| 計算機模擬環(huán)境中的科學(xué)發(fā)現學(xué)習 ──過(guò)程、條件與學(xué)習支持 |
| 張建偉 陳琦 |
摘 要 如何在計算機模擬情境中嵌入有效的學(xué)習支持是當前研究者關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題?？茖W(xué)發(fā)現學(xué)習活動(dòng)中有三種基本活動(dòng)線(xiàn)索：?jiǎn)?wèn)題表征與假設生成、實(shí)驗檢驗、自我監控與反思概括。這種學(xué)習活動(dòng)可能主要受三個(gè)內在條件的制約：意義性、系統邏輯性和反思概括，據此，針對計算機模擬環(huán)境中的學(xué)習支持可以包括三個(gè)側面：解釋性支持、實(shí)驗性支持和反省性支持。
關(guān)鍵詞 發(fā)現學(xué)習 科學(xué)發(fā)現學(xué)習 計算機模擬學(xué)習支持
一、問(wèn)題提出
近十多年來(lái)，發(fā)現學(xué)習的研究從布魯納的“概念發(fā)現”轉向了更復雜、更有意義的“科學(xué)發(fā)現學(xué)習”（ScientificDiscoveryLearning），即通過(guò)科學(xué)實(shí)驗來(lái)發(fā)現現象背后的基本關(guān)系。隨著(zhù)建構主義學(xué)習理論的發(fā)展，科學(xué)發(fā)現學(xué)習越來(lái)越受到研究者的重視，利用計算機模擬進(jìn)行科學(xué)發(fā)現學(xué)習則是其中一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。在計算機模擬情境中，學(xué)習者可以針對要探索的問(wèn)題形成假設，而后操作模擬情境中的某些因素，觀(guān)察情境由此產(chǎn)生的變化，以此來(lái)檢驗自己的假設，直至發(fā)現其中的基本規律和原理，這種學(xué)習活動(dòng)能更多地引發(fā)學(xué)習者的積極探究。然而，許多關(guān)于這一學(xué)習形式的對比研究卻并未發(fā)現明確支持其效果的證據。究其原因，一種可能的解釋是因為學(xué)習者在這種學(xué)習活動(dòng)中遇到了很多難以克服的困難，這使他們無(wú)法有效地進(jìn)行科學(xué)發(fā)現學(xué)習。DeJong&VanJoolingen從四個(gè)方面對這些困難做了綜述：（1）難以提出假設和針對事實(shí)證據修改假設；（2）難以恰當地設計科學(xué)實(shí)驗；（3）難以正確地理解、解釋實(shí)驗數據；（4）不能對發(fā)現學(xué)習進(jìn)行有效的自我調節。[1]如何針對學(xué)習者的困難在計算機模擬情境中嵌入有效的學(xué)習支持成了一個(gè)重要問(wèn)題。
在現有的關(guān)于這一問(wèn)題的研究中，研究者主要關(guān)注各種具體支持策略的效果，比如，幫助學(xué)習者形成合適的假設，恰當地設計科學(xué)實(shí)驗，提供或激活相關(guān)的背景知識，以及有效地對發(fā)現學(xué)習進(jìn)行計劃和調節，等等。這些學(xué)習支持基本上集中在對科學(xué)實(shí)驗過(guò)程的幫助上?？茖W(xué)發(fā)現學(xué)習究竟受哪些內在條件的制約？針對這些內在條件應該從哪些側面來(lái)提供學(xué)習支持？到目前為止，研究者尚未對這些問(wèn)題做系統的、結構化的考察。
二、科學(xué)發(fā)現學(xué)習的活動(dòng)結構
有關(guān)科學(xué)發(fā)現學(xué)習的認知研究強調，科學(xué)發(fā)現（科學(xué)推理）是理論假設與實(shí)驗證據之間的相互協(xié)調過(guò)程。而科學(xué)發(fā)現學(xué)習則是以這種科學(xué)推理活動(dòng)為基礎而實(shí)現的知識建構，在這種學(xué)習中，學(xué)習者需要完成三種相互聯(lián)系的活動(dòng)，構成了相互交織的三條線(xiàn)索（圖1）。
