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学习科学的概念和内涵

学习科学的概念和内涵
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引言
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学习科学是什么?
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学习科学是什么?
学习科学化的三个历史发展阶段
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学习科学的概念
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学习科学的研究目标
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起源和发展
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学习科学理论朔源
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学习科学理论朔源
脱胎于认知科学
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相关概念间关系
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学习科学为什么重要?
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学习科学为什么重要?
教育的根本问题是什么?
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解决教育根本问题
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说明主题
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为什么要科学?
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是什么与为什么
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英文命名
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定义
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起源
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外国发展历程
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我国发展历程
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两代认知科学
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三期学习科学
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各概念间关系是?
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教育神经科学
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研究领域
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功在当代利在千秋
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学习科学的概念和内涵

02-24
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学习科学的概念和内涵

引言

问好 说明主题

各位老师大家好接下来我将用两节课的时间给大家聊一聊学习科学的概念内涵研究内容以及未来发展首先让我们来看学习科学的概念和内涵。

设问 为什么要科学?

为什么要科学?

我经常给大家举这个例子:可怜的aoe。大家看看aoe可怜不可怜,你就想一想改革开放40年了,我们每家的居住面积都得到了巨大的提升和改善,但是aoe这三个人还待在一页上,你们说到底印在一页上好还是三页上好?有人跟我讲,说尚老师你净想这些无聊的问题。我说还真不是无聊!你就看看幼儿园小朋友在幼儿园看的绘本,是不是都是特别简单的文字特别简单的话?我们一夜之间要让他们看印的如此复杂的教材,你们说简单点好还是复杂点好?有编辑跟我讲,说尚老师印厚了太贵!我说你就别哄我了,我们现在已经是世界第二大经济体了,我们能给孩子印不起几本教材?当然在过去比如说10年20年前可能这个理由确实有道理,但是今天我觉得我们应该是赢得起的,编辑又说商老师印厚了太重小孩子背不动。我说这个有道理!

但是我们天天在讲数字教材电子书包,你们说如果我们未来真的要让孩子把平板电脑当教材的话,我们印在一页上和印在三页上有区别吗?出版社编辑不说话了,因为他真的没有想过未来的教材到底应该怎么办,在疫情期间我们看到过很多电子教材,基本上就是扫描图片或者扫描的PDF文档,你们说未来的教材是否至少是可以点读一下?当然不仅仅是英语教材,语文数学物理化学哪里听不懂哪里可不可以点读一下。当然了aoe究竟印在几页上其实也不是很重要的事情,我只是用这个例子来提醒我们大家去思考,在教育中我们是不是还有很多东西是靠经验的?那么在今天,我们可不可以把他们整的更科学一些?

导语 是什么与为什么

好接下来我们来看看今天这一节,我给大家讲学习科学究竟是什么,学习科学为什么很重要?

学习科学是什么?

我们先来看学习科学究竟是什么?

学习科学化的三个历史发展阶段

关于学习的科学化其实经历过百年历程。1879年冯特建立的第一个心理实验室,心理学有猜测就走向了科学,那么心理学跟教育学实际上相关性是很强的,心理学走向了科学那么教育学可不可以也走向科学?所以从上世纪初很多学者就开始孜孜不倦的研究人究竟是怎么学习的,只不过对于学习的研究我们经历了大概三个阶段。

上世纪初开始,巴甫洛夫斯金纳华生这些学者们,他们主要是研究动物是如何学习的,刺激和反应的连接等等。

到上世纪50年代,大家觉得我们研究人是怎么学习的,而我们天天做动物这么简单的东西,(对于研究人)学习是不可以的。所以我们这时候开始研究什么了?研究机器是如何学习的。我们不知道人脑中是怎么学习的,但是我们知道电脑是怎么学习的,我们可不可以借鉴这个研究机器是如何学习的?米勒加涅他们都作出了重要的贡献,也提出了认知主义学习理论。

到上世纪80年代大家觉得我们研究人是怎么学习的,我们好像不能只研究动物的简单学习,但是也不能把人当成机器。我们要研究活生生的人是如何学习的,当然在这个阶段你像皮亚杰维沃斯基等等他们提出的建构主义等等,也为建构主义学习理论奠定了基础。这大体上是关于学习的科学化的百年历程。

学习科学的概念

英文命名

那么学习科学究竟是什么?学习科学它的英文一般用"learning science",也有人用"science of learning"的,用"science of learning"的人比较偏脑科学一些,但是我们觉得我们可能也许不用太去区分。不管用什么技术,都是为了让我们对学习理解的更科学。

