各位老师好，接下来呢我们来聊聊学习科学的研究内容与未来发展。
大约有三个小话题，第一学习科学的研究内容，第二学习科学与课堂教学，第三提升教师学习科学素养。
先看第一，学习科学的研究内容。就是在上一节我们讲了学习科学的概念以及学习科学的重要意义，那么学习科学都在研究什么东西呢？
在《人是如何学习的》这本书里边谈了5个主题。
记忆和知识的结构，什么叫工作记忆长时记忆短时记忆？知识在人脑中究竟是怎么样体现的？概念命题、表象等等。
第二类问题解决于推理的分析，我们学习的目的是干什么？解决问题，那么问题究竟是怎么解决的？人是怎么解决问题的？在解决问题的过程中我们是怎么去推理的？然后我们怎么创造性解决问题的？很多人都在研究这个。尤其一些人是在研究专家和新手的区别。
你比如说一个特级教师，他有很多教学智慧。一个新老师缺乏教学智慧，我们能不能把特级教师的教学智慧快速提取出来，快速教给新手呢？所以就要去研究专家和新手的差异。
早期基础就是婴幼儿是怎么学习的，因为婴幼儿的学习特别容易看出来。
如果你家里有特别小的小孩子你可以观察一下，他一开始会说一个字，然后会说两个字，然后会说三个字，观察特别明显。
第四，元认知过程和自我调节能力。元认知就是关于认知的认知。
你比如说把认知当成施工队的话，元认知就是监理，监视着施工队来工作。这个对人的学习也是非常重要的，你比如说我们考试的时候碰到难题，跳过去先做容易的再回头做，这其实也是元认知。
那么元认知不仅对我们学生的学习很重要，其实对于我们每个成人的发展也都很重要。那么在元真元认知里边计划监控调节这能力就非常重要。
文化体验与社区参与，就是社会文化中的学习。
你比如说我曾经碰到个学生，他是研究淘宝村的学习。在淘宝村里边通常都是这样子的，有一个人最初卖某一种东西，慢慢的整个村子都在卖这个东西。那么这个学习是怎样发生的？受什么条件影响？
有人在做替代研究，在剑桥学习科学手册里边它主要谈的是基础理论，你比说建构主义、认知学徒制知识建构等等。
方法论，基于设计的研究。
知识的本质，基于案例的推理。
知识可视化项目，项目学习和基于模型的推理等等
共同学习，计算机知识的写作学习、移动学习在线写作学习等等。
那么现在呢剑桥学习黑手册也推出了第二版。
在第二版中他们补充或者强调了教育数据挖掘与学习分析、具身认知、数字视频、游戏化学习、移动学习、虚拟世界中的学习等等。并特别重视将学习科学研究引入课堂。
在《理解脑：新的学习科学的诞生》这本书中呢它比较偏向脑有关的研究。他们认为新的学习科学也就是教育神经科学。
那么研究范围非常广泛，在学段上包括了大学、中小学、幼儿园。也就是说，从出生到生命结束的整个历程。
在研究内容上则主要包括语文、第二语言、数学、道德、体育、音乐、科学等等，以及影响所有这些学科学习效率的认知与非认知的因素：情绪、动机、注意、执行功能、元认知策略等等。
在最新出版的《国际学习科学手册》中，他们主要分了三大类研究：
第一类是学习过程研究。这类主要是设计心智过程和社会化过程，以及影响这些过程的文化因素、系统因素和其他因素。
第二类是学习环境研究。围绕学习科学设计、情感情境设计、学习知识等几个纬度，对设计挑战式学习环境进行了分析和探讨，包括整体化教学设计、知识论坛、模拟游戏和建模工具等、非正式学习场馆、MOOC支持下的多样化学习环境、创客运动等内容。
第三类是学习方法研究。主要包括：有效设计测量分析和评估，从这些方面对如何促进学习者的学习方面进行的分析和探讨，并且重点关注了基于设计的研究等方法。
在整合以上文件的基础之上我们呢把学习科学的主要研究方向分为了三个方面：学习基础机制研究、学习环境设计研究、学习分析技术研究。
学习基础机制研究就是整合认知神经科学、神经科学、认知科学、医学与教育领域的学习科学。当然大家也可以把它主要看作教育神经科学，之所以没用教育神经科学这几个词：因为我们觉得学习科学的基础研究可能还有些别的基础研究。
