摘要：过去30 多年的学习科学研究发现，知识告知型教学的效果非常不理想。意义学习等体现建构主义学习理论的主流学习理论都认为，学生已有的想法（知识）应该成为他们学习新知识时的首要资源。知识整合教学理论是马西娅·C·林教授基于科学教育与计算机教育研究中发现的共性问题发展出来的一套教学理论，其核心目标是帮助学习者形成连贯性的科学理解。知识整合教学理论认为，与主要聚焦于新想法相比，尊重学习者的已有想法并将新旧想法进行对比，学习者能够取得更大的成功。知识整合教学正是通过诱出想法、添加想法、辨分想法、反思和整理想法等环节将学习者碎片化的知识转化为连贯性想法的过程。实施与评价知识整合教学理论时，要按照让科学触手可及、让思维看得见、帮助学生向他人学习和促进学习自主四大核心原则，关注学生是否形成了连贯的科学理解，以及能否应用证据在不同的想法间建立连接。
关键词：马西娅∙C∙林；知识整合教学理论；连贯性理解；科学教育；技术增强学习
马西娅·C·林于1965年在斯坦福大学获得心理与统计学学士学位，1967年和1970年在斯坦福大学分别获得教育心理学硕士和博士学位。博士期间师从著名统计学家克隆巴赫（Lee J. Cronbach）和著名心理学家希尔加德（Ernest R. Hil gard），1967-1968年到瑞士日内瓦访学一年，师从著名教育心理学家皮亚杰（Jean Piaget）。林于1996年入选美国科学促进会理事会（American Association for the Advancement of Science， Board of Directors），2003年入选国际学习科学学会理事会，2005年当选美国科学促进会教育分会主席（Chair of the Section on Education），2007年当选国际学习科学学会主席（President of International Society of the Learning Sciences），同年入选美国教育科学院院士（Member of the National Academy of Education）。
林是国际科学教育领域的著名学者，在学习科学领域，特别是在技术增强的科学学习领域有杰出贡献。她的重要贡献有：系统提出了知识整合教学理论，并在知识整合教学理论的指导下，研发出WISE科学探究学习平台和大量体现探究式学习特色的科学探究项目。林教授团队学术成果颇丰，在《科学（Science）》《科学研究杂志（Journal of Research in Science） 》《学习科学杂志（Journal of the Learning Science）》等顶级杂志或学术会议发表论文300余篇，代表性著作包括：《计算机、教师和同伴—— 科学学习的伙伴（Computers, Teachers,Peers: Science Learning Partners）》（2000年）、《科学教育的网络环境（Internet Environments for Science Education）》（2004年）、《设计连贯的科学教育（Designing Coherent Science Education）》（2008年）、《学科学和教科学：利用技术促进知识整合（Science Teaching and Learning： Taking Advantage of Technology to Promote Knowledge Integration）》（2011年）。林教授团队不仅在教育理论研究上成果颇丰，在教育实践领域也有着强大的影响力。她主持开发的WISE科学探究平台吸引了来全球超过15000名科学教师、研究者和课程开发人员，超过25万名中、小学生通过在线方式体验了科学探究活动（Linn et al.，2010）。如今，以WISE为核心的科学探究学习研究与实践共同体已经形成。研究团队的这些成果不仅在科学教育领域，还在学习科学和教育技术等领域产生了重要影响。