（一）問(wèn)題表征與假設生成：科學(xué)發(fā)現學(xué)習開(kāi)始于需要探索的問(wèn)題，而這種問(wèn)題往往與學(xué)習者原有的領(lǐng)域知識密切相關(guān)，學(xué)習者要基于有關(guān)的背景知識來(lái)形成對問(wèn)題的理解，明確問(wèn)題的結構，確定其中涉及的各個(gè)變量，澄清已知的某些變量關(guān)系，明確要探索的變量關(guān)系，也就是要形成對所探索問(wèn)題的心理表征。在問(wèn)題表征的基礎上，學(xué)習者可以基于自己的背景知識經(jīng)驗，通過(guò)分析的或直覺(jué)的思維活動(dòng)，確定所要探索的變量關(guān)系的各種可能性，即形成各個(gè)可能的假設。而后，學(xué)習者還可以基于自己原有的知識經(jīng)驗，對各個(gè)假設的合理性在觀(guān)念中進(jìn)行評價(jià)和權衡。
（二）實(shí)驗檢驗：在形成假設之后，學(xué)習者要通過(guò)設計和實(shí)施科學(xué)實(shí)驗來(lái)檢驗假設?？茖W(xué)實(shí)驗的設計主要是一種假設－演繹推理活動(dòng)，學(xué)習者根據自己的假設推論在何種條件下會(huì )有何種結果出現，而后，學(xué)習者就設法“制造”這樣的條件，看情境中是否會(huì )有相應的結果出現。在實(shí)驗中，學(xué)習者可以先對結果作出預測，在實(shí)驗之后可以分析數據結果，對自己的預測進(jìn)行對照，以此來(lái)對自己的假設作出相應的判斷，得出結論。良好的實(shí)驗設計有一些基本的標準，比如與假設相對應設計實(shí)驗、成功的變量控制等，這些標準對于實(shí)驗的正確設計以及實(shí)驗結果的準確分析來(lái)說(shuō)都是很關(guān)鍵的?；趯?shí)驗得出結論，這實(shí)際上就是對假設的確證、調整，或者建立新的假設的過(guò)程，因而又開(kāi)始了新的假設生成活動(dòng)，而其中也可能需要對所探索的問(wèn)題形成新的理解，建立新的問(wèn)題表征方式。
（三）自我監控與反思概括：正如研究者們所強調的，科學(xué)發(fā)現學(xué)習是一種更為自我引導（self-directed）的學(xué)習活動(dòng)，在這樣的學(xué)習活動(dòng)中，學(xué)習者的自我監控顯得尤為重要，這包括學(xué)習者對發(fā)現過(guò)程的計劃、監視和調節等。這種自我監控融匯、貫穿于問(wèn)題表征與假設生成以及實(shí)驗檢驗活動(dòng)中，它對于合理的問(wèn)題表征與假設生成來(lái)說(shuō)是很必要的，對于成功的實(shí)驗活動(dòng)而言也是很關(guān)鍵的。另外，學(xué)習者為了從探索活動(dòng)中建構起相應的概念、原理，發(fā)展更高水平的認知技能，針對探索活動(dòng)的反思概括將成為一種具有重要意義的活動(dòng)。反思概括包括兩個(gè)最基本的含義：（1）反省性抽象（reflectiveabstraction）：在基于問(wèn)題解決的探索活動(dòng)中，所形成的新意義往往隱含于探索過(guò)程之中，為了達成有效的知識建構，學(xué)習者需要監察、回顧問(wèn)題的結構特征及其解決過(guò)程，再現、抽象出其中的意義要點(diǎn)，從過(guò)程中概括出原理性知識或認知策略。（2）反省性整合（reflectiveintegration）：學(xué)習者需要按照探索活動(dòng)中意義推論的邏輯路線(xiàn)，依據它們之間的邏輯聯(lián)系，將所涉及到的各種意義要點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，并將它們與作為其基礎的原理概念聯(lián)系起來(lái)，與相關(guān)的背景經(jīng)驗聯(lián)系起來(lái)，與探索中的各種事實(shí)資料（data）聯(lián)系起來(lái)，形成良好的知識結構。反思概括的內容既包括原理性知識（conceptualknowledge），也包括有關(guān)探索活動(dòng)的程序性知識和策略性知識。
