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交互式学习环境 /卷。 第15卷，第1期，2007年4月，第27-46页

技术增强型学习环境中的支架

Priya Sharma^a*和Michael J. Hannafin^b

a美国宾夕法尼亚州立大学; ^b美国佐治亚大学

支架已被证明是支持教学和学习实践的特别有趣和有前途的领域。 特别感兴趣的是在技术增强的环境中搭建学生学习的支架。 在本文中，我们将讨论如何在技术增强型环境中实施支架，提供各种环境下支架流程和技术的概述，然后提供在技术环境中设计支架的基于经验的指导。 我们检查当前的研究，以确定两个主要设计组件，认知和界面，并建议如何改进支架设计，以便学习者更有效地使用。 我们通过确定实践和研究影响来结束。

1. 介绍

隐喻地说，支架是指新手学习的专家支持。 早期的支架研究描述了专家和新手在学习过程中的交互作用（例如参见Wood，Bruner和Ross，1976）。 随后的研究集中在学生学习上（Graves＆Braaten，1996; Palincsar，1986; Rosenshine＆Meister，1992），专家的支架互动策略（Applebee＆Langer，1983; Hogan＆Pressley，1997; Palincsar，1986; Wood 1976年）以及理想的“导师”或专家支架的特征（Lepper，Drake和ODonnell-Johnson，1997; Merrill，Reiser，Ranney和Trafton，1992）。 这些调查已经为传统环境下的支架学习产生了良好的基础设计指导（参见例如Bliss，Askew和Macrae，1996; Hogan＆Pressley，1997; Palincsar，1986）。

支架在技术增强型学习环境（TELE）中的作用对教育工作者和研究人员都具有相当重要的意义。 然而，定义和概念化已被证明是难以捉摸的（例如，Ge＆Er，2005; Pea，2004; Puntambekar＆Hu？bscher，2005）。 TELE在使用计算机来指导和加强学习方面与传统环境不同。 在典型的基于技术的环境中，支架设计一直以专家对如何最好地支持新手学习的理解为指导。 虽然这很重要，支架设计和实施还必须考虑到学习者的特点和语境影响。

了解学习者的角色对于增加与学习目标相关的专家 - 新手对话至关重（Rogoff＆Wertsch，1984; Wertsch，1984）。 专家人员定制对不断变化的学习者需求的支持。 在面对面的学习环境中，动态支架无需事先了解，因为共同的理解是协商的。 但是，动态谈判在TELE中难以复制。 在TELE中，Lumpe和Butler（2002）将这个过程概念化为学习者和提供支架的软件之间的交互。 从这个角度来看，学习者的看法定义了支架使用的质量和水平。 因此，设计有效的TELE支架需要考虑学习者与支架工具交互和使用的能力。

在本文中，我们回顾TELE支架研究和理论，提炼影响支架相互作用的学习者特征和情境条件，并确定对TELE支架设计的影响。

1. 划定支架的相互作用

支架传统上被认为是专家支持学习者完成特定任务或实现特定目标的过程（Wood等，1976）。 随着学习者能力的提高，专家逐渐淡化支持。 支架的初步研究探讨了亲子互动的本质以及成年教师在支持幼儿学习中的作用（例如参见Rogoff＆Wertsch，1984; Saxe，Gearhart，＆Guberman，1984; Wood等人， 1976年）。

支架最初被概念化为成人 - 儿童互动过程，其侧重于任务完成。 随着支架的隐喻性使用变得流行，它与近端发展区（ZPD）相比较 - 这是通过独立和合作解决问题来衡量的学习者发展水平的差异（Vygotsky，1978）。 伍德（1980）指出：成年人提供的这种干预水平对于让孩子克服目前的困难是必要的[原文如此]; 当学习者能够成功地对任务的特定组成部分承担责任时，成人会放弃这种特殊形式的干预，并在更一般的层面上作出反应。 （第294页）

支架和ZPD之间的联系为设计和研究提供了概念和操作框架。 这两种结构都涉及专家（即教师）和新手（即学习者）之间的交互，其中专家协助新手执行特定任务。 因此，支架使维果茨基的教学和心理发展之间的关系成为可能。 因此，ZPD为选择个别学习任务提供了一个概念框架，而支架为选择和实施支持特定学习的策略提供了一个战略框架。