一、知识整合教学理论诞生的历史背景
访谈者：尊敬的林教授，您好！非常荣幸能有机会采访您。从您的简历来看，您在本科阶段修读的是心理与统计学，硕士和博士阶段修读的是教育心理学，但您的研究工作大都聚焦在科学教育领域，更确切地说是技术增强的科学学习领域。请问您为何选择科学教育作为您的研究领域呢？这与您的个人成长或学习经历有关系吗？
马西娅·C·林教授：选择科学教育这一研究领域对我来说是一条自然而然的路。我对科学学习的浓厚兴趣源自于我出生在一个热衷科学学习的家庭，这也使得我成为了一名终身的科学学习者。
我是家中的长女，我的父亲（George Cyrog）坚信每个人都可以学习科学和工程的方方面面，而且他本人就是这一信念的践行者。他对科学学习的热爱无处不在。他收集岩石和矿石，在西南地区的沙漠中勘探以寻找木化石（Petrified Wood）或绿玛瑙（Green Agate），他还把我们收集到的材料加工成宝石并制作成珠宝。我们全家定期去美国西部的沙漠收集岩石和矿石并勘探新的地点。我跟父亲走在旱溪上，寻找着玛瑙、黄金（我时刻期待着能找到）、木化石或黑曜石（Obsidian）存在的蛛丝马迹。我常常能够准确地识别这些标志并找到我要收集的岩石。幸运的是，我的父亲非常愿意收集那些我认为有趣的东西。我学会了如何切割一些石头并把他们做成宝石或书镇。在这个过程中，我学会了维修损坏的东西，理解了机器工作的原理以及如何在花园里种植植物。这些经历让我相信自己能够随时学习新的科学知识（Linn，2000）。
父亲激发了我对科学本身的浓厚兴趣，母亲则帮助我成为终身的阅读爱好者。我的母亲（Frances Cyrog）是一名小学校长。在从小学教师成长为校长的过程中，她在个别化阅读教学方面形成了自己的哲学。另外，母亲还帮我形成了我对学习和教学的信念。在我什么都不懂的时候，她就开始热情洋溢地给我读书。在我高中生病的时候，她常常坐在我的床边给我读我最喜欢的小说。她认为让学生自己选择要读的书非常重要，老师应该给学生提供必要的帮助。母亲甚至精细地计算出学生在选择他们能够理解的书以及理解他们当时并不能立即理解的内容时需要老师多大程度的帮助（Linn，2000）。
非常庆幸，我有这么伟大的“学习伙伴”。我的父亲是一个伟大的引领者和导师，他坚信我能学习任何知识，并鼓励我去探索而非直接告诉我答案。他为我提供探索岩石和矿石、勘探旱溪时需要的必要工具，如镐、收纳包和地图。母亲则激发了我对书籍的热爱，培养了我对所读书籍和所经历的事情进行反思的品质。在后来的生活中，我的孩子们也让我懂得学习者在求知的过程中需要采用不同的方法和途径。回顾往事，我认为，我在学习矿石、修理旧机器以及帮助孩子们学习阅读等方面的经历为我在多个领域中建构新的理解打下了坚实的基础。这些经历也让我相信，学生可以学习新的复杂知识，只要这些知识和他们的生活密切相关，并在学习过程中得到合适的支撑和指导（Linn，2000）。
访谈者：您的经历正是“父母是孩子最好的老师”这句话的最佳印证！可以看得出，正是您的父母激发了您对科学和学习研究的强烈兴趣，并最终走上了科学教育的研究道路。但我依然好奇的是，又是什么原因让您选择了从计算机或技术的视角来研究科学学习的呢？
马西娅·C·林教授：在我开始科学教育与计算机的相关研究之前，早期在计算机编程教学、学生学习以及课程变革上的研究深深地影响了我。选择从技术增强学习的角度来做科学学习研究的主要原因有两个：一是20世纪70年代初到80年代中期我在劳伦斯科技馆（Larence Hall of Science）的工作经历，二是90年代在计算机编程教学方面的研究经历（Linn，2000）。