值得注意的是，在建立問(wèn)題表征以及形成假設的過(guò)程中，學(xué)習者原有的知識經(jīng)驗具有重要作用。影響科學(xué)發(fā)現學(xué)習的知識經(jīng)驗可以分為兩類(lèi)：（1）領(lǐng)域性知識（domainknowledge）：即與探索問(wèn)題直接相關(guān)的相應領(lǐng)域的概念、原理、具體經(jīng)驗等。首先，在理解問(wèn)題、建立問(wèn)題表征時(shí)，學(xué)習者實(shí)際上需要把原有的領(lǐng)域性知識“映射”到當前的問(wèn)題情境中，從而把握其中的變量及變量關(guān)系，形成對問(wèn)題結構的基本理解。其次，在生成和調整假設時(shí)，原有的領(lǐng)域知識構成了假設活動(dòng)的重要基礎。學(xué)習者需要基于自己的領(lǐng)域知識來(lái)對所探索的變量關(guān)系作出假想性的推斷，并基于背景知識經(jīng)驗來(lái)權衡假設的合理性和可能性。Klahr&Dunbar發(fā)現，學(xué)習者在提出假設時(shí)表現出了兩種類(lèi)型的策略：“理論家型”和“實(shí)驗員型”，理論家型的學(xué)習者主要從自己現有的理論（模型）出發(fā)來(lái)提出假設，而實(shí)驗員型的學(xué)習者則主要靠實(shí)驗嘗試，從數據中來(lái)提出假設，研究表明，理論家型的學(xué)習者更能提出正確的假設。另外，在發(fā)現了所探索的規律、規則之后，學(xué)習者需要以原有的領(lǐng)域知識為基礎來(lái)對規律、規則作出解釋?zhuān)磸幕驹砘蛳嚓P(guān)經(jīng)驗出發(fā)，理解、說(shuō)明為什么會(huì )有這樣的規律性關(guān)系。領(lǐng)域性知識與發(fā)現學(xué)習中新經(jīng)驗之間的相互作用是雙向的。原有的領(lǐng)域性知識構成了發(fā)現學(xué)習的基礎和背景，而發(fā)現學(xué)習中的新事實(shí)、新信息又會(huì )導致原有知識的充實(shí)、修正或重組。在這種相互作用中，學(xué)習者的自我監控與反思概括可能具有非常重要的作用。（2）元知識（meta-knowledge）：是指關(guān)于發(fā)現學(xué)習過(guò)程本身的知識，比如發(fā)現過(guò)程包括那些重要的環(huán)節，其順序是怎樣的，什么是變量，什么是假設，什么是好的實(shí)驗設計，怎樣從數據中看出規律，等等。這種知識可能是現實(shí)的、外顯的，也可能是內隱的，其中涉及到陳述性知識，但更重要的是程序性知識。這些元知識是學(xué)習者對發(fā)現過(guò)程進(jìn)行自我監控的重要基礎，同時(shí)，學(xué)習者又可以通過(guò)實(shí)際進(jìn)行的發(fā)現活動(dòng)，通過(guò)自己的反思概括不斷地豐富自己關(guān)于發(fā)現學(xué)習的元知識。
應該說(shuō)，以上分析綜合了現有的理論觀(guān)點(diǎn)，但與以往的理論相比，它突出強調以下觀(guān)點(diǎn)：（1）問(wèn)題表征是假設生成的基礎，而在問(wèn)題表征與假設生成過(guò)程中，學(xué)習者基于先前知識的意義理解和解釋活動(dòng)具有非常重要作用。對問(wèn)題的理解表征是假設搜索的前提。假設空間不是一個(gè)預先存在的、客觀(guān)的結構，而是學(xué)習者基于原有知識通過(guò)積極的分析推理活動(dòng)建構起來(lái)的，是學(xué)習者對問(wèn)題結構及可能存在的關(guān)系所生成的理解。