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摘 要 学习科学领域经过三十余年发展，其范畴涵盖多种学习技术和学习理论。目前，学习科学在辅助高等教育教学中已取得一定成果，但在我国职业教育领域中的探索仍较为缺乏。我国拥有世界上最大的职业教育体系，然而其现代化水平还有待进一步提升。鉴于此，我国可以从学习科学的视角出发，把建构主义学习理论中的认知学徒制和学习分析相结合，作为提升现代职业教育的策略与路径。将学习科学应用到职业教育教学中的具体实施步骤是：理论研究、实地调研、技术开发、实验研究、改善与优化。以职业院校文秘专业为例，运用建构主义认知学习理论中的认知学徒制和学习分析相结合来设计和开发相应的学习分析产品，具有一定的可行性。
关键词 学习科学;学习分析;建构主义学习理论;认知学徒制;职业教育教学
中图分类号 G712 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2020）28-0020-07
一、研究背景和问题
学习科学（learning sciences）是一个关于教与学的跨学科研究领域，涉及教育学、脑科学、心理学、信息科学等诸多方面[1][2]。经过30余年的发展，学习科学的范畴涵盖多种学习技术和学习理论[3]。目前学习科学在辅助高等教育教学中已取得一定成果[4]，然而，其在中国职业教育领域中的尝试与探索仍较为缺乏。因此，本研究集中探讨建构主义学习理论中的认知学徒模式（cognitive apprenticeship）和学习分析（learning analytics）对职业教育教学的启发和作用。
改革开放以来，我国职业教育发展迅速，取得较大成就。截至2018年，我国职业院校达1.17万所，在校生人数达2685.5万人[5]，建成了世界上最大的职业教育体系，为我国经济社会发展提供了充裕的人力资源。然而，与发达国家相比，与建设现代化经济体系、建设教育强国的要求相比，我国职业教育还存在一系列问题，比如体系不够完善、职业技能实训基地建设有待加强、制度标准不够健全、企业参与办学的动力不足、有利于技术技能人才成长的配套政策尚待完善、办学和人才培养质量水平参差不齐等[6][7]。此外，由于职业院校学生生源具有多样性，造成其知识结构层次不一，学习动机普遍较低，学习主动性和能动性不强[8]。因此，2019年国务院印发的《国家职业教育改革实施方案》明确提出，“职业教育与普通教育是两种不同教育类型，具有同等重要地位”，并强调“没有职业教育现代化就没有教育现代化”。
由于低质量的职业教育教学和培训无法适应市场的需求，全球许多国家尝试通过改革和转型以提升职业教育的质量。目前全球范围内职业教育发展良好的国家如澳大利亚、德国、瑞士和丹麦等都采用了完善的学徒制。以德国为例，德国政府在2005年正式通过《职业培训法案》，强调通过采用实践性的“双轨制”（学徒学习模式），即企业和职校合作共同培养企业所需的技能人才，职校生同时具备在校学生和企业学徒双重身份，以增强职业教育的实践性[9]。虽然各个国家的改革策略有所不同，但改革和转型的策略大体一致。首先，深入调研企业和组织，制定能力标准;其次，依据能力标准构建相应的课程和评价体系;最后，识别学生已学的知识和技能，并培养工作场景所需的新知识、新技能和新态度。与世界各国的职业教育发展趋势相似，目前中国各大城市均在进行相关的职业教育教改和转型。为进一步办好新时代职业教育，国务院要求各省市相关机构认真贯彻执行《国家职业教育改革实施方案》，把职业教育摆在教育改革创新和经济社会发展中更加突出的位置， 大幅提升新时代职业教育现代化水平，为促进经济社会发展和提高国家竞争力提供优质的人才资源支撑。
