知識(shí)整合框架在地理教學(xué)中的運(yùn)用與啟示

蕭思航 蘇小兵

（華東師范大學(xué) 教師教育學(xué)院, 上海 200062）

一、知識(shí)整合的由來

知識(shí)整合（Knowledge Integration，KI）是指通過精心設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生找到自己的已有觀念、科學(xué)概念和科學(xué)事實(shí)之間的聯(lián)系，在它們之間建立聯(lián)結(jié)，進(jìn)而拓展并重構(gòu)自己的觀念庫，使其更具一致性的動(dòng)態(tài)過程。[1]

知識(shí)整合框架是Linn等人在比較其開發(fā)設(shè)計(jì)的兩種教學(xué)方案的基礎(chǔ)上提出的。第一種教學(xué)方案始于19世紀(jì)80年代的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)伙伴項(xiàng)目（Computer as Learning Partner Project，CLP），第二種教學(xué)方案是為了提高加州大學(xué)伯克利分校本科計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的教學(xué)效果而設(shè)計(jì)的。[2]兩者的主題不同，但都有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的一致性理解（“一致性理解”又稱為“整合性理解”，即學(xué)生能夠?qū)⒆约侯^腦中關(guān)于某一科學(xué)主題的觀念和想法整合起來，建立一致性聯(lián)系；利用這種聯(lián)系，學(xué)生不僅能夠?qū)茖W(xué)現(xiàn)象進(jìn)行解釋，還能夠運(yùn)用這些概念解決問題、做出決策，建構(gòu)自己對(duì)這個(gè)世界的理解）。[3][4]通過對(duì)這兩種方案進(jìn)行對(duì)比、提煉，Linn等人確定了有效教學(xué)材料的共同元素，這些共同元素成為知識(shí)整合的基本原則。[5]

二、知識(shí)整合的原則

Linn等人通過對(duì)成功教學(xué)中的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行歸納和整理，形成了知識(shí)整合的一系列模式和原則。Linn與His將這些原則詳細(xì)闡述為四個(gè)主要設(shè)計(jì)目標(biāo)：使所有學(xué)生可觸及科學(xué)（Making Science Accessible to All Students）、讓思維看得見（Making Thinking Visible）、幫助學(xué)生向他人學(xué)習(xí)（Helping Students Learn from Each Other）、促進(jìn)自治以利于終身的科學(xué)學(xué)習(xí)（Promoting Autonomy for Lifelong Science Learning）。[6][7]

1.使所有學(xué)生可觸及科學(xué)

“使所有學(xué)生可觸及科學(xué)”原則，就是使科學(xué)通俗易懂，[8]要求課程通過介紹廣泛的、相關(guān)的、熟悉的情境拓寬學(xué)生的科學(xué)視野，從而使科學(xué)容易被學(xué)生理解。[9]

如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)呢？將教材嵌入學(xué)生熟悉的情境中是實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的一種方法。[10]此外，課程的科學(xué)探究主題、課程為學(xué)生提供的科學(xué)證據(jù)及探究支持應(yīng)易于理解，課程的設(shè)計(jì)應(yīng)關(guān)注學(xué)生的興趣等，都有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。[11]

2.讓思維看得見

“讓思維看得見”原則，是指在課程中任何可能的地方促進(jìn)思維可視化，必須讓學(xué)生向自己和教師展示觀點(diǎn)。[12]此外，教師和課程材料有機(jī)會(huì)也要向?qū)W生展示新觀點(diǎn)。[13]

