协作学习作为一种重要的学习方式被广泛应用于课堂教学,但在实际教学中仍面临协作分工不均、学习者学习投入低等问题,为学习者分配角色则可以增强他们的协作意识和责任,推动协作学习的顺利进行。已有研究表明角色设计对协作学习有积极影响,在一定程度上能够促进学习者的认知投入,但相关研究仍存在一些局限,例如较少探讨角色设计的策略,且认知投入大多采用量表方式进行测量,测量结果主观性较强。基于此,为提高小组协作学习的认知投入,本研究以协作角色理论、ICAP认知分类理论及群体动力学理论为基础,从实际教学问题出发,构建角色设计框架,结合认知投入编码框架,利用社会网络分析法、内容分析法及认知网络分析法开展了三阶段角色设计策略的迭代研究。无安排角色阶段的结果表明,在交互网络与认知投入方面,组长与组员之间存在较为明显的角色差异。本阶段不对学习者进行角色干预,研究发现协作小组内部均自行设立了组长。社会网络分析结果显示,小组的核心人员为承担组长角色的成员;认知投入分析结果显示,协作小组中出现较多的认知投入行为主要是建构行为,主动行为与交互行为出现较少,组长的认知投入情况明显优于组员;访谈结果进一步表明,学习者认为组长承担了大部分的协作任务。因此为改善该情况在第二阶段尝试加入角色设计。角色设计阶段的结果表明,通过实际协作问题来进行角色设计,有利于改善协作小组的交互情况及认知投入情况。本阶段依据协作角色分类框架及角色形成条件框架构建了角色设计框架,结合第一阶段发现的问题,确定了协调者、问题提出者、回答者、争论者及反思者五种角色,撰写角色脚本及角色使用说明文档并实施。社会网络分析结果显示,协作小组的核心人员为承担了不同角色的成员;认知投入分析结果显示,协作小组中出现较多的认知投入行为仍是建构行为,但主动行为与交互行为占比略有提高;认知网络分析结果显示,五种角色的认知网络结构基本一致,主要集中在提问—阐述、阐述—支持两个方面,但通过对不同角色的认知网络结构进行叠减发现,与其他角色相比,反思者未能承担相应的角色职责;访谈结果进一步表明,反思者在自主承担其职责方面存在困难。因此在第三阶段尝试为反思者提供反思支架来帮助其更好地承担角色职责,从而增强反思者的角色作用。角色调整阶段的结果表明,为反思者提供反思支架有利于提高反思者的角色意识,从而提高协作小组的认知投入。本阶段将学习分析数据作为反思支架提供给反思者,反思支架的内容包括小组交互网络图、有效参与图及认知投入图。社会网络分析结果显示,不同小组的核心人员基本为协调者,与第二阶段存在差异,表明角色设计对改善小组交互网络的作用不稳定;认知投入分析结果显示,协作小组中出现较多的认知投入行为仍为建构行为,但主动行为占比有所降低,交互行为占比略有提高,表明协作小组的认知投入情况有所改善;认知网络分析结果显示,认知网络结构与第二阶段基本一致,但加入反思支架后,反思者与其他角色之间表现出了一定的差异,且承担了部分反思者的职责;反思数据和访谈结果进一步表明,学习者认为加入反思支架后在一定程度上有利于促进小组协作的进行,且反思者的反思程度越深,其小组的认知投入情况越好。本研究结果表明,基于实际协作问题来进行角色设计,能够为学习者提供相应的角色支持,在一定程度上有利于改善协作小组的交互网络和认知投入情况,且基于学习分析数据为反思者提供反思支架,有利于促进反思者承担相应的角色职责,从而提高协作小组的认知投入。最后,对本研究的工作进行了总结,提出了提升协作小组认知投入的角色设计原则与策略,反思了研究中存在的不足,并展望了今后的研究方向。