近年来，信息技术的发展对教育产生了深远影响，各种技术支持的教育模式在大学、中学、小学及职业教育中扮演着越来越重要的角色，人们希望借助新技术实现教育变革和教育现代化[10]，加快教育信息化进程，以教育信息化带动教育现代化已成为推进我国包括职业教育在内的教育改革发展的战略选择[11]。2016年12月，我国印发的《技工教育“十三五”规划》明确指出：“全面加强技工院校信息化建设，提高课程教学质量。”《国家职业教育改革实施方案》亦提出遴选认定一批职业教育在线精品课程，建立一批教材、新型活动页、工作手册式教材等，并配套开发信息化资源。
鉴于此，本文从学习科学的视角提出以前沿学习分析结合建构主义学习理论的方式探究现代职业教育中的教学策略和路径，提高教师的教学质量，增进学生学习的积极性，及其对学科知识和技能的理解及操作，以适应我国蓬勃发展的新产业结构和新兴科技。具体来说，本研究将整合基于职业教育教学过程的学习分析方法，創新性地将其与建构主义学习理论中的认知学徒制相融合[12][13]，在真实教学和师生互动情境下，提供证据支持和个性化反馈促进学生的反复示范、教导、支持辅助、阐明、反思及探索等各种认知活动，从而增强学习者的自我监控、调节、实践与反思能力，提高教学和学习效果。
二、学习科学对职业教育教学的价值
随着信息技术的快速发展，把学习理论在教学上的应用与教育技术特别是学习分析技术相结合，来推动知识和技能的教学，是当前国际学术研究的前沿和热点[14]。本部分探讨建构主义学习理论中的认知学徒模式和学习分析在职业教育中的应用，分析在学习科学视角下如何将其有机结合以促进职业教育教学发展。
（一）建构主义学习理论中的认知学徒制
学习科学中一个值得关注的理论是建构主义学习理论。建构主义学习理论强调产生学习的社会互动环境及学习主体的认知知识水平。其代表理论如社会文化互动理论[15]及情境学习理论[16] 都阐述了“学习是通过情境活动中的社会互动产生的”这一论点。这种社会互动一般具有明确的目的和意义，互动交流者以话语为媒介的协作往往对学习成效有着积极影响。在这一理论框架下，建构主义学习理论中的认知学徒制更进一步阐述了关于初学者学习复杂技能所需要符合的隐性的认知过程[17][18]。 认知学徒制倡导在模拟真实场景的教学中，教师通过与学生互动呈现包含认知过程的信息。学生从专注知识和技能的听讲到在教师的指导下及互动中采取反复的示范、教导、支持辅助、阐明、反思及探索等认知活动来促进学习中的自我监控与调节，提高实践与反思能力，把隐性被动的知识传输转化为显性的技能掌握和内化，以确保知识得到长久保留和技能实践水平得到提高。Brown， Collin和Duguid同时指出，在认知学徒制的这六个环节中，前三个（即示范、教导、支持辅助）是提高元认知水平的核心关键环节，而之后的两个环节（即阐明和反思）是帮助初学者学习内行专家们分解任务及解决问题所采取的策略，最后一项环节（即探索）是让学习者渐渐掌握独立的发现问题和解决问题的实践能力。而下节所述学习分析则可为认知学徒制中的这些认知环节提供基于数据分析的证据支持和个性化反馈，把以前需要肉眼观测的技术细节可视化、把学习者所处的认知过程个性化，然后反馈给教师及学生本人。因此，可以看出，认知理论对于指导教学特别是职业教育教学具有很实用的价值。
建构主义学习理论和认知学徒制对于职业教育教学有很大的指导意义。国外同行在这一领域开展了很多实证研究，包括以模型为中心对隐性知识技能展开的教学法[19]、对错误问题的内部结构分析及提供正确解法心理图谱的专家模型[20][21][22]，以及广泛应用在医学教育领域的以问题为导向（Problembased Learning， PBL）的学习法等[23]。国内学者也纷纷呼吁把认知学徒制引入我国职业教育课堂，这对于加强高职院校学生职业技能培养特别是实践和动手能力培养以及现代职业教育发展具有重要意义[24][25][26]。
