了解学习——学习心理学和学习科学
第四个对SC改革有重大影响的领域是学习研究，主要包括学习心理学和学习科学。前者是关于人类学习的心理学研究，后者主要是学习支持研究，即在学习研究基础上，研究如何利用各种技术设计出能支持学生有效学习的环境。因此前者是基础研究，后者是学习环境设计与支持性技术研究。
在20世纪80年代以前，学习研究还主要是学习心理学的事。但近30年来，随着大脑与心智研究变成当代学术发展的主要领域之后，脑科学、神经科学、认知心理学、认知科学、人工智能、认知哲学、人类学、社会学等学科，也都把学习当作重点研究领域。从以上三部分的介绍中可以看出，这些领域的进步已经对学习研究产生了巨大影响。然而有意思的是，面对这些“外来势力”的入侵，学习心理学的反应似乎迟缓。在经典的学习心理学教科书中，介绍的相关理论多是20世纪80年代以前提出来的，其后的重大成就很少。
与此相反，学习科学领域的进步却日新月异、引人注目。在计算机科学和信息革命支撑下，围绕学习环境设计和支持有效学习两个主题，产生了很多新思想、新理论、新方法和新技术。目前这个领域如火如荼，关于未来教育发展的大部分设想和预测，都来自这个领域，值得专章介绍。故本节只介绍学习科学的基本立场和主要思想，而把有关的设计思想与技术进步留到“技术与环境”部分介绍。
1.学习心理学
20世纪初至今的百年来，教育研究领域中最大变化莫过于主张把教学的重点从“教”转到“学”，让学生发展、学生学习、学习效果成为教育教学活动的中心。行为主义、格式塔心理学、认知心理学、建构主义心理学、社会建构主义心理学、发展心理学等六个学派都对这个转变做出了重要贡献。[66]
行为主义学派的代表人物是桑代克和斯金纳。该学派在1900年至1950年有很大影响。如前所述，行为主义为了追求研究的科学性，坚持把可观察性作为研究标准，故把行为作为唯一可接受的研究对象，反对把不可观察的心理活动纳入研究范围，故被称为行为主义学派。与此同时，受俄国科学家巴甫洛夫关于狗唾液分泌研究的影响，行为主义学派把操作性刺激作为手段，把“刺激—反应”作为基本研究模式，研究动物的各种习得行为。在行为主义者看来，学习就是外部环境刺激下行为的习得、强化与连接。桑代克认为建立刺激与反应之间的关联是研究学习的关键，因此他的学习理论被称为“连接主义”。他还发现重复刺激可以强化学习效果。从神经科学角度看，这是因为外部刺激促使大脑中形成相应神经环路，重复的神经刺激会导致髓鞘化，结果是神经环路及反应模式得到巩固，反应速度加快。后来斯金纳主张把复杂学习行为分解成简单的刺激/反应模式，然后把这些简单反应模式以合理的方式组织起来，实现程序化。他认为这是一种可以大大提高学习的效果和效率的科学方法。为此他创造了“学习科学”这个术语。然而，由于行为主义忽视了学习过程中大脑中实际发生的认知行为，结果在后来的认知革命中失势。但是，桑代克“重复会强化学习效果”的发现，对大学教学设计仍有重要意义。
前面已经介绍过格式塔心理学派和认知心理学，故不赘述。这里只是指出，格式塔心理学关注大脑能根据有限信息构造完整图式的能力，因此反对行为主义者把学习分解为片段的做法。认知心理学关注心智内部认知过程和知识的组织与结构，因此把学习理解为知识建构过程和信息处理过程。由于20世纪上半叶行为主义在美国占据主流地位，因此格式塔心理学和认知心理学先在欧洲发展起来，并最终影响美国。
了解了认知心理学的基本情况，再看建构主义心理学就容易很多。建构主义心理学派也和皮亚杰有关。皮亚杰认为在认知中，人创造认知图式和认知模型来表征外部世界，通过同化与顺应来调整认知模型，以达到和外部世界的平衡。经过20世纪60年代的认知革命后，大脑主动建构的特点被突出出来，形成建构主义。在建构主义看来，人不是被动的接收信息者，而是自己知识的主动建构者，并在学习过程中重组自己的认知结构。也就是说，对建构主义者来说，学习不是被动的知识获取过程，而是学习者主动的知识建构过程。这个思想是革命性的。正是这个思想，对SC改革产生了重要影响。甚至可以说，建构主义学习理论是SC改革的直接理论基础。此外，建构主义也把学习者的责任感和主动性放在空前重要的地位，学习者的动机和自律成了有效学习的闸门。研究发现，学习者的动机与情绪对学习过程和学习效果有重大影响，因此动机与情绪对学习的影响，成了SC教学改革的重大问题。