在傳統(tǒng)教育中，教師一般通過課堂提問、課外作業(yè)等方法來了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，但這些方式要么效率低，要么存在滯后性。在知識(shí)整合框架指導(dǎo)下，Linn團(tuán)隊(duì)開發(fā)了技術(shù)增強(qiáng)在線科學(xué)探究學(xué)習(xí)平臺(tái)（Web-based Inquiry Science Environment，WISE），在技術(shù)增強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境中，利用嵌入式評(píng)價(jià)為教師提供了更多了解學(xué)生觀點(diǎn)的機(jī)會(huì)，比如要求學(xué)生寫反思筆記或參與網(wǎng)上討論，要求學(xué)生預(yù)測一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果或?qū)懻{(diào)查反思，都可以促進(jìn)思維可視化。[14]此外還可以借助電腦提供的模型、模擬和交互可視化傳遞新觀點(diǎn)。[15]

3.幫助學(xué)生向他人學(xué)習(xí)

“幫助學(xué)生向他人學(xué)習(xí)”原則，涉及學(xué)生如何相互學(xué)習(xí)。[16]同伴相互學(xué)習(xí)可以提高學(xué)生對(duì)復(fù)雜科學(xué)的理解。[17]

如何幫助學(xué)生向他人學(xué)習(xí)呢？線上和線下討論、頭腦風(fēng)暴、同行評(píng)議等有助于這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。[18]

4.促進(jìn)自治以利于終身的科學(xué)學(xué)習(xí)

“促進(jìn)自治以利于終身的科學(xué)學(xué)習(xí)”原則，關(guān)注那些促使學(xué)生終身參與整合、區(qū)分和整理他們觀點(diǎn)的活動(dòng)。[19]促進(jìn)自治包括幫助學(xué)習(xí)者評(píng)估其的觀點(diǎn)，確定新的觀點(diǎn)是否有效，當(dāng)矛盾或不確定性出現(xiàn)時(shí)尋找新的觀點(diǎn)，以及制定區(qū)分不同觀點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。[20]其中包括整理觀點(diǎn)形成一個(gè)基于證據(jù)的更加連貫或具有說服力的論據(jù)。[21]“促進(jìn)自治”是Linn團(tuán)隊(duì)非常重視的一項(xiàng)原則。有研究表明，自發(fā)地進(jìn)行自我解釋的學(xué)生比那些不進(jìn)行“自我解釋”的學(xué)生學(xué)的知識(shí)多。[22]

三、知識(shí)整合模式

知識(shí)整合的原則對(duì)于改進(jìn)教學(xué)很有幫助，但上述原則并沒有說明應(yīng)該如何協(xié)調(diào)和組織學(xué)習(xí)者的活動(dòng)。[23]因此Linn團(tuán)隊(duì)提出了知識(shí)整合的模式，知識(shí)整合模式給出了學(xué)生整合其觀念所需要的各種過程的組合方式。[24]知識(shí)整合模式包括四個(gè)基本過程：析出觀念（Elicit the Repertoire of Ideas）、添加觀念（Add New Normative Ideas）、辨分觀念（Distinguish among Ideas Using Scientific Evidence）、反思觀念（Encourage Reflection）。[[25]

1.析出觀念

第一個(gè)知識(shí)整合過程是析出觀念，即通過鼓勵(lì)學(xué)生清楚地表達(dá)他們?cè)诙喾N常見境脈中產(chǎn)生的觀念，來析出他們帶入科學(xué)課堂的各種觀念。[26]學(xué)生不是空著腦袋進(jìn)入教室的，學(xué)習(xí)新課時(shí)，由于學(xué)生各自的經(jīng)歷不同，對(duì)于某一概念或某種現(xiàn)象會(huì)持有豐富的、個(gè)性化的觀點(diǎn)。析出觀念的過程很重要，因?yàn)楫?dāng)教學(xué)不能夠引出學(xué)生所持有的一定范圍的觀念時(shí)，學(xué)習(xí)者通常會(huì)摒棄學(xué)校傳授的觀念而保留自己在日常情境中持有的觀念。[27]因此，一個(gè)促進(jìn)知識(shí)整合的有效教學(xué)序列必須包括讓參與者提出大量觀點(diǎn)這一過程。只有這樣，學(xué)生才有可能將他們已有的觀點(diǎn)與教學(xué)主題聯(lián)系起來，進(jìn)而對(duì)比、區(qū)分這些想法。析出觀念可以從提問學(xué)生生活中的科學(xué)現(xiàn)象開始，做到“使科學(xué)可觸及”。[28]為了讓學(xué)生析出觀念，WISE在每一個(gè)課程開始時(shí)，都會(huì)提一些問題。例如WISE課程單元“調(diào)查行星運(yùn)動(dòng)和季節(jié)”步驟1.2，讓學(xué)生結(jié)合自己的生活經(jīng)驗(yàn)思考季節(jié)的成因。[29]