定义

学习科学是国际上近30多年来发展起来的,关于教和学的跨学科研究领域涉及教育学、信息科学、认知科学、生物医学、脑科学等众多学科。巴尔比教授等人认为学习科学是一门综合性的多学科研究领域,他利用人类科学中的多种理论观点和研究范式,以实现对学习认知和发展的属性与条件的理解。

简单的说学习科学是研究人是如何学习的,如何促进有效的学习。

学习科学的研究目标

所以在剑桥学习科学手册里面讲到,学习科学的研究目标:

首先要理解认知过程和社会化过程。人究竟是怎么认知的?是怎么社会化的?

其次利用这些知识去重新设计学习环境。你比如说学习软件学习平台、教材教法等等,目的就是使学习者能够更有效和深入的进行学习。

起源和发展

起源

当然大家可能会说,张老师这学习不是已经研究了上千年了吗,怎么现在又搞个学习科学?确实学习的研究确实有上千年历史了,但是在上世纪八九十年代,一部分认知科学家他们通常会在心理系,他们觉得他们在实验室做了几十年研究也产生了许多重要的成果,但是这些成果对真实课堂中的教学没有产生太多实质上影响。你比如说脑与数学认知的学者在实验室做了很多脑与数学认知的成果:大脑的心理枢轴等等,但是这个编教材的学者和教数学的老师该怎么教还怎么教,没有利用到他们的成果,他们觉得这样不太合适,于是这些认知科学家就从实验室走出来往教室走了一步。

与此同时我们知道,上世纪八九十年代人工智能也进入第二次高潮,在发展信息技术、教育技术等等这些技术派的学者,就和认知科学家一合作提出了学习科学崭新的跨学科研究领域。简单的说是把它正式当成个学科来进行研究,那么他们就希望在脑心智和课堂教学之间架起桥梁,用基础科学的研究成果去理解真实课堂的教学。你比如说一个孩子阅读老是出错,会不会是存在阅读障碍?就是连起来了。当然也有学者讲这个桥是不是太长了?基础的太基础应用好像架不太起来。但是也有学者讲,脑科学人工智能大数据等等就像一个桥墩子,慢慢的可能就把这个桥给架起来了。

外国发展历程

学习科学提出来以后发展特别快。

1987年 美国西北大学就成立了学习科学研究所。

1991年第一届学习科学会议在西北大学就召开了,同一年就创办了学习科学杂志现在也是一个影响因子非常高的教育类期刊。

1991年西北大学创建了第一个学习科学专业。

到95年的时候美国国家研究理事会成立了学习科学发展委员会,他们找了一些人说要来研究一下学习科学应该怎么办。

到99年的时候理事会就发布了个报告《人是如何学习的——大脑、心理、经验与学校》。大家可以看这个书的副标题,就是把从脑科学一直到了课堂大脑心理经验和学校。这个报告后来也成为学习科学领域一本重要的著作。

到02年的时候国际学习科学协会就诞生了。然后 Oecd也出版了一本书叫《理解脑:一门新的学习科学》,这时候他们用的词叫science of learning。

04年的时候美国国家科学基金会就大力支持学习科学研究,在全国成立了6个跨学校的研究中心。

06年出版了另外一本重要著作剑桥学习科学手册

07年OECD又出版了《理解脑:新的学习科学的诞生》。

16年的时候Nature还出了一个电子子期刊。

18年的时候出版了国际学习科学手册。从这些历史中我们可以看到,世界上各地的学者们越来越重视学习科学。

我国发展历程

那么在我们国家是个什么样子呢?其实我们国家对学习科学也高度重视,我们国家对学习科学的发展也作出了卓越贡献。

20世纪80年代我们国家很多学者就在研究学习科学他们当时提了个词叫学习学。其实我个人觉得也挺好的,物理学、化学、天文学、学习学其实挺好的。后来这些研究者就逐渐成立了多个学习科学的研究组织。到2000年左右就整合成立了中国高等教育学会学习科学研究分会。

02年的时候东南大学创立学习科学中心。

05年的时候北京师范大学建立了认知神经科学,与学习国家重点实验室后来华东师范大学华南师大等等都陆续成立了相关中心。

而15年北大也成立了学习科学实验室清华大学等高校也陆续成立了相关研究机构。学习科学在中国也越来越受各个领域各个学科的学者们的重视。

学习科学理论朔源

脱胎于认知科学

两代认知科学

那么学习科学的理论溯源,我们曾经在一篇文章中去梳理了一下应该说学习科学肯定是脱胎于认知科学的。认知科学迄今大约经历两代。20世纪50年代到90年代属于第一代,符合认知科学要属于符号加工范式,这时候主要依据信息加工模型,靠一些观察量表等等去研究。

