第三章 学习者特征分析

学习者的特征涉及智力因素和非智力因素两个方面。与智力因素有关的特征主要包括知识基础、认知能力和认知结构变量；与非智力因素有关的特征则包括兴趣、动机、情感、意志和性格[7]。由于迄今为止，计算机还难以对非智力因素作出形式化的处理，另外，在课件脚本设计的其它环节中（如情境创设、协作学习以及形成性评价的过程中），将会不同程度地考虑激发兴趣、动机、陶冶情操等方面的问题，所以目前在CAI课件设计中，关于“学习者特征的分析”这一环节一般只考虑与智力因素有关的内容。换句话说，对学习者的特征进行分析就是要运用适当的方法来确定学习者关于当前所学概念的原有知识基础、认知能力和认知结构变量。了解学习者的原有知识基础和认知能力是为了确定当前所学新概念、新知识的教学起点；分析学习者的认知结构变量则是为了据此判定对当前学习者是否适合采用“传递——接受”教学方式。所以，对学习者特征进行认真分析是实现个别化教学和因材施教的重要前提。下面我们就来介绍对学习者的上述三种特征进行分析的方法。

§3.1确定学习者的知识基础

对于学习者原有知识基础的确定可以使用“分类测定法”或“二叉树探索法”。

分类测定法对学习者关于当前所学概念的原有知识基础的确定按以下步骤进行：

先对当前所学概念的原有知识基础进行仔细的分类；
利用与知识基础分类密切相关的问题对学习者进行测试。
根据这样的测试结果即可推知学习者关于当前所学概念的知识基础类型。下面我们以“滑轮的滑轮组”的学习为例(即当前所学概念是“滑轮和滑轮组”)说明原有知识基础的分类及确定方法。

为了进行滑轮和滑轮组的学习，显然要求学习者具有杠杆原理方面的预备知识。每个学习者都是根据自己原有的杠杆原理知识来学习有关滑轮和滑轮组的新知识。按照教师的经验和对学生的调查不难发现，就滑轮和滑轮组的学习来说，其原有知识基础(即对杠杆原理的认识)可划分为五种不同类型，如表3-1所示。

表3-1 关于“滑轮和滑轮组”概念的知识基础分类


类 型
对 杠 杆 原 理 的 认 识

1
由力矩＝力Ｘ力臂公式求出力矩，再根据两侧力矩的大小决定杠杆向哪侧倾斜

2
力臂相同时杠杆朝力大的一侧倾斜；力相同时杠杆朝力臂大的一侧倾斜；当力臂大的一侧所受力较小时不能判定杠杆的倾斜方向

3
不考虑力臂，仅由力的大小关系决定杠杆的倾斜

4
不考虑力，仅由力臂的大小关系决定杠杆的倾斜

5
对杠杆的平衡条件完全不了解


　

在设计CAI软件时根据上述五种知识基础分类，&127;选择若干个与之相对应的杠杆问题对学生进行测试，即可确定该生关于当前所学概念(滑轮和滑轮组)的原有知识基础类型，从而可以做到对该生进行更有针对性的教学。

二叉树探索法是根据已学过概念的难易程度对问题进行仔细划分，并将它们按由易到难的程度线性排列。在教学过程中，CAI&127;软件运用“二叉树搜索算法”即可从中选择出最符合学生实际水平的问题，从而也就确定了该生关于当前所学概念的原有知识基础。

以“加减法运算能力”的探索为例，我们可以将“个位加”作为能力轴线上的起点(最容易)，把３位数的加减法作为终点(最困难)，中间再划分２０个(或３０个)等级，则起点的难度级为０，终点的难度为２０(如图3-1所示)。学习开始时，先提出能力轴中点位置的问题Q1，让学生回答，如果回答正确表示该生这方面的能力已超出Q1水平，下一次应选Q1与终点中间的问题Q2让学生回答，如果这次回答出错，表示该生这方面的能力低于Q2，下一次应选Q1与Q2中间的问题让学生回答……如此继续下去，很快可以找到适合当前学习者实际水平的问题，从而也就确定了该生在“加减法运算能力”方面的原有知识基础。




