Hur Henry morisson inflytande läroplanen mönster?

Vår nuvarande kunskap om de kognitiva processer som ligger bakom
människors lärande gör Kognitiv psykologi att erbjuda värdefulla
guider till utformningen av kursplaner i skolämnen. Detta
artikeln sammanfattar några principer av läroplanen design dras ut
av denna litteratur som har använts mycket framgångsrikt på
högstadiet undervisning i matematik och naturvetenskap, med hjälp av den
allmän plan för lärande från exempel och genom att göra. Artikeln
gör inte anspråk på unik effekt för denna specifika metod, men
visar hur erfarenheter från att anlita teorin av adaptiva
produktionssystem ger konkreta praktiska råd för
att uppnå effektivt lärande med förståelse.
**********
JL. av datorer i matematik och naturvetenskap undervisning (2003) 22.4, 285-322
Utformning av kursplaner på grundval av grundläggande kognitiv teori är en strävan av lång stående. Inom det gångna halvseklet, Henry C. Morrison (1934), från sidan av utbildning och Robert Gagne (1970), från sidan av psykologi, närmade sig design uppgiften genom att analysera materialet läras in i dess enhetliga delar. Liknande analys utfördes av Skinner och hans anhängare med teorin om operant betingning.
På de senaste två decennierna, har utvecklingen av datorteknik och artificiell intelligens stimuleras en ny våg av aktivitet i läroplanen design för datorstödd undervisning. Datorbaserade läroplaner ta sådana skiftande former som intelligent tutoring systems (dess) (Anderson, Corbett, Koedinger, & Pelletier, 1995), hypertext lärande miljöer, inklusive multimedia uppslagsverk och läroböcker (Raymond & Tompa, 1988; Jacobson, Maori, Mishra, & Kolar, 1996), teknik-stött lärande gemenskaper (Warren, 1997) och telematik för distansutbildning (Oliver & Reeves, 1996).
I parallell mode, har modern Kognitiv psykologi sporrat forskning om läroplanen design baserad på en mängd olika kognitiva teorier om lärande (Rabinowitz, 1993; Elmore & Tennyson, 1995. Spada, 1993; Arruarte, Fernandez-Castro, & Greer, 1996). Flera projekt för forskning och demonstration har särskilt visat hur studenter kan skaffa kunskap effektivt från exempel och problem lösa, använder adaptiv produktionssystem som deras modell av kunskap och skicklighet förvärv och som grund för att utforma de exempel och problem används för att implementera läroplanen. Bland tidiga studier analysera lärande inom ramen för adaptiv produktion är system Anzai och Simon (1979), Neves (1978), och Newell och Simon (1972). Två senare exempel, hämtade från betydligt flera, är den fortsatta projekt och program av Anderson, Boyle, Farrell, och Reiser (1987) och VanLehn (1987).
Den empiriska grunden för denna rapport
I samma anda framkallade Zhu och Simon (1987), med sina medarbetare i en Beijing offentlig skola, en hela treårig gymnasieskola läroplanen i algebra och geometri som aktiverade eleverna att "lära av exempel och göra" (hädanefter LFED), med ett minimum av exposition och ingen direkt anvisning. Med denna metod studenter först skaffa nya produktioner genom att undersöka genomarbetat exempel och sedan använda dem för att lösa nya problem och ta emot feedback som ger vidare lärande (1).
Denna läroplan följs för närvarande av över 20 000 studenter i Kina. Instruktions experiment har visat att det är mycket effektivt i jämförelse med traditionella metoder (Chen, 1999. Zhu & Lee, 1998; Zhu, Lee & Zhu, 1998). Värderingar för eleverna i klasserna experimental överträffat väsentligen de av sina kamrater i kontrollgrupperna. Skillnaderna var inte bara statistiskt signifikanta men av praktiskt viktigt omfattning. Ett experiment i att undervisa principerna om flytkraft i fysik med LFED var lika effektiv (Zhu, Nan, & Simon, 1994; Zhu, Lee, Simon, & Zhu, 1996).
Olika tryck artiklar rapporterar detta arbete och resultaten har publicerats i den kinesiska pedagogiska härold (den officiella kinesiska utbildning tidningen), väcka stort intresse. En volym, samla in rapporter om erfarenheter av instruktörer som har varit engagerade i experiment, har varit publicerade (LFED Research group, 1999).