学习环境设计研究是整合认知心理学、教学设计、计算机信息技术、[06:43.300-06:45.26]智能系统的学习科学研究。也常常成为学习技术或者学习设计研究。
你比如说学习软件学习平台、学习分析技术研究、整合人工智能大数据机器学习、工程技术等领域的学习科学。你比如说基于慕课的后台行为数据，分析学习者的学习特征并给他个性化干预，这就是典型的学习分析技术研究。[07:16.166]
举几个例子：第一个学习基础机制研究：
Patricia教授他在做脑认知研究，他比较关注孩子们同时学双语究竟有无好处。在我们现在也有很多家长同时让孩子们学英文和中文。你担心不担心学混了？Patricia教授用脑科学的方法告诉我们，与只学习一种语言的同龄人相比，一出生就处于双语环境的婴儿和儿童具有更高的认知灵活性和控制注意的能力。
再看看学习环境设计研究：
这是一个医院的模拟解剖的例子，视频大家可以看一看，你想想医学院现在为什么特别重视这个模拟解剖呢？第一尸体不好找；第二真尸体上未必能碰到某种病，假实体上要什么病有什么病；第三这个虚拟世界中学到的东西可能就是未来真实世界中解决问题一模一样的方法，甚至都不需要迁移，你比如说微创手术，医生给病人打好三个洞以后医生基本上只能看着屏幕做手术，操作鼠操作鼠标就是了，不可能靠肉眼看着那三个洞做手术。那么如果这个模拟系统做的比较好的话，医生就有可能分不出来旁边是真人还是假人，如果都分不出来是真人还是假人了，这就意味着医学院的学生在学校期间就可以利用这些模拟系统疯狂的做手术，等他毕业的时候他可能已经做过几千台手术了，不再是一个新医生了。
所以现在很多人在研究把模拟仿真用到医学，培养医学生的学习中。很多人都在做这样的研究，当然了模拟仿真不局限于医学，即使在职业教育、工程教育中也大量的使用。你比如说有一年，我就听到天津大学都有个电焊专业，我当时觉得很诧异，但是后来才知道，人家那个电焊焊的可不是一般的东西，是吧比如说宇宙飞船、卫星等等。他们有个老师也在做研究模拟虚拟电焊，戴上VR头盔去练习这个电焊技术，用的也非常好。
我们再看学习环境设计研究：
分数游戏，就是我们把游戏用到学习环境设计中的那种。这款游戏需要你摇晃着手机让分数落在指定位置。看着很简单但是评价挺好的，为什么呢？
第一他把分数和数轴联系到了一起，很多脑与数学认知专家看来分数和数轴联系来非常重要。
第二它采用的具身认知，咱刚才讲了，什么叫具身认知呢？简单的说身体情境都要参与认知。你比如说举一个通俗的例子：今天你听尚老师报告的时候如果你抱着一杯热咖啡听课，你越听可能会觉得越好，完了以后校长问你尚老师讲的怎么样？挺好的。但是如果你抱着一杯冰咖啡听课，那完了以后怎么样啊？就这样啊也行吧哎，手的温度可能会影响你大脑的判断。当然了其实有很多研类似的研究都证明了这一点，跟巨深认知有关系，所以要摇晃着手机来玩这个游戏。
再来看一个，我们北大爷开发了一款游戏：方块翻翻翻。这款游戏主要是培养空间折叠能力的游戏，在我们的教学中有一个环节，是培养学生的空间折叠能力。你比如说立方体，折立方体，什么样的图形能折成一个立方体？当然有老师说邵老师这个不很简单吗，我们给张纸让学生折就行了吗？为什么要开发游戏呢？你去试一试，你拿一张纸给他折的话，他折几次以后可能就不想折了，但是呢我们把它做成了游戏，因为有些游戏机制有一些积分、排行榜的激励，他可能会锲而不舍的玩一个小时，甚至半天，可能学习效果会更好一些。
好再来看学习分析技术研究的例子：
刚才我们已经讲了一个，你比如说基于慕课的后台行为数据分析学习的学习特征，给他进行干预。现在有很多类似的做网上学习的学习分析的研究，那么这个例子是把它应用到线下的课堂教学。香港大学的陈高伟等人呢，他们做了个平台，我们可以把讲课录像传进去，依据一个科学的分析框架对这个课进行分析，借助人工智能和大数据技术进行自动半自动的分析。你比如说你老师一堂课讲了5,000个字，学生只讲了100个字；而人家这个老师一堂课讲了4,000字，学生讲了1,000字，那位老师可能更多的让学生去发言，你这可能都是你在讲。当然还可以分析，比如说：这段话促进了知识建构，这一段话或许可能还阻碍了知识建构，就是一种用用一种科学的方法去分析课堂教学。