（二）学习科学中的学习分析
学习科学中另一个重要分支是学习分析。学习分析通过对关于学习者、学习过程和学习环境数据的界定、收集和分析，从而理解、优化学习过程和促进学习环境的改善，并提供基于学习者特征的个性化反馈[27]。学习分析技术和工具可对学习过程中的各类型复杂数据进行收集、挖掘、整理、分析、提取和可视化，并提供基于证据的个性化反馈，以便学习者通过操作和互动加深自我学习管理和理解，增强头脑记忆效果、达到学习的最优成效。学习分析可以处理教学中的大文本、时间序列、碎片化、语音、视频等数据，甚至是多维度集合数据。其可以大大缩减手工整理数据产生的工时并几何数目地增加数据归纳整理能力，使之前以人工肉眼及凭借感觉来产生决策的过程變成了客观高效及以数据为基础的实时信息操控过程。
近年来，利用学习分析开发教育产品并指导教学实践已经引起教育界的极大关注。比如，美国伍斯特理工学院的贾尼斯·格伯特博士团队使用学习分析的理念和技术促进学生对于物理、生物、地球科学等领域的探究式学习。其中，学习过程中实时产生的大数据能够被自动记录并经由算法自动分析，进而实时生成报告提供给教师和学生以改善教学过程[28]。加拿大西蒙弗雷泽大学的菲尔·温内及其研究小组研发了一个用于追踪和支持网上自主学习的在线工具nStudy[29]。nStudy能够自动收集学习者在线学习活动信息并及时加以整合和分析，将结果有针对性地反馈给学习者，帮助学习者及时、有效地调整自主学习过程。其他较为流行的用于改善网上教学的学习分析和可视化工具包括ReaderBench[30]、MIAT[31]（多维交互分析工具）以及 Personal Learning Environments[32]等。学习分析技术和工具已越来越多地应用于教学中，以改善教学过程和学习效果。
（三）建构主义学习理论、认知学徒制和学习分析的结合
上述学习科学中的建构主义认知理论和学习分析各有所长，若创新性地将这两个领域的知识结合起来，使之相辅相成，对现代职业教育的教学有积极的指导意义。一方面，认知理论从职业教育教学的过程与环节着手，阐明了学生对学科知识和技能的理解及操作所需的步骤;另一方面，学习分析技术和工具能够应用计算机及数据分析优势，对认知学徒制所倡导的各个需要反复示范、教导、支持辅助等的认知环节提供信息和帮助，促进学生对学习过程的了解，增强他们的自我监控、调节、实践与反思能力，并切实提高教师的教学质量、增进学生学习的积极性。
因此，在学习科学的视角下，将认知学习理论与学习分析相结合也促成了国内外一些新型学习科学教学产品的诞生，成为目前国际教育研究和实践的新热点，受到各类教育科研机构的关注。比如，美国卡耐基梅隆大学研发的利用学习分析理念设计的数学自适应练习系统[33]、法国科学家斯坦尼斯·德阿那（Stanislas Dehaene）博士团队开发的依据认知神经理论的数感训练游戏[34]、我国香港大学王敏红博士团队开发的应用在医学教育中的认知学习可视化匹配工具[35]等，均采纳了把学习的认知心理操控过程与学习分析技术相结合的路径，来帮助学生取得良好的学习效果。
然而，以上这些教学产品尽管应用了认知理论和学习分析所长，但他们普遍都是为中小学基础教育而开发的。目前针对职业教育知识和技能学习的特点，为职业教育教学所设计的学习分析工具较为罕见。因此，本文旨在讨论如何填补这一空白，主要研究思路是从认知理论与学习分析结合的教学设计原理着手，阐明如何在这一交叉领域探索出既符合建构主义认知学习理论，又符合本地职业教育情况的学习分析模型和工具，为我国职业教育现代化的推进贡献力量。
三、基于建构主义学习理论、认知学徒制和学习分析的职业教育教学运用策略