Denna artikel
I denna artikel beskrivs hur teorin om lärande från exempel kan styra utformningen av kursplaner och diskutera ett antal principer för curriculum design från teorin. Kanske borde vi kalla dem "heuristik" istället för "principer" som är avsedda som riktlinjer, och inte som obönhörliga lagar.
Många av principerna är välbekant och överlappande avsevärt med de som har varit anställd i andra framgångsrika projekt av detta slag. (2) det skulle vara oroande om de inte var som det skulle innebära att de inte var mycket viktigt att en läroplan effektivitet. Alla grupper som arbetar i den här domänen rita på samma gemensamma organ av teori och experiment.
Även om bevisen visar det väl utformade kursplaner för lärande från exempel är effektiva, andra metoder kan vara lika eller mer effektivt under vissa förhållanden och med tanke på svårigheterna att bedöma pedagogisk förfaranden, effekten av någon metod kan, i bästa fall tilldelas endast ungefär till dess specifika komponenter. Så denna artikel gör inte anspråk på unik effekt för en viss metod, men syftar till att visa hur teorin om adaptiva system ger konkreta praktiska råd för effektivt genomföra lärande metoden.
I anvisningen av LFED, har ett antal variant förfaranden föreslagits. Till exempel, även om vår strategi och Andersons (Anderson et al., 1995) handledning datorsystem har gemensamma ursprung, vi är ledde till något olika recept på olika dimensioner. Till exempel lägger vi större tonvikt på lärande av produktioner (ledtrådar) som den centrala lärande mål, och mindre vikt vid målet-driven åtgärder. och följaktligen bör vi uppmuntra sökning framåt styrs av relativt specifika ledtrådar som bakåt Sök styrs av mål. Denna inriktning återspeglar bevis att framsteg från nybörjare till expert status är associerad med en gradvis övergång från arbete-bakåt (målinriktad) metoder att arbeta framåt (erkännande) metoder (Bhaskar & Simon, 1977; Simon & Simon, 1978, Langley 1985, Langley, Bradshaw & Simon, 1987, Langley, Shrager & Saito, i pressen).
Vi också inför inte, generellt, ett inledande skede att förvärva deklarativ kunskap som måste sedan omsättas i processuella kunskap, men design läroplanen för direkta förvärv av kunskaper, även begreppsmässig kunskap, i form av regler. Viss uppmärksamhet ges till att hjälpa eleverna lära sig att uttrycka viktig kunskap deklarativt, men vi specifikt utvärderats inte nyttan av detta steg för generalisering och efterföljande lärande. Skälen till dessa särskilda val visas som vi, men vi gör inte anspråk på att det finns hårda bevis för att välja bland alternativen på denna detaljnivå. Vi först införa adaptiv produktionssystem och metoder för att bygga och utarbeta villkor för produktioner (CEC), och sedan diskutera principerna för instruktions design som följer från dessa metoder och som har motiverat verksamheten läroplan-byggnaden.
ADAPTIVA SYSTEM OCH CEC
Aktuella kognitiva teorier med bra empiriskt stöd, postulerar att vetskapen om att aktivera skickliga prestanda lagras i hög grad som produktioner: om-så uttalanden som består av en uppsättning villkor följt av en uppsättning åtgärder, och vanligtvis designerat C-> A. när villkoren i en produktion är uppfyllda, är åtgärderna framkallat och utförs. Ett enkelt exempel på en produktion är:
IF (1) målet är att utföra aritmetiska beräkningar, och
(2) det finns en sekvens som består av ett tal följt av ett plus
tecken följt av ett tal följt av ett likhetstecken (t.ex. 6 + 3
=);
Skriva, till höger om de är lika med logga, summan av siffrorna
som ligger till vänster om likhetstecknet.
En person som har denna produktion som lagras i minnet och är kommer att att slutföra matematiska ekvationer (villkor 1), läsa eller höra sådan följd (villkor 2), Lägg de två numren (säga, 6 och 3) och skriva summan, 9. På detta sätt kan problemlösning färdigheter vara inbakat i produktioner. För att lösa ett problem, måste en känna igen de villkor som definierar problem samband och då utföra de åtgärder som väljs ut av dessa villkor. Ett system är en uppsättning produktioner av detta slag, tillsammans med vissa regler för att välja som produktionen ska köras när mer än en uppsättning villkor är uppfyllda (resolution lagvalsregler).