2.添加觀念

第二個(gè)知識(shí)整合過程是添加觀念，即增加規(guī)范且能夠與已有觀念整合的新觀念。[30]學(xué)生雖說不是空著腦袋走進(jìn)教室，但所了解的問題畢竟有限。如果學(xué)生知道所有問題的答案，也就不需要教師了。教師的一個(gè)重要任務(wù)是“傳道授業(yè)”。在傳統(tǒng)課堂中，很多教師經(jīng)常會(huì)用“照本宣科”的方式來“傳道授業(yè)”。雖然這種方式“效率很高”，但效果并不一定好。學(xué)生往往一踏出學(xué)校便將教師所“傳授”的都“還給教師了”。如何為學(xué)生提供與其先前知識(shí)相聯(lián)系的新觀點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生理解和運(yùn)用，并不是一件容易的事，需要教師精心設(shè)計(jì)。WISE中的許多可視化工具有助于添加觀念。例如WISE課程單元“板塊構(gòu)造：地震、火山和山脈是如何形成的？”步驟2.6，以動(dòng)畫的形式向?qū)W生展示了大陸板塊與大陸板塊相撞、大陸板塊與海洋板塊相撞的過程。[31]

3.辨分觀念

第三個(gè)知識(shí)整合過程是激勵(lì)學(xué)生辨分各種觀念。[32]隨著科學(xué)技術(shù)特別是信息技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生可以通過許多途徑接觸各種觀點(diǎn)。其中不乏一些披著科學(xué)外衣或打著權(quán)威幌子，而大行其道的虛假觀點(diǎn)。例如，2020年2月27日，美國疾控中心（CDC）發(fā)推特，稱目前不建議人們戴口罩來預(yù)防感染新冠病毒。[33]實(shí)際上，醫(yī)用防護(hù)口罩、N95口罩具有防范新冠病毒的作用。[34]后來，美國傳染病專家福奇博士解釋美國政府一開始沒有建議公眾戴口罩的原因是擔(dān)心口罩會(huì)不夠用。[35]不管背后真實(shí)的目的是什么，但原先的建議無疑會(huì)對(duì)人們產(chǎn)生誤導(dǎo)，即口罩對(duì)于防范感染新冠病毒沒用。對(duì)于同一個(gè)現(xiàn)象或事物，當(dāng)不同的觀點(diǎn)進(jìn)入學(xué)生大腦時(shí)，學(xué)生需要科學(xué)證據(jù)幫助其判斷哪個(gè)觀點(diǎn)更有效、更合理。收集科學(xué)證據(jù)，建立判斷標(biāo)準(zhǔn)，有助于學(xué)生辨分觀念。在WISE的課程單元“全球氣候變化：氣候行動(dòng)計(jì)劃”步驟4.5，通過設(shè)置活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生探究“增加或減少森林砍伐會(huì)影響全球溫度嗎？”這個(gè)問題。[36]回答這個(gè)問題之前，學(xué)生需要從前面所學(xué)知識(shí)中篩選出判斷標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生做出判斷后，接著要求學(xué)生對(duì)其進(jìn)行解釋，以確保學(xué)生所做的判斷是來源于對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的正確辨分。接著通過模型來尋找證據(jù)，幫助判斷其選擇是否正確。

