认知工具促进学习――电子表格视角

[摘 要] 本文从“用信息技学习”观点的角度,阐释认知工具之一――电子表格在学习活动中如何促进学习.进而提出在学习活动中,电子表格的创建指导.引导学习者有效地运用电子表格进行有意义的学习.

[关 键 词 ] 认知工具 用技术支持学习 电子表格

一、认知工具

(一)从learning from technology到learning with technology

从learning from technology到learning with technology,也就是说从“信息技术中学习”转变到“用信息技术学习”.在前者观念中,信息技术充当的只是信息的承载根据,信息的载体.学习者只是从信息技术中学习信息技术所承载的信息.后者的主要思想则是,信息技术充当的是学习工具、认知工具的角色.与学习者的关系是智能伙伴关系,不再只是简单的信息承载体.

(二)认知工具是智能伙伴

所谓认知工具是以计算机为基础的帮助学习者发展批判性思维与高阶思维的工具或学习环境（Jonassen,1996） .

learning from technology 到learning with technology教学设计中技术观念的转变,要求学习者不再是从技术中学习而是以技术作为学习工具.学习者使用技术的方式应该是从“技术作为老师”转变为“技术作为伙伴”.学习者和技术应该是成为智能伙伴关系.

认知工具则是这种技术观下的参与和促进学习者认知过程,处理复杂的认知活动和批判性思维的计算机工具.在学习过程中,充当学习者的智能伙伴,使学习者更出色地完成学习任务.

二、电子表格作为认知工具促进学习

电子表格是Jonassen提出的认知工具中动态建模工具的主要成员之一.电子表格是利用计算机对信息进行存储、计算、呈现和预测的软件.常用的电子表格软件有：Microsoft Excell、Gnumeric、金山电子表格、文华电子表格以及Google推出的网络电子表格等等.电子表格要求学习者使用现有规则,制定描述关系的新规则,编写数字和公式对信息进行组织.电子表格是使用规则的工具,因此要求使用者成为规则制定者（Vockell & Van Deusen）.

电子表格在学习中的运用颇多,如：运用电子表格为血液分析的实验室项目提供支持；电子表格在化学滴定实验中的应用：分析数据,绘制滴定曲线；运用电子表格分析食盐浓缩及其在水化状态；运用电子表格支持物理抛物线运动的学习；在地理科学中,运用电子表格对某城市降雨量和温度进行分析；在语言教学中,运用电子表格来理解字典中,英文、拼音的排序问题；等等.

(一)电子表格作为支持知识建构的工具

学习的本质就是学习者建构自己的知识的过程.电子表格作为支持学习者知识建构的一种认知工具,除了能表征学习者知识以为还能能将知识视觉化、结构化,有助于学习者把握知识的全貌,分析概念、数据间的联系.

在使用电子表格的学习过程中,一般是让学习者将学习内容绘制能表单.学习者一般会使用比较简练、逻辑性很强的语言.这就方便知识在学习者的头脑中形成图示,有助于记忆所和理解要表达的内容,进而将新旧知识融会贯通.在电子表格中使用逻辑的方式组织信息,可以版主学习者吸收新知识、应用新知识.

(二)电子表格作为探索知识和交流的信息工具

电子表格给学习者提供了强大的搜索功能,除了提供表单信息查询、数据库查询以为,还为学习者提供Web 查询功能,旨在为学习者提供更多的信息.学习者在此信息充沛的环境中对各种观点进行比较.

在学习过程中,与他人合作是非常重要的.电子表格提供的连接、导入外部数据促使学习者与其他学习者进行交流与合作.在学习团队中讨论并形成观点,因此电子表格同样也支持学习者之间的信息交流与对话.

(三)技术作为背景支撑做中学

当学习者创建表单的同时也建立起了真实世界的数值模型.电子表格几乎能用来为数学和自然科学中的所有问题和现象进行建模.学习者可以利用描述、模拟有意义的真实世界的问题、情景和情境.如图1,电子表格支持的物理抛物线运动实例.学习者利用电子表格描述重力、角度和初始速度对物体轨迹的影响.这就给学习者提供了一个模拟的抛物线运动的实验环境,让学习者理解更改其中任何变量都会引起轨迹的变化.这就给学习者定义一个安全的、可控的问题空间,使得学习者更好地理解问题,进而解决问题.

(四)电子表格作为反思工具

反思是对于任何所依据的理论检测设及其趋于达到的进一步结论而进行自动的、持续不断的和周密的思考（Dewey,1993）.反思工具是指支持设计者实施反思过程的思维辅助手段、方式或方法.电子表格为学习者提供呈现知识功能,清楚地表达并呈现学习者所掌握的知识.在这个过程中,学习者反思自身学会的以及是怎样学会的,支撑学习者对意义的个人表述.