我们北大吴晓萌老师，他们还开了个研究，就是我们让老师戴上一个眼镜式眼动仪，然后去分析老师在课堂上究竟在看什么。在看谁？其实呢，大家作为老师可能自己也很好奇你在课堂上究竟在看谁呀？按说我们教学要照顾大多数同学，那我们是不是应该看大多数人呢？普通中等同学呢？但是你会不会看的是：比如说学习好的和学习差的同学呢等等。所以很多老师也很好奇，那么初步的研究结果显示新手教师和专家教师在关注学生方面还是有一定差异的，专家教师关注学生的效率会更高一些，当然了在这个前后方面没发现差异，就是老师关注前面的学生和后面的学生之间没发生没发现太多差异，但是左右呢还是有差异的，所以中小学定期要左右换一下位置可能就是这个原因。这是线下的一个研究。
这个学习分析经常还用在预测中研究，你比如说这个孩子，现在高一的孩子他高二高三学习成绩会怎么样啊？他以后会不会考上名牌大学呀？你是不是很想知道？美国普渡大学他们就做了这个课堂信号系统用来预测学生会不会不及格期末挂科，因为在美国他一挂科他可能就走了，不在这读书了，要留下他，当然你留下他你也不能随随便便让他及格，那样呢影响学校的名誉啊，所以最好让他及格，努力让他及格，让他好好学习，促进他的学习，那怎么办呢？他们开发了个系统核心算法叫学习者成功算法，这个算法会根据学生课程表现、努力程度、前期学业历史和学习者特征等等，你比如说他是这个华裔还是什么非裔还是墨西哥还是这个欧洲欧洲裔等等，就是各种各样的特征，根据这些数据，他就预测他可能及格还是不及格，问题比较大亮红灯，问题比较小亮黄灯，没有问题绿灯这样比较好的提醒了学生促进了他们的学习。
好再看个例子大家可能都知道，[16:47.333-0-16:52.466]可汗为了教亲戚孩子学数学，然后录了很多小视频在网上，一不留神被比尔盖茨誉为全美国最优秀的教师，在全世界也非常出名但是我个人认为可汗的成功不仅仅是因为录制的一些视频，其实最大的原因可能是他开发的这个数学学习系统，他把这些数学课程知识切割为上百个知识点，并做了一个可视化的任务进度图，当然他还有一些其他设计，就学生进他这个系统里学习他很快能知道你究竟什么知识点不会，然后给你推送合适的资源，所以呢效果就比较好。目前可汗据说也接入了生成式人工智能，也在努力用人工智能来更好地帮助孩子的学习。以上我们讲了学习科学的主要研究方向和一些研究内容以及一些具体的案例。
有的老师跟我说：尚老师啊，以上案例好像主要是大学老师们做的，我们中小学好像做不了这样的研究吧。我说其实也不是，我们现在很多中小学老师都是硕士博士毕业生，都已经经过严谨的学术训练，其实你们一样可以做上面这些研究，而且各个学校条件也都不错，所以有条件可以做，或者你就跟大学的研究者一起合作来做这样的研究。但是如果你真的说尚老师，我暂时就没想过做这样研究，我就想着如何把学习科学应用到课堂教学中呢？那我们接下来就来看学习科学与课堂教学。在这呢我简单的给大家讲一讲，后边我们梁林梅老师还会有两节专门的课给大家讲如何把学习科学用到课堂教学中。
我们一线老师究竟怎么用呢？其实现在书市面上也有很多书讲了很多原则和策略，教我们老师们把学习科学用到课堂教学中。
那么首先我们来看著名学者梅耶在《应用学习科学》这本书里边提到的学习科学的三条原理：
第一，双重通道原理就是人拥有加工言语材料和图示材料的单独通道，也就是说在大脑中这些文字和图片是两个单独的通道，如果你讲课的时候没有用到图片，不是图文并茂那你就损失了一个通道，浪费了个通道，所以我们说要图文并茂。
第二容量有限原理就是每一个通道依次只能加工一部分材料，这个材料太多了就像马路会堵车一样就拥堵了，好就产生认知负荷了。