从20世纪70年代初到80年代中期，我在劳伦斯科技馆工作。我在那里亲身体验了如何基于学生自身想法来设计课程以帮助他们重构知识。在劳伦斯科技馆和卡普拉斯（Bob Karplus）的紧密合作中，我看到了创造性的课程观是如何被运用到科学学习项目当中的。这种运用使原本枯燥的科学课程变得引人入胜，改变了学生对科学的看法并让学生对科学知识形成了深刻的理解。卡普拉斯是一位对小学科学教育有着浓厚兴趣的物理学家。他在劳伦斯科技馆开展了一项长达10年的“科学课程提升研究（Science Curriculum Improvement Study）”。在我去劳伦斯科技馆之前，研究正处于最后的试验和改进阶段。我的任务是为特定人群（包括聋人学生和盲人学生）定制课程材料，并设计能够帮助教师发掘学生已有想法的课堂评价体系。卡普拉斯有一套完善的课程开发和课程材料提炼程序：（1）研究小组通过头脑风暴产生想法；（2）小组成员（都曾做过教师）在各种各样的情境中试验这些想法；（3）通过访谈学生了解他们的理解水平并获取他们的反馈；（4）研究组再次会面，讨论课程材料取得了多大的成功以及下一步如何改进；（5）再次测试修改后的材料，形成最终版本（Linn， 2000）。随着“科学课程提升研究”在越来越多的学校中开展，成本也逐渐降低。尽管在后来的商业化过程中遇到了困难，但那不是因为学生学习科学方面失败了，而是因为在全美小学中使用复杂材料进行科学课程教学是极为困难的。尽管如此，“科学课程提升研究”的很多创造性活动被进一步提炼、修改和应用到更多的新项目中，卡普拉斯开辟的活动设计流程被很多其他项目采用。实际上，我们的“计算机作为学习伙伴”（Computer as Learning Partner，简称CLP）项目的课程设计就深受卡普拉斯的启发。在开始CLP项目之前的1983年，我正在进行一个美国国家教育学院（National Institute of Education）项目的总结收尾工作。那个项目研究使用聚焦于计算机编程教学的教学技术对学生认知的影响。我在总结时发现，当时的教学模型和实践并没有充分挖掘计算机这一新兴工具的潜力。为了开展计算机编程教学研究，我和计算机科学家、认知研究者、本科生、中小学程序课教师、学习编程的中小学学生等建立了伙伴关系。在当时，每个人都是编程教学方面的新手，所有人都渴望找到更好的解决方案。这种伙伴关系的好处显而易见。例如，一些中小学教师设计出的教学技术也很适用于大学的教学，大学教师也极好地实施了这些创造性想法。作为一个模型，伙伴式的课程开发方法显得非常有前途（Linn，2000）。
作为编程教学研究的一部分，我也非常关注科学课程的材料，特别是那些为中学生开发的科学课程材料。我发现中学里使用的科学课程材料和我上大学时的大学课本差不多，难度和复杂性都非常高（例如，中学教材里关于热和温度的章节非常难以理解），为此我感到非常沮丧。教师和学生都不是科学家，我想知道他们在使用这些材料时会遇到哪些困难。所以，我想开发一门可以让更广泛的学生群体使用的课程。基于编程教学研究的经验，我知道我需要和科学家、任课教师以及技术人员组建一个团队，这个团队中的每个人都要做出一些重要的贡献。对计算机技术的强烈兴趣驱使着我去寻找相关的技术。同时，我们也需要和学生合作，清晰理解他们的真实想法。只有这样我们才不会因自身对要讲授的知识越来越熟练而变得自满（Linn，2000）。
访谈者：在您的诸多著述中，知识整合可以说是出现频率最高的词了。根据我的理解，知识整合应该是您开展科学教育研究的最重要的理论基础。在中国，大多数学者对知识整合教学理论都还不太了解。您能对知识整合教学理论做个简要介绍吗？
