境設計出滿足實際需求的教學實施過程。

（二）參與集體探究結構的構建激發學生的主體性

在組織創造性探究和規劃知識建構教學時，教師擔心這樣的探究模式操作起來難度大，學生沒有能力達成這樣高的期望和要求。然而，在大量課堂研究中，本研究發現學生所釋放出的認知潛能和集體責任感遠超教師的預期。借助創新的課堂設計以及集體思維脈絡圖譜和知識論壇等提供的支持，即便是小學生也能在教師的幫助下發揮認知能動性，參與集體探究結構的反思生成和動態重組：1）以共同生成的集體探究問題領域等組織整個班級的探究目標和方向；2）通過多輪、多層級（個體、小組和集體）的反思生成探究過程的模型（包括問題-初步想法-研究-對話-改進想法-生成新問題），引導學生高質量參與; 3） 在集體探究問題領域的基礎上，學生確定自己的探究焦點，按照共同興趣形成動態探究小組，支持思維碰撞和互動。隨著探究的進行，學生的興趣和知識聯系發展變化，他們必須重新審視集體的探究方向、過程和分組形式（Tao ＆ Zhang, 2021; Zhang et al., 2022）。集體思維脈絡圖譜系統的支持能夠幫助學生和教師較好地可視化各個探究方向的知識進展，反思探究歷程和進一步明確探究方向，調整和拓展集體探究的目標（Zhang et al., 2018）。通過構建動態的集體探究結構，學生有機會參與協作探究的核心決策過程，發揮自己的認知能動性和創造性。這些研究結果有助于理解學生驅動的探究式課堂教學的開展并取得良好的效果，也促使教育實踐者和政策制定者重新思考相關教育改革的可能性。

（三）師生共同規劃的創造性探究可以促進學生系統深入的知識建構

在教學改革的討論中，研究者擔心開放的探究活動難以掌握系統的知識，集體思維脈絡圖譜支持的集體探究結構反思生成有助于解決這一難題。一方面，在共同生成探究方向的過程中，學生能夠以開放的心態考慮多種多樣的問題和想法，推動探究過程的開放拓展。而反思集體探究方向時，教師和學生可以參考課程目標的要求，共同探討這些探究問題的價值和重要性，在學科核心問題和概念上構建共同探究的問題領域，引導學生協作和參與。另外，ITM 中的探究脈絡圖譜和分析工具可以幫助學生對知識進展情況進行反思監控，思維進程反思工具可以促使學生總結對核心概念理解的進展以及需要進一步探究的問題。同時，不同探究小組和班級之間可以互相分享思維進程，互相補充形成更全面的理解。研究表明，基于集體探究結構反思生成方法和集體思維脈絡圖譜系統支持的協作探究可以促成更高質量的知識建構，具體包括：1）帶來更深入的探究過程、更全面的探究內容、更活躍的知識建構對話和交互；2）支持更有成效的在線對話類型（如提出更多深層次問題、構建更多理論以及形成更多整合的理解等），促進不同探究主題之間的關聯；3）幫助學生形成更科學和更復雜的理解（Tao ＆ Zhang, 2017, 2021; Zhang et al., 2018, 2022）。在以往知識建構教學效果的研究（Chen ＆ Hong,2016）基礎上，這些研究為創造性探究的有效組織提供了更透明的方法，也檢驗了用這種方法促進系統掌握知識的可能性和有效性。

表二 師生在動態創造性探究中的協作參與設計

六、結語

為了培養具有知識創新和問題解決能力的下一代公民，課程和教學改革需要探索如何在課堂實踐中整合創造性探究過程。本研究分析了當前我國學校教育情境中實施創造性探究面臨的兩大突出矛盾，提出了一種創造性探究的課堂組織方法：集體探究結構反思生成，并基于這種理念和方法設計開發了面向創造性探究的技術系統：集體思維脈絡圖譜。課堂研究表明，共同生成的集體探究結構能夠為創造性探究提供動態的課堂引導和支持，激發學生在探究過程中的主體性和創造性，推動探究過程的開放延展和持續深化進而實現高質量的知識建構。

本文最后討論了集體思維脈絡圖譜項目對于我國課程、教學改革以及技術工具開發的啟示。從課程角度來說，基礎教育科學課程標準以及相關課程的改革應該針對核心學科內容讓學生參與真實的探究和問題解決過程。從教學角度來說，為了促進學生認知主體性和創造性的發揮，教師需要改變流程化探究式教學的組織方式，更多地從學生興趣出發，以自下而上的方式形成探究問題和方向，通過靈活且持續的協作探究提升課堂實踐的思維活力和創造力。此外，開放、動態的創造性探究的課堂實施離不開技術的支持。集體思維脈絡圖譜系統為探索開放、動態的協作知識建構環境提供了例子，讓學生成為網絡探究空間的共同設計者和主體參與者，并整合可視化工具和學習分析技術支持個人和集體反思。期待這些教學理念、方法和技術能為面向創新能力培養和知識創造的課程和教學改革提供參考，同時也為協作探究式學習和知識建構研究領域的推進提供啟示。

[注釋]

① 參見https://idea-thread.net/