4.反思觀念

第四個(gè)知識(shí)整合過程是鼓勵(lì)反思，即激發(fā)學(xué)生對(duì)自己學(xué)習(xí)進(jìn)程的監(jiān)控以及對(duì)自己的觀念進(jìn)行整理的活動(dòng)。[37]科學(xué)教育常常忽略了整理觀點(diǎn)這一過程，簡單地認(rèn)為科學(xué)課堂上呈現(xiàn)的觀點(diǎn)已經(jīng)替代了學(xué)生特殊的、個(gè)人的想法。[38]大量研究表明，雖然學(xué)生確實(shí)考慮了科學(xué)課堂上提供的新觀點(diǎn)，但他們沒有簡單地接受這些觀點(diǎn)和處理其他的理解；相反，學(xué)生傾向于保持他們?cè)械牟灰?guī)范的觀點(diǎn)，這些觀點(diǎn)并沒有和科學(xué)課堂上獲得的觀點(diǎn)整合起來，因?yàn)榭茖W(xué)教育沒有做出任何努力來幫助學(xué)生整理觀點(diǎn)的異同和形成連貫的理解。[39]為了使學(xué)生能夠整理他們的觀點(diǎn)，科學(xué)教育必須為學(xué)生提供適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)和時(shí)間，讓學(xué)生對(duì)比、對(duì)照、思考和重新考慮他們的觀點(diǎn)，幫助學(xué)生形成對(duì)科學(xué)現(xiàn)象更為一致的解釋。[40]例如，在上一個(gè)例子中，學(xué)生在運(yùn)行模型之后，緊跟著被要求重新回答“增加或減少森林砍伐會(huì)影響全球溫度嗎？”這個(gè)問題。[41]

四．知識(shí)整合原則與知識(shí)整合模式

知識(shí)整合的四項(xiàng)原則是設(shè)計(jì)知識(shí)整合過程的學(xué)習(xí)環(huán)境和課程單元的指導(dǎo)綱領(lǐng)和最終目標(biāo)。知識(shí)整合模式是使這四項(xiàng)原則體現(xiàn)在具體單元活動(dòng)設(shè)計(jì)中的操作指南，WISE及WISE課程單元就是兩者與技術(shù)結(jié)合以后誕生的產(chǎn)品。知識(shí)整合原則與知識(shí)整合模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系（見表1）。

表1 KI框架下學(xué)習(xí)環(huán)境及課程單元的設(shè)計(jì)原則與模式[42]

五、知識(shí)整合與地理教學(xué)

Linn等人提出的知識(shí)整合的可行性與有效性，已被許多研究所證明，對(duì)于地理教學(xué)也有很大的參考價(jià)值。

1．重視學(xué)生日常生活經(jīng)驗(yàn)

在進(jìn)行地理教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)該引入與學(xué)生生活息息相關(guān)的案例或情境，通過問題引導(dǎo)每一位學(xué)生積極思考，“析出”學(xué)生原有的觀念。例如，在進(jìn)行“大氣受熱過程”的教學(xué)時(shí)，教師可以通過“高處不勝寒”“人間四月芳菲盡，山寺桃花始盛開”“早穿棉襖午穿紗”等學(xué)生非常熟悉的案例，引導(dǎo)學(xué)生思考其背后的原因。這些現(xiàn)象，有的學(xué)生親身體會(huì)過，有的只是聽說過，但不管是哪種情況，學(xué)生或多或少都有所了解。因此，在學(xué)習(xí)“大氣受熱過程”之前，引導(dǎo)學(xué)生思考這些現(xiàn)象的成因，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以判斷學(xué)生原有的認(rèn)知水平，為教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定提供參考。