因此，假設的生成不只是一個(gè)搜索過(guò)程，更是一個(gè)建構理解的過(guò)程。在建構問(wèn)題表征與假設的過(guò)程中，學(xué)習者需要充分調動(dòng)原有的背景知識，進(jìn)行積極的意義生成（meaning-making）活動(dòng)。（2）在科學(xué)發(fā)現學(xué)習這種探索性學(xué)習活動(dòng)中，反思概括可能是一個(gè)非常重要的環(huán)節。以往的研究者強調自我監控在科學(xué)發(fā)現學(xué)習中的作用，但自我監控的含義基本局限在學(xué)習過(guò)程的計劃和監視上。除了這些用以維持、調節發(fā)現學(xué)習過(guò)程的自我監控活動(dòng)以外，學(xué)習者基于發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的反思概括可能是很重要的一個(gè)環(huán)節，它一方面要通過(guò)反省性抽象來(lái)提煉出所獲得的意義和技能，同時(shí)又要通過(guò)反省性整合將所獲得的新經(jīng)驗與更廣的知識結構整合起來(lái)。
三、科學(xué)發(fā)現學(xué)習的基本內在制約條件
基于以上對科學(xué)發(fā)現學(xué)習的基本活動(dòng)結構的分析，我們認為，有效的科學(xué)發(fā)現學(xué)習活動(dòng)可能主要受以下三個(gè)內在條件的制約。
（一）發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的意義性（meaningfulness）
所謂意義性，是指當前的發(fā)現學(xué)習活動(dòng)能夠與學(xué)習者已有的領(lǐng)域性知識建立適當的聯(lián)系，從而帶著(zhù)理解去進(jìn)行發(fā)現活動(dòng)?？茖W(xué)發(fā)現學(xué)習是一種典型的建構性學(xué)習，這種學(xué)習是通過(guò)新舊知識經(jīng)驗之間的充分的相互作用而實(shí)現的。為引發(fā)當前發(fā)現活動(dòng)與原有知識經(jīng)驗間的相互作用，學(xué)習者首先要激活原有的與此有關(guān)的背景知識，將這些背景知識映射到當前的問(wèn)題情境中，以理解所要探索的問(wèn)題，建立適當的表征，進(jìn)而，學(xué)習者要基于原有知識進(jìn)行分析、綜合和推理，從而對所探索的變量關(guān)系形成自己的假設，而這些假設又會(huì )在實(shí)驗檢驗活動(dòng)中得到支持和調整。發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的意義性集中體現在問(wèn)題表征和假設生成環(huán)節上，在實(shí)驗檢驗（如作出實(shí)驗結論并予以解釋?zhuān)┗顒?dòng)中也有一定的反映。
奧蘇貝爾等在評價(jià)發(fā)現學(xué)習時(shí)曾提到，問(wèn)題解決本身并不能保證有意義的發(fā)現，問(wèn)題解決可以象最壞的言語(yǔ)講述法那樣呆板、形式化、機械、被動(dòng)和死記硬背，出現什么樣的學(xué)習結果主要是看所提供的問(wèn)題解決經(jīng)驗的結構、組織和意義而定，這是發(fā)現法的提倡者們也接受的教訓。奧蘇貝爾強調“有意義地解決問(wèn)題”，即真正領(lǐng)會(huì )了基本原理，而不是用嘗試錯誤的辦法，或只懂得了如何做的實(shí)用規則。如果只是機械地去“做”，就不需要理解，也不能促進(jìn)理解。