(五)电子表格分担学习者认知负荷

在完成任务过程中,学习者工作记忆系统需要进行加工和保持的信息总量叫做认知负荷（Sweller）.认知工具负担认知负荷,支持低层次认知技能学习,这样就能为发展高阶思维提供资源.运用电子表格进行的学习活动,有助于减轻学习者的认知负荷.

1.电子表格是计算器,

电子表格可以用来分担与计算器相关的认知活动.学习者不需要再为计算而费劲心思,并且还要为准确性而烦恼.使用电子表格来完成计算过程,从而使学习者更有精力来理解有电子表格所计算出来的无误的数据.

2.电子表格使数据可视化

电子表格可以将内容可视化,使之成为可视化工具.学习者可以将自己绘制的表单在电子表格中自动地生成各种不同的图表,形象直观地表示数据之间的关系.如：柱形图、条形图、饼图、圆锥图等.

3.电子表格可以轻松使用各种函数

电子表格内包含各种函数,常用函数、三角函数、财务函数等等.在处理数字问题的时候,学习者常陷入大量的数字运算中,从而忽视了真正要学习者所解决的问题.利用电子表格,学习者只要掌握数字解决问题的步骤,而且更容易使学习者理解运算法则、函数公式的运用.从而提高数学思维能力.

(六)产生认知留存

学习者利用工具进行学习的时候会产生认知留存,技术在没有这些工具的情况下完成任务,认知留存能够很好地为学习者怎么写作.学习者在使用电子表格的时候会产生认知留存现象.也就是说,学习者在使用电子表格进行数据操作的时候,会产生与电子表格有关的认知留存.

三、在学习活动中电子表格的创建指导

电子表格作为一种认知工具,能够参与一系列的脑力活动,如设计、使用、填写值或公式的过程,要求学习者利用现有的规则,产生新的反映内容关系的规则,组织信息.将其应用在教学中具有极大的优势.

在学习活动中,电子表格的创建指导包括如下几个方面：

(一)确定主题、创设情境

如果学习缺乏相应的情境,那么所学内容就很难有意义,也很难记得牢 .例如,在世界人口日那天,学习者在人口增长模拟中弄清楚人口增长的因素,确定影响因素以及相互的关系.使用电子表格提出和描述问题情景.

(二)为学习者提供电子表格模板

在任务的开始,或者是学习的初级阶段,为学生提供一个模板是很重要的.如图1示例,学习者利用电子表格描述重力、角度和初始速度对物体轨迹的影响.这就得为初学者提供了一个模拟的抛物线运动的实验环境,也是就电子表格模板.学习者可以通过此模板来了解影响抛物线晕倒的因素以及如何影响.

(三)设计新的电子表格

当学习者能建构自己的模型来描述学习内容,这说明学习者深刻地理解了学习内容.在这个过程中,学习者要解决需要的数据、公式、函数、变量关系等一系列问题.在此基础上,从而提出、生成新的模板.

(四)对已有的电子表格进行改编

在熟悉内容的前提下,学习者对已完成的电子表格进行完善或者改编.在此过程中,学习者可以对已有的电子表格进行增加数据、生成图表、修改变量、增加变量、导入外部数据等一系列操作.

(五)反思

反思是在学习过程中,学习者不断回顾自己的进程的活动.填补模板数据、设计新的模板这些过程可以使学习者进行有意义的思考,反思巩固学习者建构的知识.

四、总结

电子表格作为认知工具在学习者学习过程中扮演参与者和帮助者.学习者在建构和使用电子表格的时候,需要运用已有的规则,产生新的规则来描述关系和重构知识.电子表格为待解决问题建立模型；将信息可视化、结构化；减轻学习者认知负荷；产生新的认知留存,为其他认知活动做铺垫.

参 考 文 献

[1]Cognitive tools.[DB/OL] . edutechwiki.unige.ch/en/Cognitive_tool.2009-06-10

[2]ＤＨ乔纳森著；顾小清等译．技术支持的思维建模：用于观念转变的思维工具[M] ．上海：华东师范大学出版社．2008.56

[3]ＤＨ乔纳森著；顾小清等译．技术支持的思维建模：用于观念转变的思维工具[M] ．上海：华东师范大学出版社．2008.117

[4]钟志贤．面向知识时代的教学设计框架――促进学习者发展[M] ．北京：中国社会科学出版社．2006.253

[5]成丽娟．认知工具的理论与教学应用研究 [D]：［硕士学位论文］南昌：江西师范大学,2005：37

[6]钟志贤．面向知识时代的教学设计框架――促进学习者发展[M] ．北京：中国社会科学出版社．2006.191