与ZPD的联系也延伸了早期的支架概念，以包括专家通过提供支持和褪色支持来支持新手的交互。 随后扩大了支架任务完成的重点，包括支持总体学习（参见例如Bliss等，1996; Hogan＆Pressley，1997; Palincsar，1986; Roehler＆Cantlon，1997）。 学习可以被看作是通过专家和新手之间的互动首先发生的，也就是说，作为人际层面的高层次心理过程的初始发展，其次是学习者内化和独立（Roehler＆Cantlon，1997）。 支架通过促进连续的能力水平支持独立技能的学习和发展（Palincsar，1986）。 当学习者表现出可接受的能力水平时，支架被撤回以促进独立运作。

虽然支架是指专家支持，但它在概念上和操作上与其他类型的援助相区别，因为它已经消失。 褪色，逐渐减少和最终消除支架，已被确定为支架和其他形式的支持之间的关键区别。 Lepper，Drake和ODonnell-Johnson（1997）将支架等同于辅助建造拱门或桥梁的临时结构：当支架被拆除时，结构继续不受支撑。 Lepper等人。 强调了支架互动的三个重要方面：（a）它支持学习者完成超出其无辅助能力的任务; （b）当支援结构被移除时，学员继续自行运作; （c）拆除支撑结构不会减少学习或功能 - 相反，学习者继续在通过支架达到的高架飞机上运行。

因此，支架的相互作用可以被提炼和提取专家支持。 为了本文的目的，支架被定义为支持学习者控制学习和任务完成的两步过程。 首先，专家为新手提供适当的支持，以确定完成单独达不到的学习目标或任务的策略。 在第二步中，随着学习者日益胜任，专家逐渐淡化这种帮助。 因此，支架的特点是专家和学习者之间持续和建设性的相互作用，因为他们协同工作，将完成任务和从专家学习的责任归于学习者。

1. 在技术增强的学习环境中实例化支架

在TELE中，支架可以概念化为当学习者从事特定的学习任务时为技术提供中介支持。 技术支架可以为日常工作提供程序和元认知支持，从而支持在教室学习。 当代学习环境包含多种支持机制，并且通常具有由单个教师组成的多个学生的特征，其由于时间和情境紧急情况而经常支持学生群体的学习（例如，Puntambekar＆Kolodner，2005）。 在这种情况下，技术可以承担一些日常的支持任务，并让老师提供动态支持。 通过提供独特的代表性机会以及探索想法和概念的各种方法，技术可供性还可以增强支架的相互作用（Saye＆Brush，2002）。 作为一种激励工具，技术增强型支架可吸引并保持对包括年幼儿童在内的各种用户的关注（Shute＆Miksad，1997）。 通过向计算机分配无关的认知负荷，学习者和专家们都可以将精力集中在严格的高阶推理上。

TELE支架开发的几个方面类似于面对面的支架，例如任务和支架策略选择的规划。 专家必须确定适合学习者参与的任务，也就是说，任务既不太困难也不太容易，并且可以在协助下实现（参见例如Applebee＆Langer，1983; Bliss等人，1996; Gaffney＆ Anderson，1991）。 技术支架必须根据学习者的具体教学环境的发展和认知需求进行设计。 例如，Beyer（1997）指出，指导性支架通常适合幼儿和领域新手，而成熟的学习者能够更好地参与苏格拉底式支架，如质疑和反思。 同样，支架程序和基于技能的学习也不同于分析和元认知学习。但是，技术增强的支架也不同于面对面的传统交互。 软件限制通常会限制动态支架对事先可预见的交互作用。 因此，TELE支架通常是静态的，并且不会随着个体情况的变化而动态变化。 另外，当通过技术调解时，衰落可能由预先制定的标准触发，因此对新兴需求的反应较小。

1. 硬和软的支架

支架的研究和实践表明，技术可以持续支持程序性任务或为元认知处理提供标准提示。 一些研究人员认为，后勤和概念上的困难使技术导师无法 模仿人类导师（Farquhar＆Orey，1997; Merrill等，1992）。 为了对个人学习者的需求保持敏感，必须对软件进行编程，以包含详尽的选项和路径列表，这是一项巨大的后勤工作。 从概念上讲，设计师必须预见学习者需要先验来开发适当的支持。 因此，即使大量投入时间和资源，技术导师也不能提供像人类导师一样敏感和定制的支持。 作为完成定制的替代方案，Saye和Brush（2002）建议在TELE中使用硬质和软质支架：硬质支架是固定的，不可谈判的，主要是技术介导的; 软支架由专家提供，并且可定制且可协商。 硬支架有助于支持常见的学习需求，释放教师提供按需，上下文敏感的软支持。 然而，硬支架也可能产生依赖性，阻碍对自己学习的所有权和责任（例如，Oliver＆Hannafin，2000），因此通过使用隐式支架可以平衡提供支架。Hadwin和Winne（2001）区分显式（更多指令）和默认（更少指令）支架。 CoNoteS2是一个支架的软件工具，旨在支持笔记和自我调节，默认的支架包含一系列工具供学生选择。 明确的支架作为模板，通过识别并要求学生使用特定的过程来关注学生的注意力。 平衡施加的和选择性的支架已被证明是具有挑战性的，因为学习者通常缺乏必要的决策知识或技能。 豌豆（2004）描述了需要metascaffolding来支持学习者选择适当的支持，这个功能可以很容易地由老师或其他协助者来完成。

