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建构主义
Yasmin B. Kafai
学习科学研究人员通过他们对从根本上转型学习的深刻承诺而统一起来——远离讲座和测试相关的讲授，获取的学习风格转变为更有效的、供人分享的参与式学习风格。也许第一个意识到计算机为学校提供了这样做的机会的学者是创造了现在著名的标志编程语言的西摩·佩珀特。佩珀特获得了两个数学博士学位，他与建构主义的创始人让bull;皮亚杰一起研究共同发展，拓展了他的职业生涯，建构主义是当今学习科学的理论基础之一。离开了位于瑞士的皮亚杰实验室后，佩珀特在麻省理工学院担任教职，与马文·明斯基共同创建了人工智能实验室。在20世纪70年代，佩珀特开始将皮亚杰建构主义的心理学观点扩展到教学原则中，为后来许多学习科学研究者的研究提供了一个模板。
在1980年佩珀特的书《微型世界》出版时，还没有创造出“建构主义”这个词。在这本书和随后的出版物中，他提出了学习、教学设计。许多人认为“儿童、计算机和强大的思想”（引用他的书的副标题）的概念是对皮亚杰发现学习的一种相当简单的概括，但事实上，恰恰相反。建构理论不是建构主义，因为皮亚杰从来没有打算把他的知识发展理论变成一种学习和教学理论；建构主义学习也不是简单地脱离学习，因此反对任何形式的教学；最后，在建构主义中，不是计算机而是人被视为教育的驱动力。佩珀特的建构主义认为学习是建立新、老知识之间的关系。在与其他人的互动过程中，同时创造与社会相关的人工制品。因此，关于建构主义的任何一章都需要在深入研究理论和教学细节之前，先澄清三个问题——建构主义、教学主义和技术中心主义。
建构主义与皮亚杰的建构主义极为相似，常常导致人们的困惑，但两者之间存在着明显的区别。
建构主义是N字而不是V字，它与建构主义一样，无论学习环境如何，都将学习作为建构知识结构的内涵。然后，它又补充了这样一个观点，即这种情况的发生尤其是在这样一个环境中，学习者有意识地参与构建公共实体，无论是海滩上的沙堡还是宇宙理论。（佩珀特，1991年，第1页）
建构主义始终承认其对皮亚杰理论的效忠，但并不完全相同。在建构主义将个人和孤立的知识结构的发展放在首位的地方，建构主义关注的是知识与个人和社会维度的关联性。学习中个人和社会方面的结合是学习科学中许多讨论的核心。建构主义对教学主义的反对通常将建构主义学习与发现性学习结合起来，认为儿童在没有课程的情况下，会自己破坏原则或想法。与建构主义有关的一个常见的神话是所有的指令都是坏的。
但是没有课程的教学并不是意味着自发的、自由形式的教室或者仅仅是“让孩子单独呆着”。这意味着在孩子们用来自周围文化的构建自己的认知智力结构的同时，要支持他们。在这种模式中，教育干预意味着改变文化，规划新的文化建设要素，消除有害因素。（1980/1993年第31页）
建构主义表达了一种更为丰富的教学观，即在教师和学生从事学习环节的设计和讨论时，在教师和学生之间的互动中构建出学习和教学环节。另外，这种学习互动不仅仅局限于学校，而且包括在社区中和家庭中。如何设计有助于协作和思想共享的学习环境是许多学习科学研究的重点部分。
Logo程序设计语言一直与结构主义紧密联系在一起，这令许多人相信，结构主义将技术当作我们教学和学习的动力。然而，正如佩珀特所说，这种以技术为中心的思想比作为改革动力的技术更为重要。
木头能造好房子吗？如果我用木头建造了一座房子，它就倒塌了，这是否说明木头不适合建造好房子？锤子和锯子能生产出好家具吗？这些问题通过忽视只有人们才能引入的人和元素（技能、设计和美学），将他们自己暴露为以技术为中心的问题。（第24, 1987页）
建构主义要求我们重新考虑学习和教学的观念，用Logo程序设计语言为学生提供了一个测试平台用来解决问题和学习。此外，Logo中的程序设计也从概念上说明了用计算机学习数学和科学的不同方式。无论是否涉及计算机，学习和教学中的许多挑战仍然与学习科学有关。
因此，本章的目的是更清晰地阐述一位建构主义者对认知、教学和学习的本质的看法。在第一部分中，我以logo为例回顾了建构主义的历史根源，并进一步探讨了围绕知识建构、学习文化以及知识建构在微观世界和建构设计中的应用的关键建构主义思想。然后，我通过设计活动提出了一个软件学习的案例研究，说明了核心建构主义思想是如何实现的。综上所述，我论述了建构主义和学习科学领域的突出问题和挑战。
历史渊源