马西娅·C·林教授：过去30多年的学习科学研究发现，知识告知（Knowledge Telling）型教学的效果非常不理想。在这种教学中，学生遭遇的是来自教材和课堂的一连串信息的轰炸。这些信息显然与他们的已有想法相距甚远，最终的结果是大多数人都把它们遗忘了（Vygotsky，1977；Bransford et al.，2000）。实际上，每个学生都不是一张白纸，他们都是带着自身的想法来到课堂的，这些想法源自于他们的大量经验以及日常的学习和思考。意义学习等体现建构主义学习理论的主流学习理论都认为，学生已有的想法（知识）应该成为他们学习新知识时的首要资源（Ausubel & Fitzgerald，1961）。
知识整合教学理论可用于指导学习和教学，知识整合型教学旨在提升学生科学理解的连贯性和精确性（Coherence and Accuracy of Scientific Understanding）。每个人都渴望去理解与自身密切相关的科学难题（Dilemmas），如：如何做出节能的选择，如何选择符合自身需要的保健方案等。知识整合式教学充分利用每个人的这种渴望，以及每个人收集和解释与科学现象有关的证据的能力。知识整合教学理论认为，学习者在个体经验、观察自然世界、文化信仰、社会情境和教学的基础上构建了一组不连贯的、碎片化的想法，知识整合教学正是通过诱出已有想法（Elicit Ideas）、增加新想法（Add Ideas）、辨分想法（Distinguish Ideas）、反思和整理想法（Reflect and Sort out Ideas）等环节将这些碎片化的想法转化为连贯性想法的过程（Linn，2012）。
利用学生的已有想法是知识整合型教学的最本质特征（Slotta & Linn，2009）。与知识告知型教学形成鲜明对比的是，知识整合型教学尊重和鼓励学生的已有想法，帮助学生发现他们知识间的空隙（Gap），支持学生使用新想法去解决复杂问题。通过尊重学生带入课堂的各式各样的想法，并将其置入教学的中心位置，我们可以确保学生能够形成对任何学习材料的连贯性理解（Clark & Sampson，2008）。使用知识整合型教学，而非提供被动吸收的信息，学生可以成为学习的主人，主导他们自身的学习。
访谈者：请问您是什么时候提出知识整合教学理论的？又是什么因素促使您建构这一理论呢？
马西娅·C·林教授：知识整合框架（Knowledge Integration Framework）是在20世纪80年代应运而生的（Linn，1995）。当时我正在研究学生如何学习计算机科学，同时也在研究学生如何学习热动力学（Thermodynamics） 领域的科学概念（Bell et al.，2016）。通过比较和对比这两种情境中的成功教学方案，我发现了一些共性的东西，这直接促使了知识整合框架的诞生。在这两个领域的学习中，我都发现当鼓励学生尊重他们自己的已有想法并将新旧想法进行比较时，学生会比主要聚焦于新想法时取得更大的成功（Songer & Linn，1991）。此外，在努力加工（Grapple with）那些与已有想法相关联的新想法时，学生学习效果要远远好于加工那些抽象的想法，即使这些抽象想法更为精确和完整。例如，在讲授热动力学时，使用热量流模型会比使用分子动力学模型让中学生①取得更大的进步。类似地，在计算机科学领域，用类比的方法（譬如迷宫中的“一直往右搜索”算法）来解释递归也要比聚焦于基础案例和重复相同规则更为有效。知识整合型教学通过这样的方式让学生参与到辨分新旧想法中，这个过程依赖于新想法的呈现方式。2011年，我们对知识整合方面的研究进行了综合整理，描述了知识整合的指导原则，出版了《学科学和教科学：利用技术促进知识整合》一书（Linn & Eylon，2011）。该书中文版也已于2016年出版。