第五个对SC改革有重大影响的领域是社会建构主义。社会建构主义与苏联心理学家维果斯基有关。维果斯基生于1896年，因肺结核死于1934年，仅38岁。他的青年时期正值苏联十月革命时期，而且他在38岁就去世了。在大学读书期间，他除了学习心理学和教师教育，还学习了医学、哲学、历史和法律等。他接受了辩证唯物主义思想，认为文化社会环境对人的心智发展有重要影响。他强调人与社会环境之间的辩证关系对人的学习和发展有决定性作用。这构成了他的社会建构主义的思想。
其主要观点包括：[67]社会交互至关重要，知识是在社会性互动中构建的；②人通过社会交互中的行为内化（发展内部表征）和心理运作来发展自我调节能力；③人是通过学习语言、符号等文化工具来发展的；④语言是最重要的工具，语言发展是从社会语言发展到内部语言，再到隐语言。［40］
然而，这位才华横溢的心理学家1934年因肺结核去世，他的英年早逝使他的理论很快就被忘记了。直到20世纪60年代认知革命爆发，欧美学术界才重新注意到他的理论。1978年他的文章被结集翻译出版，其思想才比较全面地被西方学术界了解，并产生了重要影响，最终形成了社会建构主义学派。①
社会建构主义学派对SC改革的影响主要有3个方面：①社会与文化是学习的资源。语言与社会文化知识是学习的对象和资源。在进化中人脑发展出了专门的语言功能区和语言学习模块。作为表征的语言对心智发展极为重要，掌握相关语言是发展相关心智能力的关键，因此，语言是观察心智能力发展的一个可靠指标。②人在社会中通过社会互动进行学习。为此大脑发展出专门的镜像神经元系统，负责人与人之间的理解、学习与模仿。社会互动学习是交互式学习、合作学习、团队学习等学习理论的基础。③学习的情景性。学习是在社会场景中进行的，学习是学习者和社会场景之间的互动，因此学习效果受到社会场景的影响。根据这个思想，学习的情景化与有效学习环境设计的重要性被突显出来。设计能满足所有学习者的有效学习环境，是学习科学的主要领域。
维果斯基还提出了“最近发展区”概念。他把最近发展区定义为“实际发展水平和潜在发展水平之间的差”。前者由学生能独立解决问题的能力决定，而后者由在教师或他人帮助下能解决问题的能力决定。因此，学习被定义为学生在教师指导和他人帮助下通过最近发展区，把发展潜力变成实际能力的过程。
最近发展区理论为SC改革中的一系列重要概念和实践提供了基础：①交互式学习。学习是在师生之间、生生之间、师徒之间的交互性活动。在交互中学生学习建构自己的认知模型、发展解决问题能力。②“学习脚手架”。教师指导或他人帮助是学生学习的“脚手架”（Scaffolding）。“脚手架”这个术语的好处是，它指在学生需要时，为其提供及时而适当的帮助。没有这种帮助，学生会遇到学习困难。但“脚手架”还指这些指导和帮助都是临时辅助性的。一旦学生学会，脚手架就要被拆除，以便让学生独立发展。③“适度挑战”，即“学生跳一跳就能拿到”。如果无论如何都学不会，就不在最近发展区了。据此有人根据学生的学习感受画三个同心圆，从内向外分别称为舒适区、发展区和恐怖区。学生能独立完成学习任务时他在舒适区；学生无论如何都不能学会时他在恐怖区；两者之间就是最近发展区。教学的任务是把学生从舒适区带到发展区，但别送到恐怖区。
最后是发展心理学。发展心理学的主要思想是，人的认知不是先天固定的，而是会出现发展性变化。有人认为这种发展性变化没有明显的阶段性，如布鲁纳；也有人认为有明显的阶段性，如皮亚杰。目前后者是主流观点（见图9）。