从20世纪90年代以后就进入第二代认知科学范式,成为具身认知范式、情境认知建构主义、动力系统理论等等就应用了进来,然后脑成像技术也被逐步应用。

三期学习科学

那么学习科学脱胎于认知科学,从上世纪初的早期学习理论流派一直到现在,大致可以分为:过渡转型期、蓬勃发展期和探索升级期。那么我们一步一步把心理真实的情境,把脑科学加了进来。

相关概念间关系

设问 各概念间关系是?

讲到这儿可能有老师说尚老师,我在日常学习中,还碰到很多其他的概念:教育神经科学、神经教育学、脑与学习、教育技术、学习分析、学习技术、人工智能,那么这些概念彼此是什么关系?

教育神经科学

刚才我讲过,提出学习科学的人主要是两批人,一批人是认知科学家,这些人里面原来有人就在做认知神经科学,他们现在就更加注重真实情境中的神经机制研究。

你比如说有学者带着脑电仪到真实的课堂中,让学生带上脑电仪去捕捉真实课堂中教学的时候学生的大脑神经激活情况。那么现在这样的研究就成为教育神经科学,更加注重真实情境中的学习研究,这是提出学习科学的重要原因因为我们要重视真实性的学习研究,所以称为教育神经科学。所以说从这个意义上来说,跟脑有关的,教育神经科学等等可以看成学习科学的一个重要支柱,因为就是这样一批人参与提出学习科学的。

技术派

那么另外几个跟技术有关的学习技术、教育技术、人工智能等等,咱们说了提出学习科学的另外一批人就是技术派。他们是学习科学的另外一个重要支柱,也就是说我们可以把周围的看成是学习科学的重要支柱。

研究领域

从另外一个维度来说,学习科学是一个研究领域。那么教育神经科学、教育技术等等,它是一个学科。在学习科学研究领域中,不同的学科都可以来做教育中的学习研究。好这是这样一个关系好了讲完这个关系以后,如果请老师们提一个概念,能够让各个领域中的学者都来做教育中的学习研究,或者教育中的问题,那么你们觉得用哪个词最合适呢?我个人觉得学习科学的包容性和世界性是最好的。在学习科学的框架之下,各类人员各个学科的学者其实都可以来做研究。但是你用别的似乎不太合适,你比如说我们用教育神经科学,做人工智能的人说我好像不属于教育神经科学。哪怕我们用人工智能那么教育神经科学人说我这可能也不属于人工智能,当然我们可以说人工智能时代。但是如果我们说我们做的研究就是人工智能,好像有的也不是。所以从这个角度来说,我觉得学习科学的包容性和适切性性是最好的。

学习科学为什么重要?

教育的根本问题是什么?

科技对教育的影响

刚才我们了解了学习科学究竟是什么,接下来我们就来谈谈学习科学为什么很重要。可能大家都听说过,据说乔布斯讲过这句话:“为什么计算机改变了几乎所有领域却唯独对学校教育的影响小得令人吃惊?”有人说乔布斯好像没说过,但是不管他说过没说过,好像很多人都认为存在这样的现象。你比如说我们看看外面的快递等等电子商务等等很多领域,发展得真的非常快,那么教育似乎相对慢一些。

解决根本问题

其实自从上世纪50年代,计算机应用到教育中就一直有人在问你一个问题,技术到底能否改变教育?你看我们在课堂中用了大量的电脑平板,好像孩子们学习成绩就没怎么提升,到底能不能改变?一直在问这个问题。斯坦福大学拉里库班教授讲过,学校是一个相对稳定的系统教育的发展是一个缓慢的过程,所以技术很难在短期内变革教育,你比如说网上购物电子商务,他们为什么能快速成功?很简单你就想一想,你对电子商务的需求究竟是什么?是不是以最方便的方式购买到最便宜或者说最好用的产品,你会发现电子商务帮你解决了这个问题,你只要敢把你们家门打开,快递就敢把东西给你扔进来解决你的问题了。可是如果我们去问问孩子们的期望,他们会告诉你什么呢?他们会不会告诉你,我们希望以最有效的方式学会最有用的知识?面对孩子们的期望,我们就比较难,为什么比较难?我们能把知识送到眼睛前送到耳朵边,再往里的过程我们就不知道了。我们都不知道里面是个什么过程,我们还想把东西送进去,你说是不是很困难。