為了有意義地進(jìn)行發(fā)現學(xué)習，要探索的問(wèn)題本身應該能潛在地體現與學(xué)習者原有知識經(jīng)驗的聯(lián)系，同時(shí)它又蘊含著(zhù)新的關(guān)系和規律，是通向新理解的橋梁。這種問(wèn)題應該是知識豐富領(lǐng)域的問(wèn)題，而不是不依賴(lài)于領(lǐng)域知識的問(wèn)題。問(wèn)題本身的潛在意義性只是一個(gè)前提條件，在此基礎上，學(xué)習者需要主動(dòng)地去生成和建立聯(lián)系，看自己有哪些與此有關(guān)的知識經(jīng)驗，包括有關(guān)的概念、原理、以及其它背景性經(jīng)驗等。而且，這種聯(lián)系不只是針對問(wèn)題的表面特征，更主要的是針對問(wèn)題中的深層關(guān)系和結構，這樣才能成功地解決問(wèn)題，也才能有效地建構深層理解。當然，聯(lián)系的生成本身也依賴(lài)于學(xué)習者主動(dòng)的分析和判斷活動(dòng)，學(xué)習者的推理、思維活動(dòng)左右著(zhù)他們對相關(guān)信息的搜索。
（二）發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的系統邏輯性（systematicyandlogicality）
在科學(xué)發(fā)現學(xué)習中，學(xué)習者所形成的假設需要在科學(xué)實(shí)驗中進(jìn)行檢驗，即通過(guò)科學(xué)實(shí)驗來(lái)得到用以檢驗假設的事實(shí)證據，根據事實(shí)證據對假設作出評價(jià)和調整?？茖W(xué)發(fā)現學(xué)習的系統邏輯性集中體現在科學(xué)實(shí)驗和推理活動(dòng)中，即學(xué)習者要按照科學(xué)實(shí)驗的思路和標準系統地對各種假設作出檢驗，邏輯地操縱自變量，控制干擾變量，準確地觀(guān)測因變量的變化，并基于實(shí)驗結果作出合乎邏輯的推論。為保證發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的系統邏輯性，學(xué)習者需要積極地進(jìn)行科學(xué)推理活動(dòng)，而這些推理又是有根據、有邏輯依據的，而不是胡亂猜測。另外，系統邏輯的實(shí)驗推理活動(dòng)是與學(xué)習者對實(shí)驗推理活動(dòng)的自我監控密切相關(guān)的（融為一體的），學(xué)習者需要對發(fā)現學(xué)習活動(dòng)做系統的設計、監察和調節，使探索活動(dòng)成為嚴密的、有序的。當然，假設生成過(guò)程也在一定程度上體現了系統邏輯性，如各種變量條件間的邏輯組合等。
杜威在提出“做中學(xué)”的同時(shí)非常強調“反省性思維”，沒(méi)有思維就不可能有有意義的經(jīng)驗。“對于任何信念或假設性的知識，按照其所依據的基礎和進(jìn)一步導出的結論，去進(jìn)行主動(dòng)的、持續的和周密的思考，就形成了反省思維”，學(xué)習者所形成的判斷要建立在證據的基礎上。反省思維作為科學(xué)的思維，它意味著(zhù)思維活動(dòng)不是墨守陳規的，不是任性的，也不同于寄希望于偶然發(fā)現的嘗試錯誤。“做中學(xué)”要有反省思維做基礎，否則就可能成為玩鬧和盲目嘗試。
當然，這里強調思維活動(dòng)的系統邏輯性并不是排斥直覺(jué)思維，直覺(jué)思維在問(wèn)題解決中具有重要作用，然而，直覺(jué)思維所得出的判斷也應該進(jìn)一步經(jīng)受推敲和檢驗，看它是否合理、是否站得住腳，這種推敲和確證活動(dòng)對于深層理解的生成來(lái)說(shuō)是很必要的。
（三）基于發(fā)現活動(dòng)的反思概括（reflectivegeneralization）