§3.2确定学习者的认知能力

为了确定学生的认知能力必须首先解决认知能力如何表征的问题。按照美国著名教育心理学家布鲁姆(B.S.Bloom)的“教育目标分类”理论，&127;教育目标应当包括三个领域的内容即：认知能力领域、动作技能领域和情感领域。其中认知能力的目标按智力活动的复杂程度又可划分为六个等级：

识记　记忆或重复以前呈现过的信息的能力(即知识保持能力)；
理解　用自己的语言来解释(说明)所获得的信息的能力；
应用　将知识(概念、原理或定律)应用于新情况的能力(即知识迁移能力)；
分析　将复杂的知识分解为若干个彼此相关的组成部分的能力；
综合　将有关的知识元素综合起来形成新知识块或新模式的能力；
评价　根据已有知识或给定的标准对事物作出评价和鉴定的能力。
上述六个等级的认知能力划分是按智力活动从简单到复杂和从具体到抽象的程度依次递增的，即识记和理解属于较简单的低级认知能力，而应用、分析、综合和评价则属于较复杂的高级认知能力。显然我们应当特别重视学生高级认知能力的培养。

在课堂教学中，教师对于学生的认知能力一般是采取“预估”———根据原来对学生的了解、接触所得到的印象作出估计。为了使计算机能了解学生的认知特点，在CAI&127;系统中则要用适当的数据结构来描述认知能力，这就不仅需要解决认知能力的表征问题，而且还要进一步解决认知能力的定量评估与测量问题。根据认知能力的评估与测量方法的不同，可以有不同的确定学生认知能力的方法，其中比较适合于在CAI中采用的是“逐步逼近法”。

逐步逼近法的实施步骤可叙述如下：

1．首先由学生本人填写关于自己认知能力的评估表，评估表的格式见表3-2，表中每个学生的认知能力值由每个学生本人给出。能力值的范围是0--1闭区间内的任一实数值，但为了便于学生估值，这时将0--1闭区间分成11个等级即0.0,0.1,0.2....0.9,1.0，其中1.0和0.0分别对应最强和最弱的认知能力。学生可根据自我感觉给出关于自己每一项认知能力的估计值。例如，若自我感觉“分析”能力为中等，则可在0.4&127;与0.6中间选取某一个值作为估计值(此值不要求很准确，取0.45,0.50或0.55均可，&127;因为以后在逐步逼近过程中还可加以修正)。这样，我们就可以得到表3-2所示的六项认知能力值，我们称之为“初始估计值”。

　

表3-2 认知能力自我评估表

　 认知能力

能力值

　

学生代号
　

识记能力
　

理解能力
　

应用能力
　

分析能力
　

综合能力
　

评价能力

1
0.6
0.6
0.8
0.7
0.6
0.5

2
0.8
0.9
0.7
0.8
0.8
0.7

3
0.7
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3

.
　 　 　 　 　 　
.
　 　 　 　 　 　
.
　 　 　 　 　 　
40
0.6
0.4
0.3
0.5
0.3
0.3



　

2．利用这个初始估计值，&127;就可以从领域知识库中选出与该学生认知能力相适应的知识进行教学。这里应当指出，采用逐步逼近法有一个先决条件，就是事先必须对领域知识进行认知分类──即在领域知识库中要对每个知识元素标出它在学生认知能力培养方面的特性。例如若某个知识元素主要对学生“分析”能力的培养起作用，则将此知识元素标记为“分析类”；若是对“综合”能力的培养起作用则标记为“综合类”。

