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摘 要：在创设支持性学习环境之后，怎样的课程设计、教学方法和评估实践能让学生深入理解学科内容，培养解决复杂问题和有效沟通的能力，从而最终学会管理学习活动呢？本文依据最新的研究综述概述了学习与发展科学所达成的一些新的共识，它们对学校和课堂实践富有启示。这些策略主要包括建立和扩大儿童的知识和经验，支持概念上的理解、参与和动机，发展元认知、主体精神和策略性学习的能力等。
关键词：学习科学;教学设计;教学策略;有效教学
一、学习科学发展理论告诉我们什么
现代学习理论强调意义生成的情境性和社会性，也就是“思想、行为、感知和实践是完全整合的”。儿童是天生的学习者，他们会本能地探索日常生活中的重要事件。因此，为了帮助儿童学习，成人应在新旧两种环境之间建立联系，集中儿童注意力，组织儿童感知信息，帮助他们制定意义学习和问题解决的策略。
学习科学表明，当学生没有处在焦虑、担忧和被外界压力干扰的环境下，学习与学生已有的知识和经验相互关联时，学生积极参与学习活动、努力关注学习内容的价值、不断加深理解、解决真实问题时，学习才更有效率。因此，正如康托尔等人指出，对于每一个学生而言，不存在一条单一的理想的发展路径，而是要考虑其健康成长、有效学习、学业成就和修复力等各种具体情况。
美国国家科学研究委员会在题为《人是如何学习的》的报告中，列举了三条有关有效学习的基本原则：
（1）假如要想取得有效的教学，那就必须重视学生课前已有的知识。学生不是一块白板，如果他们的知识经验没有参与进来，就可能无法掌握教师教的新知识，或者只是做到了浅层学习，无法实现有效运用。这就意味着教师需要了解学生的所思所想，并且帮助他们与已有知识建立联系。每个学生在来到学校之前有着不同的学习经历，因此他们会有不同的先入之见、知识基础、文化和语言习惯，这些都是教师在设计教学时应予以关注的。优秀的教师会提供给学生精心设计的“支架”，在学习过程中给予适当的支持。这些支持会根据不同学生的学习需求、学习方法和已有知识有所区别。因此，教师应采取不同的教学方法，从容应对学生不同的学习、认知和沟通等差异。
（2）学生需要有意识地组织和使用概念性知识，这样才能在课外得以应用。学生需要在概念框架背景下，理解事实和观点，以便能够组织所学知识加以应用，提高探究能力。这就意味着教师应将学习材料融入概念结构图示中，并在教学时关注如何将其应用迁移到新的学习情境之中。这种教学策略允许学生将精心设计的直接教学和亲身实践的探究学习有机结合，积极引导学生使用学习材料，在复杂问题的解决过程中评估学生的理解，指导教师教学和改进学生学习。
（3）如果学生懂得如何开展学习和如何管理学习，就能学得更加有效。重视“元认知”的教学方法有助于学生运用一套个性化的学习策略，通过明确学习目标，监控学习进程来管理学习。教师需要知道如何帮助学生进行自我评估，以及通过示证和指导，帮助学生如何使用一系列的学习策略，包括激活背景知识、安排学习计划、分配学习时间和帮助记忆等;同时还要做出讲解和论证，帮助学生增强理解，厘清模糊甚至错误的地方，指导学生对学习结果做出评估，倾听别人不同的看法与意见，使其不断完善与提高自己。
接下来我们将从社会文化视角，运用上述三条基本原则来组织这部分的课程、教学和评估。尽管《人是如何学习的》报告给予我们综合学习科学知识方面很大的帮助，但是该报告还没有全面考察影响学习的社会文化背景和社会情感因素。美国国家科学院将要出版《人是如何学习的》（第二版），旨在解决这些问题。
正如上面已经指出的那样，不同类型的学习需要不同类型的教学。21世纪越来越强调问题解决能力和人际交往能力的重要性，这些能力是无法通过死记硬背的被动学习方式来培养的。当今，教学目标需要学习者更加深入地理解，以支持新知识、新技能在新情境中的实现迁移。
二、实践原则
基于以上目标和认识，学习科学和发展科学为教学实践提供了如下原则：