教育的根本问题

所以我说**“人究竟是怎么学习的?怎样才能促进有效的学习?”**这是教育的一个根本性问题。这个问题一天不解决我们教育中的问题一天都会存在的。

解决教育根本问题

加强基础研究

这个问题咱刚才讲了,就是学习科学试图去解决的问题,所以说教育发展急需加强基础研究。当然基础研究包括很多了,那么基础研究可从学习科学开始。基础研究很多但是我觉得学习科学真的是非常重要。

国家举措

我们国家自然科学基金会和教育部17年就在杭州召开了双清论坛。这一次论坛上就谈到号召各个领域的学者们都来研究教育中的基础问题。后来国家自然科学基金会还专门设立了f0701代码用来支持相关研究。我们北大学习科学实验室也启动中国学习计划也带领海内外的学者们一起来做学习科学研究。

期望 功在当代利在千秋

我们相信在全国全世界的学者们的共同努力之下,教育或许可以从一门主要依靠经验的学科转变为依靠数据的学科。有人说经济学当年就实现了这样华丽的转身,经济学早期主要也是经验,但是现在的经济学基本上就是数学,如果你数学不好的话你肯定学不好经济学。我们教育可不可以,可不可以不再只凭经验,这就是一个很难的事情。你就想想两个小孩子一起上学一起回家,一个学得好一个学得差,你真的能说明白是什么原因吗?为什么说不明白?又回到刚才这个问题了。

我们不理解,还不是十分理解人究竟是怎么学习的,里边的过程是怎么发生的,所以我个人认为未来,眼睛一闭脑科学学习,我们必须得搞明白,人究竟是怎么学习的,研究以外基于大数据的学习分析,你不要只是跟凭经验跟我讲这个孩子不错那个孩子有点差。来你必须用数据说话,他究竟有什么问题,他的创造能力还是他的写作能力等等究竟是什么问题。这一切靠人工智能等技术增强的学习推动教育的深层变革。

当然了大家可能会说尚老师你又在忽悠我们,把脑子搞清楚好像是挺难的,确实据说人脑是宇宙间最复杂的一个组织。我们人类现在能上天能入地,但是我们对我们大脑其实理解的还不是特别多。不过中国、美国等世界上的主要国家都已经纷纷宣布要启动脑计划,要投入巨资对我们大脑理解的更清楚一些。如果将来真的有所突破,你们说未来会不会实现当年巴黎人民的梦想?100多年前巴黎人民就画了这张图:教授把书扔到机器里面,助教摇着机器,知识通过电流到了每个人耳朵里边了。很多人看到这张图以后说:灌输,典型的灌输式教学思想。我就问他,如果知识真的可以这样灌输,你想不想被灌输?他就不说话了。你就想一想我们人类有很多美好的梦想,我们就在朝着这个梦想前进。我们对医学的梦想是睡一觉,病就全好了。我们去看看医院里边现在就在朝着这个方向努力:无痛胃镜微创手术等等,都是朝这个方向努力的。

如果我们要问问这些孩子们,你们对学习的期望是什么呢?他们会不会告诉你睡一觉就都学会了?当然了再过100年可能我们也实现不了这个目标,但是现在确实有很多学者在研究大脑如何和电脑直接相连。马斯克不一直吵着要在我们脑门上装三根天线吗,想干啥就干啥。如果有一天这个脑机接口真的成功了,大家想一想,盲人就有可能看到了,聋子也可能就听到了,植物病人也许就可以和你交流了。当然了大家说咱们这一辈子,这一代人可能看不到。但是在我们过去这几十年,从台式机到笔记本到手机到手表到眼镜,大家有没有觉得芯片一步一步逼近我们的人脑。在未来几十年之内,在我们的大脑外面或者里面整个芯片让你记住所有的东西,你真觉得就一定没有可能吗?

好了当然了我刚才谈了很多脑科学的东西,在这个时代我们确实要注重脑科学研究,但是也要谨防脑科学神话,脑科学毕竟是很难的。我相信在短期之内脑科学能够直接给我们贡献的成果也不会特别多。在当前我们仍然要结合多学科的知识去理解去分析孩子们的学习问题,努力让他们学习的科学快乐有效。好了这一小节内容就到此结束了谢谢大家。

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