在教学过程中，系统记录下学生所学习的新内容，由于每个新内容均带有认知分类标记，所以系统很容易检验出学生通过本次学习后各项认知能力的进步情况，据此，系统即可修改该学生的初始估计值。例如可通过以下方式进行修改：用不同认知分类的知识元素对学生进行提问或测验，学生每答对一个一般难度的问题可将他相应的认知能力值加0.05分；每答错一个一般难度的问题则扣0.05分，当问题的难度较大时，答对加分值可大于0.05，答错扣分值可小于0.05；当问题较容易时，答对加分值应小于0.05，而答错扣分值则应大于0.05(如前所述，认知能力值共分11级，每级之间的级差为0.1分)。这样就可得到该生经过一次学习后的六项认知能力的修正值，我们称之为“一次评估值”。显然一次评估值与初始估计值相比，在对学生认知能力的评估上要更切合实际一些。

3．然后根据一次评估值，&127;再次到领域知识库中去选取与该学生认知能力相适应的知识，继续对该生进行教学，在教学过程中，系统同样记录下学生的学习内容和在认知能力方面的进步情况。于是经过第二次学习后系统根据学生的实际学习情况，可再次修改评估值，从而得到六项认知能力的“二次评估值”。显然，二次评估值与一次评估值相比，在对学生认知能力的评估上又接近了一步。如此继续下去，学生每学习一遍，认知能力评估值就要修改一次，而每一次修改都要比前一次朝精确的估计值更接近一步，这就是“逐步逼近法”名称的由来。

§3.3确定学习者的认知结构变量

按照奥苏贝尔的定义，“认知结构”是指“个体的观念的全部内容和组织，或者就教材而言，指个体关于特殊知识领域的观念的内容和组织”[8]。所谓“个体的观念的全部内容和组织”就是指学习者在长期的认识与改造客观世界的过程中，在其大脑内逐渐形成并按一定组织结构存储的全部知识与经验系统；所谓“个体关于特殊知识领域的观念的内容和组织”则是指学习者大脑中按一定组织结构存储的关于某个特定学科领域的知识与经验。

由于原有的认知结构是影响新的有意义学习与保持的关键因素，即有意义学习的发生与习得意义的保持皆取决于认知结构的状况，也就是随学习者的认知结构而变化。经过长期的实验研究和理论探索，奥苏贝尔发现在认知结构中有三方面的特性对于有意义学习的发生与保持具有至关重要的意义和最为直接的影响。由于这三方面的特性并不是恒定不变的常量，而是因人而异的变量，所以奥苏贝尔就把学习者认知结构的这三方面特性称之为三个认知结构变量。

第一个认知结构变量是指认知结构的“可利用性” ———即学习者的原有认知结构中是否存在可利用来对新观念（即新概念、新命题、新知识）起固定、吸收作用的观念，这个起固定、吸收作用的原有观念必须在包容范围、概括性和抽象性等方面符合认知同化理论的要求。

第二个认知结构变量是指认知结构的“可分辨性” ———即这个起固定、吸收作用的原有观念与当前所学新观念之间的异同点是否清晰可辨。新旧观念之间的区别愈清楚，愈有利于有意义学习的发生与保持。

第三个认知结构变量是指认知结构的“稳固性” ———即这个起固定、吸收作用的原有观念是否稳定、牢固。原有观念愈稳固，也愈有利于有意义学习的发生与保持。

所谓确定学习者的认知结构变量，就是要确定学习者认知结构中上述三方面的特性，首先就是要确定学习者的认知结构是否具有“可利用性”。

对于当前所学的新概念、新命题、新知识（新观念）来说，有可能起固定、吸收作用的原有观念与新观念之间通常有以下三种关系：

类属关系
类属关系也称上下位关系，是指当前所学内容（新观念）类属于学习者认知结构中某种包容性更广、抽象概括程度更高的原有观念，即原有观念处于上位，新观念处于下位。这是新观念与原有观念之间最常见的一种关系。