（1）教学应以学生已有知识经验为基础，不斷拓展到新的知识技能领域，这既可以通过创造“支架”教学，又可以根据学生个性以及文化背景等实际提供讲解实践。教师应该适当组织具有挑战性的学习活动，关注每个学生将要学习的内容，把握好学生已经知道、想要知道以及需要知道的内容，同时引入其他经验和成果来支持学习活动的开展。
（2）教学应通过设计基于问题的任务，结合核心素养开展，即围绕教学内容，设计好的探究活动，通过概念图或模式图来组织教学。
（3）为了让学生对学习进行自我管理，并能迁移到新的学习情境中，教学设计应注意培养学生的元认知能力、主体意识和策略性学习的能力。这就需要为学生进行自我定位、目标设定和自我规划提供各种机会，并开展形成性评估，通过定期反思学习策略和学习结果，及时做出反馈和调整。
三、发展和扩大儿童的知识和经验
皮亚杰是第一个根据学生学习制定系统发展阶段的学者，他注意到儿童作为个体学习者所经历的发展阶段。这样的发展观是相当静态的，意味着学生在特定年龄阶段接受特定类型的学习。然而，俄罗斯教育心理学家维果茨基认识到个人能力是在基于社会文化环境背景下提升起来的，这些能力会影响到儿童今后的学习。尤其是当儿童处在“最近发展区”，他们更需要其他更有专长的人帮助。同时，在新情境下体验不平衡感或者不熟悉的观念，会引发通过探究解决困惑的需要，特别需要有适当的支持来帮助学生理解学习的意义。
学习科学指出了以下几个方面的重要性，具体而言：在“最近发展区”内教学，并给学生学习提供“支架”，以便他们能够开发更加复杂的学习技能;借鉴学生原有的学习经验;创设一个丰富多样的学习环境，提供学生与他人合作的机会，扩大每个学生积累的经验的范围;提供认知支持。我们在下面的小节中将分别讨论这些问题。 （一）“最近发展区”的教学与“支架”
“最近发展区”是针对某一个特定领域，学生独立完成与在同伴、教师等他人帮助下完成之间的学习空间。儿童从他人那里得到帮助并内化于心，指导其今后去解决问题。精心设计的教学有助于通过提供适当的经验与支持，帮助儿童在“最近发展区”达到更高的理解水平。“支架”指的是让学生更容易掌握超越现有知识技能的任务指导。“支架”包括情感因素和认知因素，除提供帮助和及时反馈之外，还具有沟通疏导的功能，帮助学生了解掌握学习任务所必需的思维习惯，从而理解任务的相关性，以及发挥个人能力的具体轨迹。
伴随着社会关系的相互影响和时间的不断推移，儿童发展和学习轨迹会发生变化。同时，在不同领域和不同发展区，要给予学生不同的帮助指导，如：做除法题时，学生可能需要某一种帮助;而在写短篇小说时可能需要另一种帮助。教师可以在观察、提问、评估以及与学生互动中了解相关信息，以确定学生可能需要何种程度和类型的帮助，以帮助其更好地理解。
（二）利用学生的已有经验
有效教学需要基于学生已有知识与技能，已经表现出什么样的能力，以及如何将已有知识技能融入新的课堂情境。纳西尔等人指出：“学生通常可以在校外解决复杂任务，但在课堂中的学习任务可能无法施展出这些技能。”如，篮球场上需要使用的复杂的统计计算一般不会进入数学课程中，除非教师通过建立与真实世界的联系来实现迁移。
正如卡罗尔.李所展示的那样，可以使用一种文化建模方法在学生的经验和教学的内容之间架起桥梁，也就是借助学生熟悉的事物使该领域结构可视化或者采用直接教学的方法进行教学。卡罗尔.李通过说唱歌曲和学生所熟悉的文本开头来说明文学中的象征意义，并将个人的见解用于正式文本的学习中。同样，博勒基于探究性的教学实践，在为低收入学生开设的数学课堂研究结果中发现：当教师将问题与情境相联系，与学生生活相关联时，语言、种族和班级的不平等现象就会减少。课堂教学中教师可以通过引入新的概念，要求学生解释和阐述自己的想法。在这些做法中，教师都在寻求让学生理解并给予支持，不让学生死记硬背，支持学生在豐富多样的协作学习背景下思考和探究，从而取得学业好成绩。还有一些研究也采用了相似的策略，通过建立学习共同体以支持学生在数学学习方面取得成功。