虽然各国在提升职业教育质量方面所采取的路径各不相同，但基本策略大体一致：首先是深入调研企业和组织，制订能力标准;进而依据能力标准构建相应的课程和评价体系;同时识别学生已学的知识和技能，并培养工作场景所需的新知识、新技能和新态度[36]。在此大的原则策略背景下，本研究认为，把认知理论和学习分析应用到职业教育的教学中，可以采取五个步骤及相应的研究思路与方法，见图1。
关键词 学习科学;学习分析;建构主义学习理论;认知学徒制;职业教育教学
中图分类号 G712 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2020）28-0020-07
一、研究背景和问题
学习科学（learning sciences）是一个关于教与学的跨学科研究领域，涉及教育学、脑科学、心理学、信息科学等诸多方面[1][2]。经过30余年的发展，学习科学的范畴涵盖多种学习技术和学习理论[3]。目前学习科学在辅助高等教育教学中已取得一定成果[4]，然而，其在中国职业教育领域中的尝试与探索仍较为缺乏。因此，本研究集中探讨建构主义学习理论中的认知学徒模式（cognitive apprenticeship）和学习分析（learning analytics）对职业教育教学的启发和作用。
改革开放以来，我国职业教育发展迅速，取得较大成就。截至2018年，我国职业院校达1.17万所，在校生人数达2685.5万人[5]，建成了世界上最大的职业教育体系，为我国经济社会发展提供了充裕的人力资源。然而，与发达国家相比，与建设现代化经济体系、建设教育强国的要求相比，我国职业教育还存在一系列问题，比如体系不够完善、职业技能实训基地建设有待加强、制度标准不够健全、企业参与办学的动力不足、有利于技术技能人才成长的配套政策尚待完善、办学和人才培养质量水平参差不齐等[6][7]。此外，由于职业院校学生生源具有多样性，造成其知识结构层次不一，学习动机普遍较低，学习主动性和能动性不强[8]。因此，2019年国务院印发的《国家职业教育改革实施方案》明确提出，“职业教育与普通教育是两种不同教育类型，具有同等重要地位”，并强调“没有职业教育现代化就没有教育现代化”。
由于低质量的职业教育教学和培训无法适应市场的需求，全球许多国家尝试通过改革和转型以提升职业教育的质量。目前全球范围内职业教育发展良好的国家如澳大利亚、德国、瑞士和丹麦等都采用了完善的学徒制。以德国为例，德国政府在2005年正式通过《职业培训法案》，强调通过采用实践性的“双轨制”（学徒学习模式），即企业和职校合作共同培养企业所需的技能人才，职校生同时具备在校学生和企业学徒双重身份，以增强职业教育的实践性[9]。虽然各个国家的改革策略有所不同，但改革和转型的策略大体一致。首先，深入调研企业和组织，制定能力标准;其次，依据能力标准构建相应的课程和评价体系;最后，识别学生已学的知识和技能，并培养工作场景所需的新知识、新技能和新态度。与世界各国的职业教育发展趋势相似，目前中国各大城市均在进行相关的职业教育教改和转型。为进一步办好新时代职业教育，国务院要求各省市相关机构认真贯彻执行《国家职业教育改革实施方案》，把职业教育摆在教育改革创新和经济社会发展中更加突出的位置， 大幅提升新时代职业教育现代化水平，为促进经济社会发展和提高国家竞争力提供优质的人才资源支撑。
近年来，信息技术的发展对教育产生了深远影响，各种技术支持的教育模式在大学、中学、小学及职业教育中扮演着越来越重要的角色，人们希望借助新技术实现教育变革和教育现代化[10]，加快教育信息化进程，以教育信息化带动教育现代化已成为推进我国包括职业教育在内的教育改革发展的战略选择[11]。2016年12月，我国印发的《技工教育“十三五”规划》明确指出：“全面加强技工院校信息化建设，提高课程教学质量。”《国家职业教育改革实施方案》亦提出遴选认定一批职业教育在线精品课程，建立一批教材、新型活动页、工作手册式教材等，并配套开发信息化资源。