在任何关于建构主义的历史叙述中，编程语言的Logo都是“唤起性的对象” ——使用雪莉·特克尔（Sherry Turkle，1995）创造的一个短语——因为它包含了20世纪80年代早期在学校引发了许多关于计算机的争论的问题。在那时，计算机已经准备好走出大学实验室，进入世界，但是计算机工作被视为成人的专属领域。Logo不是儿童使用的第一种编程语言。基本编程在许多学校都很突出，实际上，关于哪种编程语言最适合学校，存在着相当大的争论。但是，与基础相比，Logo的学习承诺提供的不仅仅是学习程序：它包括学习你自己的思想和学习，以及以概念上的新方式学习数学和科学。这些添加使Logo不同于任何其他编程语言。
关于Logo，首先要注意的是学习者如何与计算机交互：孩子们在屏幕上写命令来移动一个图形对象，叫做Turtle（龟）。而不是操纵数字或符号的数组（见图3.1，左图）。对电脑编程意味着对乌龟进行编程。一个程序员会给乌龟下命令，比如“向前走十步，然后向右转90度”，在Logo中是“向前10向右90”（见图3.1，中）然后乌龟会在屏幕上移动，从而提供关于程序是否正确的视觉反馈。此外，乌龟还拿着一支笔，可以用它来画画，留下了它的脚步痕迹。命令“笔 向前10 向右90”执行四次，将在计算机屏幕上绘制一个正方形（见图3.1，右）。第二个需要注意的特征是，标志龟是儿童正式数学的第一个代表，因为他们可以带着他们的身体知识来学习如何移动屏幕龟。考虑以下命令，其中乌龟向前移动一步，然后向右移动一度，然后360次重复此过程：重复360[向前1向右1]。放下笔，这些命令在屏幕上画一个圆。一个孩子，用自己的身体，假装乌龟，可以执行这些步骤中的每一步。佩珀特认为这一特征非常重要，他称之为“共振学习”，因为它允许儿童以多种方式识别计算对象。
例如，龟圈是身体的一个整体，因为它与孩子们对自己身体的感知和知识密切相关。或者它是自我共振，因为它与孩子们的自我意识是一致的，就像人们有意图、目标、欲望、喜欢和不喜欢一样。把它看作文化句法，在画圆圈的时候，乌龟把一个角度的概念和导航的概念联系起来，导航的概念是紧密植根于孩子们的课外经历。（1980/1993年，第63-68页）
Logo龟允许孩子们在屏幕上操纵物体，就像他们在现实世界中操纵物体一样。因此，乌龟几何学提供了一个进入正规数学世界的具体入口，并允许学习者将他们的个人经验与数学概念和运算联系起来。Logo设计的第三个同样重要的特点是，让孩子们学习自己的思想和学习，称为反思或元认知。佩珀特声称，在学习程序设计的过程中，当程序不能按照预期运行时，孩子们学会了清楚表达自己的想法、识别重复和“调试”他们自己的想法：“但是，用开发程序的类比来思考学习是开始更加清晰地理解一个人的学习的一种强有力的、容易理解的方法。制定策略并更加慎重地改进策略”（第23页，1980/1993年）。计算机程序可以成为“思考的对象”，帮助孩子们以类似于经验丰富的学习者的方式反思他们的表现。因此，学习Logo结合了多种目的：学习程序、学习数学和学习。这些主张并不是没有争议的。关于学校Logo的成败，已经写了很多文章，值得为辩论提供一些背景。在对美国和欧洲历史背景的卓越分析中，理查德和西莉亚（1996）发现了一些较大的文化力量，这些力量导致批评者对Logo提出了某些问题，而不是其他问题。在许多学校里，关于Logo的学习效益的问题只集中在解决问题的技能的转移上，而较少集中在学习数学和改革教学思想的益处上。罗伊和库兰（1984）进行的一系列较小的研究经常被引用为学习Logo编程不产生任何可转移效果的唯一证据。这些研究有几个方法学问题，例如，忽略了学习编程所花费的时长和所创建的程序类型。这些特性现在已经被重新定义为成功设计编程指令的工具（帕仑博，1990年），我在后面的学习软件设计部分将更详细地讨论它们。另一个问题是，教师经常采用Logo，而不是学习数学和科学的教学创新；即使他们采用了Logo，许多学校也没有为此得到广泛的机构支持（佩珀特，1991，1997）许多制度力量影响了Logo在学校中的使用，其结果往往是对其学习和教学的建构主义思想的认可度最低。
建构主义的核心思想
“建构主义”一词通过建构自己的知识，使人们想起了学习的隐喻，并常常联想到更为传统的“教学主义”，这种隐喻倾向于通过知识的传播来学习。虽然这两个隐喻提供了一个多方面的概括，但有必要对知识建构的建构主义思想进行解构，并考察其个体和社会动态。然后，我们将转向学习文化的概念，并解决学习环境的哪些特征促进了成功的知识建设。
知识建构