我们将知识整合描述为“学习者基于对科学现象持有的众多不完整、相互冲突和混淆的想法建构和整理知识时遵循的过程”（Linn & Eylon，2011）。人们常常认为学生会全盘吸收课堂或教材中呈现的精确信息并抛弃他们的已有想法，但这种方法几乎从未成功过（King，1992）。学生通常在观察和会话交谈中发展自身的想法，但这个过程会持续很长一段时间。例如，基于经验，学生通常认为“运动的物体会慢慢停下来”。在科学课上，学生会被告知运动的物体会永远保持运动状态，他们又会总结出“运动的物体在科学课上会永远运动下去，但在操场上会停下来”这一错误结论。积极的学生会记住这些新信息以应对下一次考试，但更多的学生不会这么做，绝大多数学生甚至在课程一结束就忘记了这些知识，很多物理课程教学研究都报告了这一点（Bell et al.，2016）。知识整合框架利用学生在某一科学主题上产生的各种想法，鼓励他们使用新的证据去让他们的想法更连贯。
访谈者：您曾经到瑞士日内瓦访学一年，师从20世纪最伟大的教育心理学家皮亚杰先生。请问皮亚杰的学术思想都给您带来了哪些影响？知识整合教学理论与皮亚杰的认知发展理论都有哪些联系呢？
马西娅·C·林教授：1967-1968年，我有幸到瑞士日内瓦的卢梭研究所（Institute Jean Jacques Rousseau）访学，从而获得了与皮亚杰以及其他研究者们共事的机会。在与皮亚杰共事的过程中，我收获了观察学生学习的全新视角，这与我终身的科学学习者身份产生了共鸣。在那里，我把大量的时间花在学习皮亚杰的临床访谈法并去学校访谈学生。这些访谈与1967-1984年间我自己研究中的访谈一起构成了知识整合教学理论的重要基础。在日内瓦，聆听研究者们如何探查学生想法（Probe Students’Ideas）的过程激发了我想要近距离倾听学生带到学习场景中的已有想法的兴趣。我认识到学生对科学主题有着各式各样的想法，这些想法往往还有着很好的关联性（Linn，2000）。
我的研究涉及到对大量学生的访谈，访谈的问题要比皮亚杰的研究更为丰富，不仅更加贴近实际，也与学生本人更为密切。我注意到，学生在想法间建构连接时用到的情境似乎要比皮亚杰想象的单调得多。他们对一个主题（如光）可能有4~5个想法，每个想法都和一个不同的情境相联系（如墨镜、影剧院的灯光或望远镜）。我看到了学生获取这些联系的价值，但我也认识到他们需要帮助才能更好地整合和组织这些想法。例如，让学生带着一系列关于热和温度的想法来到课堂，他们可能认为，既然金属摸起来比木头凉，那么金属就能更好地让物体保持低温，因为金属能够传递寒冷。在不同的教学方法中，这个想法可能被当作知识建构的基础，也可能会成为冷嘲热讽的对象。教学能够帮助学生学会辨分物体给人的感觉（“它摸起来很冷”）和物体本身的隔热性能（“它能保持低温”）。
在研究的基础上，皮亚杰总结出：在用一种抽象或形式化的方式形成理解之前，学生要先用某种具体方式形成结构良好且深刻的理解（A Well Integrated，Robust Understanding）。皮亚杰力图去证明这是一个普遍现象，甚至还指出这一现象可能发生于某个特定年龄阶段（Piaget，1930）。我对皮亚杰的观点进行了拓展，目的是在各式各样想法的基础上建构和辨分想法，从而帮助学生发展出更为稳固和连贯的想法。同样，其他研究者也从皮亚杰的观点出发开展各自的研究，有些研究者寻求识别出学生误解的种类，如认为金属帮助保冷的错误想法；还有些研究者寻求从学生的想法库中消除这些错误的想法（Reiner et al.，2000）。通过研究观察以及和学生的讨论，我认为更为有效的方法是鼓励学生在已有想法的基础上拓展想法，让他们生成更广阔、更连贯的情境。教师可以用这种方法催生（Promote）预测性想法和有价值的想法。
在日内瓦以及在美国对学生进行的访谈让我确信，鼓励学生就任何给定主题中的众多不同想法进行探究都是非常有益的。这种探究能够帮助他们整合和重构这些想法，使得他们可以对这些问题形成连贯、综合的想法。支持这种建立猜想、获得新想法和重构想法的过程正是“计算机作为学习伙伴”项目的目标。
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