鉴于此，本文从学习科学的视角提出以前沿学习分析结合建构主义学习理论的方式探究现代职业教育中的教学策略和路径，提高教师的教学质量，增进学生学习的积极性，及其对学科知识和技能的理解及操作，以适应我国蓬勃发展的新产业结构和新兴科技。具体来说，本研究将整合基于职业教育教学过程的学习分析方法，創新性地将其与建构主义学习理论中的认知学徒制相融合[12][13]，在真实教学和师生互动情境下，提供证据支持和个性化反馈促进学生的反复示范、教导、支持辅助、阐明、反思及探索等各种认知活动，从而增强学习者的自我监控、调节、实践与反思能力，提高教学和学习效果。
二、学习科学对职业教育教学的价值
随着信息技术的快速发展，把学习理论在教学上的应用与教育技术特别是学习分析技术相结合，来推动知识和技能的教学，是当前国际学术研究的前沿和热点[14]。本部分探讨建构主义学习理论中的认知学徒模式和学习分析在职业教育中的应用，分析在学习科学视角下如何将其有机结合以促进职业教育教学发展。
（一）建构主义学习理论中的认知学徒制
学习科学中一个值得关注的理论是建构主义学习理论。建构主义学习理论强调产生学习的社会互动环境及学习主体的认知知识水平。其代表理论如社会文化互动理论[15]及情境学习理论[16] 都阐述了“学习是通过情境活动中的社会互动产生的”这一论点。这种社会互动一般具有明确的目的和意义，互动交流者以话语为媒介的协作往往对学习成效有着积极影响。在这一理论框架下，建构主义学习理论中的认知学徒制更进一步阐述了关于初学者学习复杂技能所需要符合的隐性的认知过程[17][18]。 认知学徒制倡导在模拟真实场景的教学中，教师通过与学生互动呈现包含认知过程的信息。学生从专注知识和技能的听讲到在教师的指导下及互动中采取反复的示范、教导、支持辅助、阐明、反思及探索等认知活动来促进学习中的自我监控与调节，提高实践与反思能力，把隐性被动的知识传输转化为显性的技能掌握和内化，以确保知识得到长久保留和技能实践水平得到提高。Brown， Collin和Duguid同时指出，在认知学徒制的这六个环节中，前三个（即示范、教导、支持辅助）是提高元认知水平的核心关键环节，而之后的两个环节（即阐明和反思）是帮助初学者学习内行专家们分解任务及解决问题所采取的策略，最后一项环节（即探索）是让学习者渐渐掌握独立的发现问题和解决问题的实践能力。而下节所述学习分析则可为认知学徒制中的这些认知环节提供基于数据分析的证据支持和个性化反馈，把以前需要肉眼观测的技术细节可视化、把学习者所处的认知过程个性化，然后反馈给教师及学生本人。因此，可以看出，认知理论对于指导教学特别是职业教育教学具有很实用的价值。
建构主义学习理论和认知学徒制对于职业教育教学有很大的指导意义。国外同行在这一领域开展了很多实证研究，包括以模型为中心对隐性知识技能展开的教学法[19]、对错误问题的内部结构分析及提供正确解法心理图谱的专家模型[20][21][22]，以及广泛应用在医学教育领域的以问题为导向（Problembased Learning， PBL）的学习法等[23]。国内学者也纷纷呼吁把认知学徒制引入我国职业教育课堂，这对于加强高职院校学生职业技能培养特别是实践和动手能力培养以及现代职业教育发展具有重要意义[24][25][26]。
（二）学习科学中的学习分析