处于下位的新观念（类属观念）又有两种形式[9]：一种是“派生类属”，即新学习内容只是学习者原有认知结构中包容性更广的命题的一个例证，或是能由该原有命题直接派生出来。例如， 若儿童已经知道“猫会逮老鼠”这一命题，那么，“邻居的小花猫逮了一只大老鼠”这一新命题就可类属于原有命题。在掌握汉字的“间架结构”概念的基础上，进一步学习“左右结构字”、“上下结构字”或“包围结构字”也有这种类属关系。显然，具有这种类属关系的新命题是比较容易学习的，因为在这种情况下，学习者原有命题只需稍作修改或扩展就能产生出新命题的意义。具有“派生类属”的上下位关系可用图3-2表示[4]：



图3-2 派生类属图示


在派生类属中，新观念a5与上位观念A相联系，而且表示A的另一个例证或A的补充。在此种关系中观念A的基本属性不改变。

另一种下位关系的形式是“相关类属”。当新观念是对原有观念的一种扩充、修饰或限定时，就构成相关类属。例如，若学习者有“平行四边形”的概念，则我们可以通过“菱形是四条边一样长的平行四边形”这一新命题来界定菱形。在这种情况下，通过对原有概念“平行四边形”予以适当限定（四边等长），就得出菱形这一新概念。具有“相关类属”的上下位关系可用图3-3表示[4]：




图3-3 相关类属图示

　

在相关类属中，新观念a4与原有观念A相联系，而且是A的一种扩充、修饰或限定。在此种关系中，原有观念A的基本属性将随相关类属关系而改变。

总括关系
总括关系是指当前所学的内容（新观念）具有较广泛的包容性与概括性，因而能把一系列原有观念总括于其中（也就是使一系列的原有观念类属其下）。在此情况下，新观念是处于上位，而原有观念则处于下位。例如，当学习者学习了“萝卜”、“菠菜”、“扁豆”………等下位概念后，再来学习“蔬菜”这一上位概念时就属于这种情况。识字教学中独体字、合体字与汉字结构的关系，物理学中动能、势能与机械能的关系也是如此。“总括关系”可用图3-4表示[4]：



图3-4 总括关系图示


在总括关系中，原有观念a1,a2和a3被认为是新观念A的具体例证，并且与A形成联系。

并列组合关系
并列组合关系是指当前所学的内容（新观念）与学习者认知结构中的原有观念既不存在类属关系，也不存在总括关系，但却具有某种共同或相关属性的情况。在已有“回声”概念的基础上学习“雷达”原理，就是利用并列组合关系的一个例子，因为在这种场合，无线电波的反射既不类属于声波的反射，也不能总括声波的反射。在自然科学和社会科学领域中，有许多新概念的学习都要应用到和原有概念的并列组合关系。例如“质量与能量”、“功与能”、“遗传与变异”、“需求与价格”、“生产力与生产关系”、“经济基础与上层建筑”、“物质文明与精神文明”……等等。虽然在这类新旧概念之间不存在上述类属关系和总括关系（由以上分析可知，通过上述两种关系可以很容易地直接建立起当前所学新知识与认知结构中原有知识之间的非任意的实质性联系，而建立这种联系是实现有意义学习的关键所在），但是通过仔细分析可以发现，它们之间仍然具有某种或某些相关的甚至共同的属性，正是通过这类相关或共同的属性才使新旧知识之间仍然能够建立起某种非任意的实质性联系，从而达到有意义而非机械的学习。