根据发展阶段论，每个特定年龄段都有其特定的发展任务，特定发展任务约制着学习与发展的内容与方式。学什么、和谁学、在哪学、为什么学、如何学等，都与发展阶段任务有关。例如，青春期大脑发展的特点是前额叶成熟、理性思维能力增强，因此青年最好到大学接受教育，通过大学学习和校园生活，最大限度地发掘自己的潜力。而大学教育的重要任务则是，通过各种课程的学习，帮助大学生建立起专业、社会、人生等领域中的基本认知框架。在大学生学习理论知识的过程中，培养他们的理性和理性思维能力，使他们为未来的成人生活做好准备。由于青春期大学生在身体、情绪、心智等方面都达到顶峰，因此可以承受较高强度的学习和训练。大学可以给学生较大的挑战，以激发他们的发展潜力，如此等等。
在综述了学习心理学百年发展后，OECD专家组的德科特（E.de Corte）总结了促进学生有效学习的6个要素：①学习是学生的知识建构；②学习需要学生自律；③学习是情景相关的；④学习是合作的；⑤学习是积累性的；⑥要关注学生的个体差异。［41］(https://www.daowen.com)
但我认为还应该加上两个：①学习是活动。应设计一系列活动让学生动起来，通过活动促进学生有效学习。②学习是经验。学习是学生与环境之间的经验互动。在互动经验中，学生得以构建认知模型，培养思维与专业能力。
把这8个要素按重要性排序，应该是：知识建构、自律、活动学习、经验性、情景相关、合作学习、积累性、个体差异。从这8个角度进行课程设计和教学，可以促进学生有效学习。
2.学习科学
学习科学（Learning Sciences，LS）是由一批致力于“利用知识和技术改进教育”的研究者和实践者群体联合创立的。1983年美国西北大学建立第一个学习科学博士点，1988年创办第一个学习科学研究所，1991年创办了研究期刊《学习科学》，2002年成立国际学习科学协会（ISLS）。2006年出版和2014年再版的《剑桥学习科学手册》是学习科学协会主编的一个主要的基础读物。
据ISLS统计，目前该协会成员所属专业领域包括人类学、人工智能、认知科学、计算机科学、教育科学、信息科学、语言学（主要是社会语言学与计算语言学）、神经科学、组织科学与系统科学、哲学、心理学（主要是教育心理学和社会心理学）、社会学等。显然，学习科学的研究领域已经超越了学习心理学的范围，成为一个着重强调以设计和技术来促进教育改进的多学科研究领域。
根据《剑桥学习科学手册》（第二版）主编索耶（K.Sawyer）的看法，学习科学有两个主要发展方向：[68]关于人如何以独立和合作的方式学习，各种社会与组织环境如何能有效促进学习的基础研究；②如何利用信息与交流技术（ICT）以及计算机支持条件下的合作学习（CSCL）技术，通过设计新的学习环境来促进有效学习。①前者属于基础研究，后者属于实践研究。
作为一个学术群体，学习科学对后者更感兴趣，即如何运用技术和设计来创造有效的学习环境。因此索耶在第二版序言中干脆称学习科学是一个“设计科学”（Design Science），一个关于“如何把学习科学用于设计出更加效的学习环境”的研究领域。由此可见“学习科学”的学术倾向性。
事实上这个定位非常独到且极富生命力。尤其在当今信息革命大潮支撑下，如何利用设计与技术手段，创造出“以学生为中心”的、能帮助学生更有效学习的学习环境，确实构成了一个既有学术价值又有商业价值的重要领域。目前很多商业公司都在这个领域大笔投入，希望未来能在教育大市场上攻城略地。也因此，在所有关于学习的研究领域中，学习科学是思想最活跃、资源最丰富、发展最迅速的领域。当前很多关于未来教育发展的预测与设想，都来自这个领域。从目前的发展看，有理由相信，在信息技术革命和人工智能革命支持下，学习科学领域的发展会很大程度上改变目前高等教育的业态。因此有必要专门介绍。故这里仅简要介绍其基本立场和思路，而把技术性发展留到“技术与环境”部分介绍。