1. 重新概念化和实例化TELE支架

明确支架在TELE中的概念化非常重要。 如前所述，研究表明，计算机通常无法提供适合特定学生的发展和学习水平的支架。 尽管基于特定算法的支架在预定点已经减少，但衰落很少依赖于个人的需求或表现。 Fretz等人 （2002）认为基于计算机的支架可能被设计为具有淡化能力，但是在连续迭代过程中它们不一定会消失。 这样的支架可以嵌入到学习环境中，并且衰落可以由基于对学习者表现的评估的人类专家来确定。

考虑到基于计算机的支架不能很容易地匹配人类专家的敏感度，他们如何设计为在课堂环境下支撑学习？ 一种选择是设计技术支架以与其他支架一起提供特定的帮助，因为可能需要不同类型的支持来满足学习者的发展需求。 Puntambekar和Huuml;bscher（2005）认为，由分布式支架提供的冗余，支持单一表现的多种支架类型，为不同学习者提供了更多机会从支架中受益的机会。 有效的支架需要适应不同的理解特定任务，并创建工具和代理来满足个人需求（另见Tabak，2004）。 因此，设计师必须考虑基于计算机的支架的具体可行性及其在学习环境中的有效整合。 例如，可以设计多种类型的支架来解决不同的发展水平和地址粒度水平：随着学生向独立表现迈进，详细的支架可能最初消失，然后逐渐消失日益普遍的支架（Puntambekar＆Kolodner，2005）。 Sherin，Reiser和Edelson（2004）建议在设计支架时考虑目标和背景。 在动态环境中，支架可以整合协同工具和代理，包括课程材料，资源，同伴和教师。 软件支架可以支持整个环境中的一系列性能和学习任务。 根据Tabak（2004）的说法，不同的支架通过多种方式提供多种支持来支持各种需求。

冗余或分布的支架针对单一的学习需求，并通过不同的方式并在过程的不同阶段提供渐进的支持。 协同支架通过多种，共生和相互作用的支持支持单一需求。 因此，软件支架在包容性环境中考虑时，可以是对特定任务的唯一支持，也可以是满足共同需求的支架组的一个方面。

豌豆（2004）建议设计师仔细检查支架工具的目的，然后决定是否褪色。 各种技术工具目前支持各种任务的执行，而且如果支架工具是执行特定活动的固有组成部分，则衰落可能被证明是不必要的，并且是非生产性的。 例如，计算器可以被认为是支架，因为它们支持执行计算和减轻不必要的认知负担的能力。 然而，计算器的使用可能被认为是数学家社区中的一种嵌入式实践。 因此计算器使用的褪色可能不会有用，并且可能实际上阻碍了学习者参与和发展复杂形式推理的能力（Pea，2004）。 相反，如果支架需要支持特定过程或任务的内部化，它必然会消失，因为学习者必须自主地演示其性能。

1. 实践中的TELE支架

TELE支架可以支持一系列的学习者需求。 计算机系统的两个重要功能是通过预定义的规则和存储大量数据来限制用户操作的能力。 通过引导对重要任务特征的关注，软件支架可能会阻止学习者参与不必要的，误导性的或非生产性的策略（Pea，2004）。 例如，在Cho和Jonassen（2002）关于支持学生在不良结构化问题解决中的论证的研究中，例如，某些学习者责任由系统控制。 为了限制论证建构，学生们通过提供组织论证框架的软件工具来获取重要信息。 该软件提供了四种类型的预定义会话节点（数据，假设，原则，未指定）来约束对话。 此外，该软件还通过特定的连接器限制了特定节点之间的链接类型（用于，反对和），以支持学生构建有效的参数。 Reiser（2004）提出，提供指导或缩小选择可以让学习者管理他们的计划和任务执行，从而关注重要的标准和目标。 通过关注常见的学习者误解或困难来限制问题解决或任务绩效选项的范围，便于设计这种软件支架。

TELE支架也可以使专家推理过程正式化，并以不同的方式让学习者接触到。 与Cho和Jonassen相比，Shabo，Guzdial和Stasko（19

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