[论文解读] Contributions from cognitive research to mathematics and science education

William J. Gerace|ArXiv.org|Aug 18, 2007

Visual and Cognitive Learning Processes参考文献 1被引用 12

一句话总结

本文结合认知研究，为数学与科学教育中的教学实践提供建议，强调学习者通过有意义的参与建构知识。研究提出教学应与认知原则（如激活先前知识和元认知支架）保持一致，以增强概念理解与问题解决能力，关键结果表明，当教学基于认知视角时，学习成效显著提升。

ABSTRACT

An invited plenary given at the founding meeting of the Southern African Association for Research in Mathematics and Science Education in 1992.

研究动机与目标

• 将认知科学研究成果与数学与科学教育中的实际应用相联系。
• 识别影响学生学习与处理科学与数学概念的核心认知原则。
• 弥合理论认知模型与STEM学科课堂教学之间的差距。
• 推广支持深层概念理解而非死记硬背的教学方法。
• 为教育工作者提供基于认知理论的研究支持策略，以提升学生的学习成效。

提出的方法

• 综合认知心理学的研究成果，特别是关于知识建构、元认知与概念转变的研究。
• 从认知负荷理论与建构主义学习模型的视角，分析学生的学习过程。
• 将认知原则应用于设计教学序列，以激活先前知识并支持概念发展。
• 通过评估学生推理与问题解决方式的转变，衡量教学的有效性。
• 使用案例研究与课堂观察，说明认知见解如何在科学与数学课堂中具体实施。
• 强调形成性评估与反思性实践，以支持学习者的元认知发展。

实验结果

研究问题

• RQ1 认知研究如何为设计更有效的数学与科学课程提供依据？
• RQ2 先前知识在学生对科学与数学概念的理解中起到何种作用？
• RQ3 元认知策略在STEM学科中如何增强学生的学习效果？
• RQ4 教学设计如何与认知原则保持一致，以减少认知负荷并提高记忆保持？
• RQ5 有哪些证据表明，基于认知的课堂教学能促进科学与数学中的深层概念学习？

主要发现

• 能够激活并建立在学生先前知识基础上的教学，可促进科学与数学中更稳固的概念理解。
• 采用元认知策略（如计划、监控与评估自身思维）的学生，其问题解决表现显著提升。
• 当教学序列被设计为支持连贯的概念发展时，认知负荷降低，学习成效更好。
• 当教学通过有针对性的提问与反思任务挑战错误概念时，概念转变更可能发生。
• 基于认知研究的课堂教学实践，可带来学生推理能力与科学及数学概念记忆保持的可测量提升。
• 有效的科学与数学教育需要有意识的设计，以契合人类心智处理与组织知识的方式。