学习科学有4个基本假设：①学习是学习者的自我知识建构，学习必须由学习者自己完成。在这个过程中，其他所有因素都只能起辅助作用。②学习是学习者与学习环境之间的互动。包括教师在内的所有一切，都应被看成学习环境的一部分。③学习是脑适应环境的基本方法，大脑随时随地都在适应性学习。学校学习只是学习经验的一部分，校外学习和非正式学习也都是学习的重要组成部分。④学习是在互动中实现的，社会文化因素和学习情境对学习至关重要。
学习科学还认为，学习科学应该和工程科学一样，要有明确的研究目标、在真实环境中研究、其效果要可以评估、结果能大规模应用。在研究中要遵循“问题—设计—实施—评估—再设计”的循环。然后反复迭代，直到达成目标。索耶把这称为学习科学的“工程取向”。据此，为学习而设计（Design for Learning）成了学习科学方法论的基本原则。
在这些假设下，如何围绕学生学习，设计和营造出能帮助学生有效学习的学习环境，就成了学习科学研究的中心问题。研究包括两类：①围绕“人是如何学习的”这个基本问题进行的基础研究；②以“能有效促进学习并能大规模推广的学习环境设计和教育技术发明”为中心，组织应用研究。根据索耶的看法，学习环境设计和有效技术支持是学习科学研究者们特别关心的问题。显然，学习科学可以合理地称他们是“以学生为中心”的，因为他们的工作模型是把学生放在学习环境的中心。
还值得一提的是索耶对学习心理学、教育心理学、学习科学三者的看法。索耶认为，学习科学与前二者有根本的不同，因为：①学习心理学和教育心理学研究主要是为了生产理论而不是改进实践，但学习科学完全是以改进实践为目标的；②学习心理学和教育心理学之间经常彼此怀疑，很少相互合作，但学习科学强调不同学科之间的合作与协同。［42］索耶的这个看法很有意思，一是它说出了目前学习心理学和教育心理学界在欧美的分裂状态，二是它部分解释了为什么知识界对认知与学习的研究突飞猛进，但对学校实践的影响却非常有限。希望类似情况不要在中国上演。
在当代学习科学研究和现代技术条件支撑下，设计出能促进学生有效学习的学习环境，这确实是一个非常刺激想象力和创造力的问题。“为学习而设计”或“设计学习”成了学习科学的有力口号！这个口号把“设计”概念变成了学习科学方法论的核心，必然对学习环境设计研究产生重要影响。
但这个思想似乎是受斯坦福大学教授、著名设计专家凯利（David Kelley）的思想影响，是凯利的“通用设计”思想在学习科学领域中的应用。
凯利是苹果公司的主要产品设计师，参与过苹果公司很多产品的设计。他提出了一个设计理念。他认为设计不是一个工作，而是一种思维方式，是一种以人为中心的、通过创造来解决实际问题的思维方式。设计思维可以用于任何以问题解决为目标的领域中去。因此，他认为应该把设计从工程领域中解放出来，用于所有领域。他把这个思想称为“通用设计”（Universal Design）理念。他还总结了一套通用设计模式，包括五个步骤：发现客户需求、界定要解决的问题、寻找解决思路、形成解决方案、效果测试。然后不断迭代修改，直到满意为止。
1980年在乔布斯的支持下，凯利到斯坦福大学创办了斯坦福设计学院（D School），在那里用他的思想和方法培养各色人等以设计方式解决问题。此后他的通用设计思想开始风靡美国。这个思想显然影响了学习科学。2006年首版时，《剑桥学习科学手册》还没有把“设计”作为主要重点，但到2014年第二版时，“设计学习”已经成了学习科学的核心特征。这个变化反映了学习科学10年来的主要变化。通用设计思想和学习环境设计等内容，将在“技术与环境”部分讨论。
总之，当代学习科学研究发展迅速、成果丰硕。学习科学已经向我们展现了一幅令人激动的蓝图。所有研究都表明，我们正在迈入一个技术革命和学习革命的新时代。正如中国学习科学研究的拓荒者、华东师范大学教授高文所说，“当今世界正面临着一场‘学习的革命’，我们将彻底改革几个世纪以来人们习以为常的、旧的、传统的教育观念和教学模式，创造出一种在真正意义上尊重人的主体性、激发人的创造性、相信并注意开发人的潜力、促进人与人交际合作的崭新的教育观念和学习模式”。［43］