皮亚杰的知识发展理论和他对儿童理解世界的灌输式洞察，从根本上说，儿童理解世界的方式不同于成人，因此，建构自己的知识构架的想法是非常重要的。他确定了两种机制，同化和适应，解释了儿童如何理解他们与之互动的世界，以及他们如何将这些经验融入他们的理解中。建构主义建立在这些机制的基础上，侧重于帮助学习者与他们已经知道的东西建立联系的过程。知识建设的一个关键方面是认同——学习者如何使知识成为自己的，并开始认同它。这些认可超越了智力，包括情感价值。根据佩珀特的观点，物理对象在这一知识建构过程中起着核心作用。他创造了“思考对象”一词，用以说明物理世界和数字世界中的对象（如程序、机器人和游戏）如何成为头脑中的对象，从而帮助构建、检查和修改旧知识和新知识之间的联系。“思考的对象”如“海龟”在认同方面尤其有效，因为它们有助于孩子识别目标，或学习句法。建构主义与皮亚杰模式在对概念与抽象的同等评价上有着进一步的不同。在皮亚杰的阶段，形式抽象被视为所有知识建构的最终目标，具体思维总是与年轻、不太先进的孩子联系在一起。特克尔和佩珀特（1990）认为具体的思想可以和抽象的思想一样先进。一般来说，科学，特别是计算机文化，倾向于重视抽象思维。但是在研究程序员时，特克尔和佩珀特发现，官方提倡的自上而下或计划方法并不总是优于更即兴的方法。金砖四国的风格不是走向更先进的知识结构形式的踏脚石，而是一种组织计划和解决问题的质的不同方式。
总之，知识建构是“学习的权衡部分，它包括在已经存在的精神实体之间建立联系；新的精神实体似乎以更微妙的方式出现，以逃避有意识的控制。这就提出了一种通过改善学习环境中的连通性、通过对文化而非个人采取行动来促进学习的战略（第105页，佩珀特，1993年）。
学习文化
佩珀特观察到儿童在理解和学习数学方面的困难，从而说明了学习文化的重要性。皮亚杰学派的研究表明，所有的幼儿都会发展他们的第一个基本数学概念，但在以后的学年里，许多人都在斗争。在他的书《头脑风暴》中，佩珀特将巴西的桑巴学校作为学习文化的一个可能形象。
它们不是我们所知道的学校，他们是会员数在几百到几千人之间的社会俱乐部。每个俱乐部都有一个建筑，一个跳舞和聚会的地方。桑巴舞学校的成员大多数周末晚上都会去那里跳舞、喝酒和见朋友。在这一年中，每个桑巴舞学校都会为下一个狂欢节选择自己的主题，挑选明星，写歌词，重写歌词，舞蹈编排和练习。学校的成员年龄从儿童到祖父母，从新手到专业人士。但是他们一起跳舞，当他们跳舞时，每个人都在学习、教学和跳舞。即使是明星也在那里学习他们的难处。（1980/1993，第178页）
佩珀特的学习文化理念已经从几个方面发展起来，从相邻中心到虚拟世界。计算机俱乐部（雷斯尼克、瑞斯克和库克，1998年）是一种校外学习文化，位于课后项目和社区中心。在这些俱乐部里，年轻人自愿召集起来，学习如何使用先进的软件应用程序来制作数字图形、音乐和视频。与学校不同，俱乐部会所的活动不遵循固定的课程，会员有责任在协调员和导师的支持下相互介绍新的活动。其他例子还包括多用户在线环境，社区成员通过在其中填充对象和房屋例如布鲁克-人的驼鹿穿越来帮助设计在线世界的各种元素。（本卷）
在这些桑巴学校、计算机俱乐部和驼鹿穿越的例子中，最突出的是不同社区成员之间丰富的互动。这些教学互动不是在传统教室的单向路径中制定的；而是利用学徒模式（另见柯林斯，本卷），实践社区的所有成员都为大型企业做出贡献（1991年）。尽管社会文化研究者对学习文化的社会动态进行了研究，但建构主义者关注的是社会关系文本如何提供与所学内容相联系的机会。
Logo微型世界和建筑工具包
编程语言logo提供了一个可编程的对象，即Turtle(龟)，以便于学习者在编程环境中用数学概念和自己的思维构建关系。微世界和建筑工具包已经扩展到标识的不同方面，以促进数学和科学的学习。这些应用程序说明了如何通过建构主义理论来驱动计算机应用程序的设计。
微世界
微世界被描述为“一种基于计算机的交互式学习环境，在这种环境中，先决条件被构建到系统中，学习者可以成为他们自己学习的主动、构建架构师”（佩珀特，1980/1993，第122页）。一个经典的例子是动态，一个学习者可以体验牛顿物理学的物理环境，以及历史上重要的替代品，如亚里士多德物理学。龟的运动和状态可以预先编程，以回应某些运动规律，这些规律可以由学习者操纵。与基于计算机的教程或计算机辅助教学不同，在微观世界
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