發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的意義性、系統邏輯性都與學(xué)習者的自我監控密切相關(guān)，都依賴(lài)于學(xué)習者的自我計劃和監視。除此之外，基于發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的反思概括具有非常獨特的意義。學(xué)習者需要以發(fā)現學(xué)習活動(dòng)為基礎，有意識地進(jìn)行反省性抽象和反省性整合。反思概括包括三個(gè)基本環(huán)節（水平），首先，學(xué)習者要明確發(fā)現學(xué)習過(guò)程中的觀(guān)念聯(lián)想和實(shí)驗推理過(guò)程，包括對當前問(wèn)題的條件和目標的確認、所聯(lián)想起的相關(guān)知識經(jīng)驗、以及在此基礎上所進(jìn)行的推理、假設和實(shí)驗檢驗等，學(xué)習者要有明確的自我意識、自我覺(jué)察。其次，學(xué)習者要從這一過(guò)程中提煉出其中所包含的新理解或新策略，在適當水平上概括出其一般意義，考慮它在其它情境中的適當性。最后，學(xué)習者還要按照問(wèn)題解決中的推論路線(xiàn)邏輯地將新理解與基本原理及相關(guān)知識聯(lián)系起來(lái)，與事實(shí)資料聯(lián)系起來(lái)，將新策略與問(wèn)題特征聯(lián)系起來(lái)，對發(fā)現的結論作出整體性解釋?zhuān)瑢?shí)現知識經(jīng)驗的整合。皮亞杰曾強調，抽象，特別是反省性抽象是知識建構過(guò)程的重要機制。在這里，我們強調反省性抽象的重要性，并同時(shí)強調知識的整合。
應該說(shuō)，在有關(guān)基于模擬的科學(xué)發(fā)現學(xué)習的研究中，研究者已經(jīng)對其中的自我調節、自我監控問(wèn)題做了不少研究，但這些冠以“反思”（reflection）或“監控”（regulation）的研究所針對的主要是發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的計劃性、系統性，主要是學(xué)習者的自我計劃和自我監視，而計劃、監視的內容又基本局限在實(shí)驗設計和結果觀(guān)察上。這種自我計劃和監視是與實(shí)際的實(shí)驗推理活動(dòng)和意義解釋與理解活動(dòng)融為一體的，其目的在于提高這些活動(dòng)本身的水平。而本研究所強調的對發(fā)現活動(dòng)的反思概括（反省性抽象和反省性整合）是自我監控活動(dòng)中的另一重要側面，這是在實(shí)驗推理活動(dòng)和意義理解、解釋活動(dòng)的基礎之上進(jìn)行的，其目的指向于領(lǐng)域性知識和元知識的建構。
綜上所述，有效的科學(xué)發(fā)現學(xué)習活動(dòng)可能主要受三個(gè)內在條件的制約：發(fā)現活動(dòng)的意義性、系統邏輯性以及基于發(fā)現活動(dòng)的反思概括。發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的意義性所反映的是學(xué)習活動(dòng)的內容特性，它是新、舊知識經(jīng)驗相互作用的前提。系統邏輯性所反映的是學(xué)習活動(dòng)的形式特性，它使新、舊知識經(jīng)驗的相互作用得以積極、有序地進(jìn)行。在此基礎上，反思概括幫助學(xué)習者對所生成的新意義形成明確的意識，并依據思維的路線(xiàn)將有關(guān)的知識經(jīng)驗整合起來(lái)。上述這三個(gè)條件是相互制約的，知識的激活及深層聯(lián)系的生成往往依賴(lài)于主動(dòng)、系統的實(shí)驗推理活動(dòng)，而理解又會(huì )對實(shí)驗推理活動(dòng)起到引導定向作用，意義性和系統邏輯性是有效的反思概括的基礎。
四、計算機模擬環(huán)境中的學(xué)習支持設計