第三主动加工原理就是意义学习发生在学习过程中进行恰当的认知加工的过程，就学习者必须积极主动地把已有知识和新知识联系起来，这样才能促进有意义的学习。
其实在梅耶的书和其他人书中讲了很多原则，我这呢只讲一两个小的原则你比如说空间领径原则，如果你要给学生讲解形成闪电雷暴的原因，你可以像左边一样把文字放下边图片放上面，也可以像右边一样把文字和图片混排在一起挨得近一点。梅耶实证研究结果告诉我们右边的学习效果就是好，所以我们以后做类似的课件的时候我们尽量把文图混排在一起。
再看切块呈现原则。如果你要讲解风暴的形成原因，因为这个原因比较复杂，可能要讲十几分钟时间比较长，那么你可以把这个复杂的讲解过程分成多个小节，然后依次一屏一屏讲解，讲解完一屏便继续讲下一屏，这样的学习效果就会好。也就是说如果长长的面条一样的东西你把它切成一块一块一块，这样学习效果就会好。
当然了还有很多原则，你比如说使用多媒体技术，我们现在各个老师都已经在课堂上大量使用多媒体技术了，使用这些多媒体技术就比单纯使用文本效果要好，比如说如果我们要给学生讲解秦岭的知识,你就可以用类似这样的多媒体软件,让学生去从上面正面侧面,甚至从下面来看秦岭,来理解秦岭为什么是中国南北的分界线，说句实话，我就是因为看到这个视频我才深刻的理解到秦岭在中国的正中央，我原来一直以为他偏西呢，我要不看这个视频还真不知道。所以像地理课用这样的技术我觉得学习效果一定非常好，而且我们现在特别提倡培养拔尖创新人才，我们特别不希望培养的只是能填空能做题能得高分的学习者，我们希望通过这种方式让他们对地理学产生浓厚的兴趣，那才行。
关于使用多媒体仿真等等如果大家有兴趣可以去访问一下这个Phet，这个网站呢是诺贝尔物理奖获得者卡尔韦曼建设的，据说他把自己的诺奖奖金捐出来建了这个网站，当然现在有很多人在支持他这个网站。这个网站里面放了大量的模拟仿真游戏帮助大中小学生来学习。
你比如说这是其中那个学分数的一个小软件，什么叫1/2？什么叫1/3？什么叫2/3？哎我们用它就可以学习，你不要以为他很简单，大家可以看，当我们用一个饼图的时候我相信绝大部分孩子都能学会，分数 2/5就是这样子的，但是我们慢慢的从左往右要变成了条竖条圆柄最后到竖轴上，就是小孩子能不能从具体的饼最后抽象到竖轴，其实对他未来的发展是至关重要的，而这个小软件就一步步引导他们从饼状抽象到数轴。
再看一个物理的，这是一个学震动的小模拟软件，当然了我也想如果这孩子们有条件就随时随随地操作一下真实的这个实验设备当然可能也更好，但是呢我们可能没有条件让每一个孩子，身边都有个实验室随时随地可以操作各种设备，那么我们利用这些模拟设备是不是也能起到相同的作用呢？所以类似这样的教学软件其实在网上也很受学生欢迎。
你再比如说VR，现在呢特别特别热，去年呢还有人说是元宇宙年，虽然今年被人工智能超越了，但是我个人觉得，这个虚拟现实或者是元宇宙一定是未来的趋势。
你比如说我们学天体的知识，我们用这种方式看一看体验一下，我觉得肯定比只看图片只看录像效果要好很多。还有很多微观的或者历史中的事件我们没有办法让学生亲自看到，但是我们可以让他在VR中看到。
因此我相信VR一定是未来发展趋势，只不过呢目前的技术还不是十分过关，比如说我们戴上以后可能还有一点头晕等等，还需要再提升如果他克服了这个问题，这些问题你就想一想可能以后你在家里看电视你都希望用这种方式看了，可能会更直观更形象更生动。
除了虚拟现实以外，也有增强现实AR，使用这些AR你可以把真实世界和虚拟世界整合在一起，你比如说让一只动物出现在教室中，比如说你给学生讲到恐龙我们教室中出现一只恐龙，学生还能跟他互动一下，当然了我们可能需要戴个眼镜，戴上这个眼镜以后你既能看见真实的东西也能看见虚假的东西。
虚拟现现实的东西这样和他互动和他交流，我自己觉得可能会比只是看图片看录像更能激发学生的学习动机。