要确定认知结构是否具有“可利用性”（即确定第一个认知结构变量），就是要确定在当前所学的新概念、新命题、新知识与学习者原有认知结构中的某种概念、命题或知识之间是否存在上述三种关系中的某一种关系。如能找到类属或总括关系这是最理想的，因为在这两种情况下，如上所述，可以直接建立起新旧知识之间的非任意的实质性联系，学习者所需进行的认知加工比较简单，因而可以较轻松地完成学习任务。如果找不到类属或总括这两种关系，那就只能去寻找新旧知识之间的并列组合关系。这就要求在新旧知识（或新旧概念、命题）之间作比较深入的分析对比，以便从中找出某种或某些相关的甚至是共同的属性（例如，在上述关于“回声”与“雷达”的关系中，“回声”是学习者认知结构中通过日常生活经验建立起来的原有概念，而“雷达”则是当前要学习的新概念、新知识。通过分析对比不难发现，“波的反射与接收”就是本例中原有概念与新概念的共同属性。）

第一个认知结构变量（可利用性）被确定以后，接着要确定第二个认知结构变量，即要分析学习者认知结构中起固定、吸收作用的原有概念与当前所学新概念之间的“可分辨性”。这一步工作实际上可以和前一步工作（确定第一个认知结构变量的工作）几乎同步完成，这是因为：如果可利用的原有概念与当前所学的新概念之间是属于第一种关系（即类属关系），那么，由于类属关系就是上下位关系———原有概念为上位，新概念为下位，这二者之间的关系无需我们作进一步的分析就已经泾渭分明，清晰可辨了；如果可利用的原有概念与当前所学新概念之间是属于第二种关系（即总括关系），那么，由于总括关系实际上是“下上位关系” ———原有概念为下位，新概念为上位，所以这二者之间的区别实际上和第一种关系中一样，无需进一步分析即已清晰可辨；如果可利用的原有概念与当前所学新概念之间是属于第三种关系（即并列组合关系），这时新旧概念之间的区别就不像在第一、二种关系中那样能直接观察出来，而是要求对新旧概念作比较深入的分析对比，在努力寻找它们共同（或相关）属性的同时，也要注意发现它们彼此之间相区别的属性。仍以上述“回声”与“雷达”的关系为例，在找出“波的反射与接收”是二者共同属性的同时，还应注意到前者是属于“声波”的反射与接收，而后者则属于“无线电波”的反射与接收，如能注意到这点（两种不同性质的波动），则新旧概念显然是清晰可辨的。

可见，即使是在第三种关系的情况下，“可利用性”和“可分辨性”的确定也几乎是在同一过程中完成的。

在第一、第二两个认知结构变量均已确定以后，接着就要确定第三个认知结构变量，即要分析学习者认知结构中起同步、吸收作用的原有观念的“稳固性”。一般说来，若能找到和新观念具有类属关系或总括关系的原有观念，那么，这种原有观念通常对于绝大多数的学习者都是比较稳定而牢固的；假如原有观念与新观念之间是并列组合关系，则这种原有观念的稳固性将随不同的学习内容而有较大的差别。这里又分三种不同情况：

如果原有观念贴近学生的日常生活，则这种“原有观念”是比较稳固的。例如通过以“回声”作为原有概念去固定、吸收“雷达”这个新概念就属于这种情况。
如果原有观念和已学过的某种知识相关，而且该知识的习得意义又能较好地保持，那么这种原有观念也是比较稳固的，并且对新知识的学习能起有效的促进作用。例如物理学中，在掌握“功”的概念的基础上去学习“能”的概念，会容易得多。
如果原有观念和已学过的某种知识相关，但对该知识的习得意义不能有效保持，那么这种原有观念将是不稳固的，因而将对新知识的学习不会有什么帮助。例如学习者若对“功”未能先建立正确的概念，则在学习“能”的概念时会感到很困难。
对于第三个认知结构变量进行分析的意义在于，明确地区分关于认知结构稳固性的上述各种不同的情况，如果分析结果属于前面几种情况，这就表明学习者认知结构中的原有观念是比较稳固的，可以放心地加以利用；如果分析结果属于最后一种情况，则应在教学过程中设法采取补救措施———努力使当前教学中将要加以利用的原有观念变得稳定、牢固，以免它对新的有意义学习的发生及保持产生不利影响。