在利用計算機模擬促進(jìn)學(xué)習者的科學(xué)發(fā)現學(xué)習時(shí)，我們需要同時(shí)考慮如何為學(xué)習者提供必要的、有力的學(xué)習支持。如上所說(shuō)，有效的科學(xué)發(fā)現學(xué)習可能主要受三個(gè)內在條件的制約：發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的意義性、系統邏輯性和基于發(fā)現活動(dòng)的反思概括。若此，為科學(xué)發(fā)現學(xué)習提供的學(xué)習支持也應該從這三個(gè)側面來(lái)綜合考慮，可以設計三種相應的學(xué)習支持：（1）解釋性支持（interpretativesupport）：通過(guò)促進(jìn)學(xué)習者的意義理解和解釋活動(dòng)來(lái)提高發(fā)現學(xué)習的意義性。具體來(lái)說(shuō)，幫助學(xué)習者激活與問(wèn)題情境有關(guān)的背景知識，基于背景知識分析、理解問(wèn)題，形成假設，并結合有關(guān)概念原理對得到支持的假設作出解釋。（2）實(shí)驗性支持（experimentalsupport）：通過(guò)促進(jìn)學(xué)習者的科學(xué)實(shí)驗與推理活動(dòng)來(lái)提高發(fā)現學(xué)習的系統邏輯性。具體來(lái)說(shuō)，要幫助學(xué)習者了解科學(xué)實(shí)驗的設計思路和基本策略，引導他們明確實(shí)驗目的，作出預測，并在實(shí)驗之后對預測作出對照檢驗，明確實(shí)驗結果，合乎邏輯地發(fā)現所探索的規則。（3）反省性支持（reflectivesupport）：幫助學(xué)習者對意義理解和實(shí)驗推理的活動(dòng)過(guò)程形成更明確的自我意識，從中提煉、抽象出所獲得的新理解以及與發(fā)現活動(dòng)有關(guān)的規則策略，并與原有的概念原理結合起來(lái)，促進(jìn)學(xué)習者的反思概括。
從有關(guān)文獻來(lái)看，現有的研究對這三種學(xué)習支持都已經(jīng)有不同程度的涉及，這三種學(xué)習支持的作用得到了在不同程度的驗證。但是，現有研究主要集中在用以提高發(fā)現活動(dòng)的系統邏輯性的實(shí)驗性支持上，比如對實(shí)驗設計的引導提示、做預測、對實(shí)驗過(guò)程的計劃等等，在假設生成環(huán)節上所提供的學(xué)習支持也主要是著(zhù)眼于假設的形式規則，旨在提高假設活動(dòng)系統邏輯性，而非促進(jìn)學(xué)生的意義性理解和解釋活動(dòng)。針對發(fā)現學(xué)習的意義性所設計的學(xué)習支持主要是提供背景知識，而沒(méi)有進(jìn)一步考慮學(xué)生對問(wèn)題情境的理解，以及基于背景知識形成假設、解釋結果等?，F有研究對于發(fā)現學(xué)習的自我監控做了不少研究，但這些著(zhù)眼于自我監控的學(xué)習支持基本局限于對假設和實(shí)驗活動(dòng)的計劃和監視，其目的仍是提高發(fā)現學(xué)習活動(dòng)的系統邏輯性。Linn&Lehman在一定程度上涉及到了本研究所強調的反思概括，但沒(méi)有從領(lǐng)域知識獲得的角度對學(xué)習效果做考察，而只是研究了變量控制技能的發(fā)展。
為了從意義性、系統邏輯性和反思概括三個(gè)側面對基于模擬的科學(xué)發(fā)現學(xué)習進(jìn)行更全面、更結構化的考察，我們結合中學(xué)物理的教學(xué)內容設計開(kāi)發(fā)了模擬軟件，并通過(guò)三個(gè)實(shí)驗對上述學(xué)習支持的影響作了研究，實(shí)驗結果基本支持了上述理論假設，即意義性、系統邏輯性和反思概括在科學(xué)發(fā)現學(xué)習中具有重要的制約作用，在利用計算機模擬促進(jìn)科學(xué)發(fā)現學(xué)習時(shí)，應該根據學(xué)習者的具體特征，從這三個(gè)側面來(lái)綜合考慮學(xué)習支持的設計。當然，這些假設仍有待于在不同年齡段、不同學(xué)科內容中作更進(jìn)一步的檢驗，從而為計算機模擬學(xué)習環(huán)境的設計提供一個(gè)更有效的指導模型。
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