Två centrala hypoteser utgör grunden för att utforma läroplaner baserade på studier av genomarbetat exempel: (a) att färdigheter kan representeras av produktioner och (b) att dessa produktioner kan lära sig effektivt och med förståelse genom att studera lämpliga exempel och/eller genom att lösa problem. Ett produktionssystem som kan lära dig genom att ändra sig, att ändra sina produktioner och lägga till ytterligare en till minne, kallas en adaptiv produktionssystem (APS).
Studenten beskrivs som ett adaptivt produktionssystem (APS)
Tanken att en student kan beskrivas som en APS som en ny metod att processerna för mänskliga problemlösning och lärande och pedagogiska förmåga att lösa problem. Vår uppgift i den här artikeln är att visa hur man identifierar processer för att lära sig lösa problem i en viss domän genom att ange produktionssystemet som ska läras. Om vi kan ange ett sådant system, kan vi använda den för att utforma en rad problem och genomarbetat exempel där eleverna kan lära sig att lösa problem i den här domänen.
En tidig tillämpning av denna inställning till skolämnen var APS med metoden LFED, tillverkade av Neves (1978), som gjorde en dator att lära sig hur man kan lösa linjära ekvationer i algebra. Kort därefter används Anzai och Simon (1979) torn av Hanoi problemet att ytterligare utforska hur APSS kan, genom att lösa problem, bygga produktioner som konkretiserar domän-specifika kunskaper. Zhu och Simon (1987) och Zhu et al., (1994, 1996) installerats dessa idéer till praktiskt skolar anvisning. Analysera i detalj elevernas processer för LFED inom sådana områden som algebra, geometri och flytkraft fann de att eleverna inte bara lärt sig att lösa specifika problem, men även förvärvat strategier och heuristiska regler för att överföra sina kunskaper till nya problem.
Anderson (1983, 1985, 1987), Anderson, Boyle, Corbett & Lewis (1990), Anderson et al. (1987), Anderson et al. (1995), även med produktionssystem som modeller av studenternas kunskaper, konstruerade datorstödd undervisning (CAI) system som var mycket effektiva i att undervisa sådana ämnen som geometri, algebra och LISP programmering. Basera sitt arbete på vad de kallade Adaptive Control teorin (ACT), antas Anderson et al. (1990) att kunskap är först förvärvade deklarativt, och sedan omvandlas till förfaranden av sammanställning. Således, studenterna först lära sig verbala propositioner, och sedan omvandla dem till kompetens i form av produktioner--uppfatta signaler och svarar på dem. Enligt denna teori, en student skulle först lära sig påståendet: "Om de tre sidorna i triangeln A är lika med de tre sidorna i triangeln B, trianglar A och B är lika."
Studenten skulle sedan konvertera detta till förfarandet: "om sidorna a, b, c i triangel A är lika med sidor en ', b ', c' triangel B, respektive; SEDAN lagra påstående: "triangel A = triangel B'"
Efter Neves (1978), Anzai och Simon (1979), och Zhu och Simon (1987), vi förutsätta att produktionsreglerna kan förvärvas direkt, utan att första lära sig deras deklarativa motsvarigheter. Våra protokoll analyser visar att från början av lärande, processer studenter användning för att förklara exempel och problemlösningar genom att rita på tidigare förvärvade kunskaper också används för att förvärva nya domän-specifika produktioner. I den efterföljande problemlösning, studenterna generalisera produktioner för bredare tillämpning och specialisera sig dem för att hantera särskilda lektioner effektivt (Zhu m.fl., 1994. Zhu m.fl., 1996).
Huruvida det är bäst att förvärva deklarativ kunskap som ett mellansteg innan förvärva nya produktioner eller att förvärva produktionerna direkt är fortfarande en öppen forskningsfråga. Våra klassrum experiment har visat att undervisning produktioner direkt från exempel är effektivt.
Utvinna produktioner från exempel
Lösa linjära ekvationer i algebra illustrerar lära en färdighet genom att extrahera den nödvändiga produktion från exempel. I det här fallet fyra steg är obligatoriska (antar vi att studenten redan är vana att förenkla algebraiska uttryck när det är möjligt). Studenten har lärt sig, bara tidigare att stöta på i det här exemplet att om samma mängd läggs till eller dras från en ekvation, eller båda sidor är multiplicerade eller delad med samma kvantitet (men inte dividera med noll!), lösningen på ekvationen skall vara oförändrade.