学习科学中另一个重要分支是学习分析。学习分析通过对关于学习者、学习过程和学习环境数据的界定、收集和分析，从而理解、优化学习过程和促进学习环境的改善，并提供基于学习者特征的个性化反馈[27]。学习分析技术和工具可对学习过程中的各类型复杂数据进行收集、挖掘、整理、分析、提取和可视化，并提供基于证据的个性化反馈，以便学习者通过操作和互动加深自我学习管理和理解，增强头脑记忆效果、达到学习的最优成效。学习分析可以处理教学中的大文本、时间序列、碎片化、语音、视频等数据，甚至是多维度集合数据。其可以大大缩减手工整理数据产生的工时并几何数目地增加数据归纳整理能力，使之前以人工肉眼及凭借感觉来产生决策的过程變成了客观高效及以数据为基础的实时信息操控过程。
近年来，利用学习分析开发教育产品并指导教学实践已经引起教育界的极大关注。比如，美国伍斯特理工学院的贾尼斯·格伯特博士团队使用学习分析的理念和技术促进学生对于物理、生物、地球科学等领域的探究式学习。其中，学习过程中实时产生的大数据能够被自动记录并经由算法自动分析，进而实时生成报告提供给教师和学生以改善教学过程[28]。加拿大西蒙弗雷泽大学的菲尔·温内及其研究小组研发了一个用于追踪和支持网上自主学习的在线工具nStudy[29]。nStudy能够自动收集学习者在线学习活动信息并及时加以整合和分析，将结果有针对性地反馈给学习者，帮助学习者及时、有效地调整自主学习过程。其他较为流行的用于改善网上教学的学习分析和可视化工具包括ReaderBench[30]、MIAT[31]（多维交互分析工具）以及 Personal Learning Environments[32]等。学习分析技术和工具已越来越多地应用于教学中，以改善教学过程和学习效果。
（三）建构主义学习理论、认知学徒制和学习分析的结合
上述学习科学中的建构主义认知理论和学习分析各有所长，若创新性地将这两个领域的知识结合起来，使之相辅相成，对现代职业教育的教学有积极的指导意义。一方面，认知理论从职业教育教学的过程与环节着手，阐明了学生对学科知识和技能的理解及操作所需的步骤;另一方面，学习分析技术和工具能够应用计算机及数据分析优势，对认知学徒制所倡导的各个需要反复示范、教导、支持辅助等的认知环节提供信息和帮助，促进学生对学习过程的了解，增强他们的自我监控、调节、实践与反思能力，并切实提高教师的教学质量、增进学生学习的积极性。
因此，在学习科学的视角下，将认知学习理论与学习分析相结合也促成了国内外一些新型学习科学教学产品的诞生，成为目前国际教育研究和实践的新热点，受到各类教育科研机构的关注。比如，美国卡耐基梅隆大学研发的利用学习分析理念设计的数学自适应练习系统[33]、法国科学家斯坦尼斯·德阿那（Stanislas Dehaene）博士团队开发的依据认知神经理论的数感训练游戏[34]、我国香港大学王敏红博士团队开发的应用在医学教育中的认知学习可视化匹配工具[35]等，均采纳了把学习的认知心理操控过程与学习分析技术相结合的路径，来帮助学生取得良好的学习效果。
然而，以上这些教学产品尽管应用了认知理论和学习分析所长，但他们普遍都是为中小学基础教育而开发的。目前针对职业教育知识和技能学习的特点，为职业教育教学所设计的学习分析工具较为罕见。因此，本文旨在讨论如何填补这一空白，主要研究思路是从认知理论与学习分析结合的教学设计原理着手，阐明如何在这一交叉领域探索出既符合建构主义认知学习理论，又符合本地职业教育情况的学习分析模型和工具，为我国职业教育现代化的推进贡献力量。
三、基于建构主义学习理论、认知学徒制和学习分析的职业教育教学运用策略
虽然各国在提升职业教育质量方面所采取的路径各不相同，但基本策略大体一致：首先是深入调研企业和组织，制订能力标准;进而依据能力标准构建相应的课程和评价体系;同时识别学生已学的知识和技能，并培养工作场景所需的新知识、新技能和新态度[36]。在此大的原则策略背景下，本研究认为，把认知理论和学习分析应用到职业教育的教学中，可以采取五个步骤及相应的研究思路与方法，见图1。