除使学生利用原有知识之外，教师还需要帮助学生消除概念上的误区。研究表明，学生是借助原有的学习经验，围绕主题对历史事件展开叙述，培养历史思维。因此，在培养学生基于证据的探究能力时，教师需要让他们将已有的信念与判断呈现出来。要鼓励教师聚焦课堂讨论以及设计历史探究项目，引导学生像历史学家那样来审视和运用历史资料。
（三）创设丰富的协作学习环境
综上所述，学习是通过大脑不断地感知刺激，获得新知识和积累经验的过程。环境对大脑发育影响的研究始于格里诺等人。研究人员比较了两种不同环境下生长的老鼠大脑的发育情况：一种情况是在有玩具和障碍物等复杂环境中长大的老鼠;另一种情况是在没有玩具，单独饲养在小笼子中长大的老鼠。研究人员发现，在复杂环境中长大的老鼠学习任务的表现会更好，更善于走迷宫，在视觉皮层神经元上会多出20%～25%的突触。此后更多研究也都表明，大脑发育有赖于经验刺激。
丰富多样的协作学习环境不仅有助于大脑发育，也能为身体与环境之间的接触互动和探究不断变化的对象提供大量机会。在丰富多样的学习氛围熏陶下，这些机会不仅可以使学生的表现得到信息反馈，也有助于其与学校社区之外的其他人开展互动，获得外部世界的实践经验，并就其思考与行为得到及时和具体的反馈。正如本文开始所描述的那样，泰德·波伦为不同类型的活动创设了不同的活动区域，提供了各种各样的书籍、积木和教具，加入了含有历史日期卡的时间表，并定期使用海报提醒学生参与丰富多样的读写活动，激励学生合作交流。
泰德的课堂教学体现了教师可以通过对话支持学生学习。维果茨基曾经指出，学习科学专家也已经证明，用语言支持思维的社会互动可以提供更具策略性的学习机会。不仅如此，脑科学专家也指出，神经通路的发展离不开语言接触和语言生成。学生能够推测探究自己尚未理解的知识，并在探讨这个问题的过程中提升自己的思维。当学生能够清晰地解释概念，在任务中使用概念并得到反馈时，他们就会更加深入地学习。
大量研究表明，在精心组织的小组中开展社会交往学习有助于提升团队合作能力。当学生在开展自我管理和与他人互动需要寻求教师与同伴帮助时，协作学习就可以在“最近发展区”为学生提供来自同伴的学习帮助，并为其提供表达各自观点和发展元认知技能（如自我调节能力、自我计划能力）的机会，这些技能都可以通过教师创设的社会交往过程来展现与培养。
小组合作学习是教育研究领域中众多教学干预方法之一。研究表明，经常参与小组合作学习的学生，学习成绩会显著提高。如一项有关158个研究（其中70%涉及随机分配）的元分析表明：与个人努力相比，合作学习能够帮助学生达成更高水平的学业成就。对于绝大多数最具影响力的合作学习计划来说，其效果量最低为0.18，最高为1.03。通过实验设计和准实验设计对36项研究进行综述，研究结果显示：除认知方面的收获之外，协作学习还能在发展学生自我概念、社会互动、学习时间、同伴喜好和学业成就方面取得中等水平的效果量。
研究表明，一些社会交往过程可以解释小组合作有助于个体学习的原因，包括合作学习可以分享独到的观点，通过辩论解决观点分歧，解释某一现象，在理解中做出评论，吸收他人的学习策略，倾听他人的解释。研究表明，协作者不仅可以共同商定策略，还能简化问题表征，这些表征是个体无法观察到的。这说明了共同思考具有独特的优势。
良好的小组合作可以提高学业成绩，但是合作任务必须具有团队价值，大家只有共同参与才能合作完成任务。同时，教师还要激励学生参与团队合作，掌握提问技巧，提供“支架”指导教学。如在“综合教学”（complex instruction）环境中，学生要学会扮演不同的角色（如材料管理员、计时员和任务提醒员等角色）。教师可以根据这一方法采用具体的合作学习方式，通过精心设计同伴互相依赖的团队任务来实现高水平的教学效果。为了实现有效协作，教师应该精心安排任务，提供帮助支持，打破可能基于学生个性、发展能力、语言背景等方面的影响而形成的等级。 当具有不同能力的学生共同完成团队任务时，教师应制定相关任务，帮助学生认识和利用各自所拥有的多种能力，促进高水平学生和低水平学生之间的互动。教师也可以对学生能力进行“分配”，如认可学生对团队任务的贡献，对学生的努力给予积极评价，从而在维持高水平学生参与度的前提下激发低水平学生的参与意识。这些措施有助于产生强有力的学习成效，减少不同学习小组的学业成绩之间的差距。