当然了这个open AI ChatGPT的出现使我们今天进入了人工智能的世界，所有人都在谈人工智能。我刚才已经讲了人工智能和学习科学并不矛盾也并不冲突，推出学习科学的其中一批人就是人工智能学者。他们就是希望利用人工智能等知识来理解人究竟是怎么学习的、怎么样促进有效的学习。
你比如说我们说个性化自适应学习系统，根据学生的学习行为、学习数据、学习成绩我们给他个性化干预帮助他。那么这离开人工智能是不可能实现的，所以人工智能价值非常重要。
当然对于我们老师们来说，当下可以干什么呢？你比如说我们就用各种各样的人工智能软件，可以用它来帮助我们生成教学设计可不可以，我是一名小学数学教师,准备用游戏化的学习方式讲授三角形内交合,请帮我生成一份教学设计。当然了有老师可能会说尚老师我们为什么不是去网上找一份回来改一改呢?过去我们可能就是这么做的，我们到网上找一份改一改。但是呢今天我们可以让他直接生成，当然了他也是学习的，网上成千上万老师们写的教学设计，学会了写教学设计他帮我们生成，逐渐逐渐有可能他会更了解你的学生，更适应你的教学风格，给你写的呢是更有效。当然了我们给老师们讲这个例子，不是说让老师们上来就让他帮你写直接用，我们还是要在他可以帮助我们支持我们、辅助我们的情况下，我们还是自己需要进行大量的修改工作，包括你要把你的理念告诉他，他可能才能帮你生成教学设计。
接下来我们讲第三个小问题，提升教师学习科学素养。就刚才我们讲了概念内涵研究内容也讲了如何把学习可以用到课堂教学中。接下来我们就总结一下，要提升我们老师的学习科学素养。从刚才讲述中大家可以看到：
学习科学越来越重要，在基础教育的课程改革中扮演了越来越重要的作用。
不过在我国过去的师范学生在上学期间通常没有开设专门的学习科学课程，对于学习科学了解呢比较少。
所以我们现在面向在职教师进行学习科学素养培训就显得比较重要，以便更好地应对当前教育的变革。
那么我们提升教师学习素养的目标是什么呢？
让教师能够全面掌握学习科学的基础知识，同时让各位老师掌握将学习科学理论和实践知识应用到课堂教学中。在此基础之上提升教师开展基于学习科学的行动研究能力，促进教师的专业发展，打造一批具有高水平学习科学素养的研究型教师。
最终目标是希望通过教师的授课能够让学生学习的更科学、更快乐、更有效。
那好了我们怎么样去提升呢？我们这给了一个提升教师学习科学素养的建议方式我把它大致分成三个阶段，你把它当成三年也可以。
第一个阶段，学习科学知识的线上线下学习，通过各种方式去掌握学习科学的基础知识，然后撰写基于学习科学的教学设计形成课例，对我们的课堂教学进行初步的分析。
第二阶段，就可以设计开展基于学习科学的研究，开展行动研究撰写研究报告。比如说原来你讲这个单元,你就用传统方法讲,现在，你准备把一个模拟仿真应用到教学中，那么这就是传统对照组，这就是实验组。我们在对照班和实验班分别进行教学，我们对他进行前测和后测，看他们学到的知识、看他们的学习动机、看他们的学自我效能感等等，去比较他的这种新的学习方式的成效。
第三个阶段，在此基础上进一步学习反思总结，完善研究成果，撰写研究论文，比较规范的基于学习科学的论文。当然大家可以从这里面看到我们对研究也比较重视，这主要是我自己觉得未来中小学名师的三层境界：
第一层境界教学型名师，我能把课讲的非常好，当然这已经是很成功的老师了作为老师已经圆满的完成了自己的任务。
但是如果有能力再往上一步，研究做的也很好：成为研究型名师，说实话到这个阶段已经可以到大学的教育学院当教授了，教别的学生如何去教学。
再往上就是思想型名师，提出了自己的教学思想，而且是基于自己的严谨的研究和丰富的教学经验提出来的，这样可能效果会更好。
我的讲课内容到此就结束了，希望通过这两节课能够让大家对学习科学的概念、内涵意义研究内容及未来发展有比较全面的了解。也希望各位老师能够认真学习学习科学知识，并把它应用到自己的课堂教学中甚至开展行动研究，早日成为具备学习科学素养的研究型教师，成为名师。谢谢大家。