2．運(yùn)用技術(shù)提升教學(xué)效果

講授法具有易操作、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在地理教學(xué)中經(jīng)常被使用。然而講授法也存在局限性，例如通過講授法教授復(fù)雜的地理概念時(shí)，效果較差。這種情況下，如果能借助技術(shù)輔助，則可以幫助學(xué)生理解，起到事半功倍的效果。例如，在進(jìn)行“等高線”的教學(xué)時(shí)，教師可以使用軟件來演示地形與等高線的關(guān)系，如果有條件還可以指導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手操作以加深理解。現(xiàn)在的中學(xué)生是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的“原住民”，他們從小就接觸各種各樣的電子產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)信息資源，對(duì)新事物的適應(yīng)能力強(qiáng)。而且中學(xué)生普遍討厭“照本宣科”的教學(xué)方式，希望在教學(xué)中教師能更多使用視頻、圖片、軟件、模型等。時(shí)代在不斷進(jìn)步，地理教師也必須不斷學(xué)習(xí)和使用新的技術(shù)，以提高教學(xué)效果。地理教師可以通過閱讀書籍、參加培訓(xùn)、同行交流、互聯(lián)網(wǎng)搜索等途徑獲取新技術(shù)。特別是互聯(lián)網(wǎng)，如今已成為地理教師獲取教學(xué)資源、學(xué)習(xí)新技術(shù)的重要途徑。

3．在合作學(xué)習(xí)中整合知識(shí)

溝通、尊重他人、欣賞協(xié)作者的作用等這些協(xié)作技能都是21世紀(jì)工作場所中需要的核心技能。[43]普通高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）中也指出：“引導(dǎo)學(xué)生通過自主、合作、探究等學(xué)習(xí)方式，在自然、社會(huì)等真實(shí)情境中開展豐富多樣的地理實(shí)踐活動(dòng)。”[44]我國當(dāng)前的地理教學(xué)，也會(huì)組織學(xué)生進(jìn)行“合作學(xué)習(xí)”，但一般形式簡單，“合作”程度較低，時(shí)間也比較短，如要求學(xué)生5分鐘時(shí)間，以小組為單位討論全球變暖的原因，待時(shí)間結(jié)束后，教師會(huì)抽查組員回答然后進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種“合作學(xué)習(xí)教學(xué)方式”，有利于培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力、表達(dá)能力、向他人學(xué)習(xí)、尊重他人等能力和素養(yǎng)，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。地理教師應(yīng)該設(shè)計(jì)更多的合作活動(dòng)，如辯論、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、研學(xué)旅行等，充分培養(yǎng)學(xué)生的合作能力；在合作過程中，讓學(xué)生整合所學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解、運(yùn)用。此外，合作學(xué)習(xí)應(yīng)該貫穿于整個(gè)教學(xué)過程中，而不僅僅是一節(jié)課的一個(gè)“片段”。

六、基于知識(shí)整合的教學(xué)過程——以“澳大利亞的氣候”為例（見表2）

表2 “澳大利亞的氣候”教學(xué)過程

七、結(jié)語

當(dāng)前人類面臨的人口、資源、環(huán)境、發(fā)展等問題越來越突出，這給包括地理教師在內(nèi)的地理工作者帶來了更多展現(xiàn)才能的機(jī)會(huì)，同時(shí)也提出了更高的要求。作為地理教育工作者，我們應(yīng)該教給學(xué)生什么內(nèi)容，才能幫助學(xué)生更好地適應(yīng)這個(gè)不確定性與日俱增的時(shí)代？我們應(yīng)該如何將這些內(nèi)容教給學(xué)生，才能讓學(xué)生真正學(xué)有所獲？這些問題需要我們每一位地理教育工作者去思考、去探索、去發(fā)現(xiàn)。Linn等人提出的知識(shí)整合框架給我們提供了一個(gè)新的視角。我們可以借助知識(shí)整合原則指導(dǎo)教學(xué)，參考知識(shí)整合模式設(shè)計(jì)教學(xué)，借鑒WISE課例優(yōu)化教學(xué)，幫助學(xué)生形成對(duì)地理概念的一致性理解，把地理課堂上的所學(xué)所獲應(yīng)用到生活中去，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)。