在成功使用合作方法时，教师要经常帮助学生明确小组角色，并提出能够引导小组讨论的问题和任务。如在有关94项研究的文献综述中，作者主要探讨了团队中开展高质量讨论的条件，最终得出如下结论。
激发学生有效参与小组合作，并加深学生对证据的理解，这个过程包含两个要素：一是要求学生生成自己的预测、模型或假设，然后在小组中进行辩论。二是要求学生根据更多数据开展测验、比较与修改。
教师在构建任务和问题时，发挥着积极作用。这些任务和问题可以帮助学生学会协作，明确各自观点，从而在学科教学中体现探究性。上述措施不仅可以发展学生的社会化技能、认知技能和学术技能，而且还能提升学生的主体性，以及对观点进行反思和评估的能力。
（四）提供认知支持
教师可以在认知发展过程中提供学习支持。学习的核心是意义建构，也就是将已有知识与新的知识联系起来。在认知研究中，提供背景知识的核心作用已经得到了证明。如阅读研究表明，理解能力取决于学生个体对有关主题的已有知识，包括意义建构和解码能力。
当学生没有一定的背景知识经验时，教师可以为学生提供经验，帮助他们获取知识。通过实现本文所论述的课堂类型可以达到这一目的。这样的课堂可以为学生提供丰富的经验，并针对需要深入探究的主题为学生提供广泛的信息。构建背景知识可以让学生对历史、社会研究、科学、艺术、阅读、数学等课程内容实现快速理解。教师可以在师生互动前和学生共享相关背景知识和主题信息的材料。
背景知识在高阶问题解决过程中发挥着重要作用。但是这并不意味着学生探究前必须通过死记硬背的方式记忆这些“基本技能”。事实上，发现与探索可以为直接教学奠定基础。另一方法是通过发明创造来准备将来的学习。在这一方法中，布兰斯福德和施瓦兹发现，在问题解决过程中创设探究环境，给学习者提出了挑战，这有利于学生情境化的理解，帮助学生更好地回忆和使用呈现的信息，而不是简单地给学生灌输相关的事实与公式。
教师可以提供一些能够降低认知负荷、释放思维注意力的策略工具来支持学习，帮助学生获得高阶思维能力和问题解决能力。为了帮助学生处理复杂的认知任务，有学者根据认知负荷理论提出了管理工作记忆负荷的方法。工作记忆具有同时记住多条信息的能力，包括两个要素：信息的感知方式，信息与已知概念、模式和产品之间的联系。这些背景知识可以影响学生的注意，以及如何方便记忆新旧知识。
已有知识介入到认知过程的行为就是“组块化”，这就是将较大的条目分解成较小的单位，从而进行模式识别，并适应工作记忆的容量限制。为了帮助学生学习，教师可以通过可控方式将信息分成不同组块，来帮助学生熟练运用“新材料”。如将不同观点联系起来，并将这些观点融入共同的研究领域，使这些“材料”变得更有意义，而不是要求学生记住多条毫无关联的信息。此外，可以为学生提供技能练习机会，帮助他们在“新材料”的复杂应用方面更加自动化。
教师通过适应工作记忆的工具来帮助学生减轻认知负荷，这样学生就会有更多时间用于问题解决。这些工具包括笔记和数字工具、计算器或计算机。这些工具可以在问题解决过程中减轻学生的计算任务或记忆任务。这种认知观主张：智力存在于思维、实物、文化工具和伙伴互动之中。
在本文探讨的课堂中，老师和学生一起创建了许多记忆辅助工具，并以海报形式布置在教室的各个角落。如展示课堂要解决的分数问题的海报，包含具有共同规范的课堂章程、“读书会”的规章制度、“写作坊会议议程”、“诗歌指南”、“议论文”、“读书会的任务”（包括教师的读书任务和学生的读书任务）、“新闻杂志的文章要素”、“关于我们对地图的了解”，以及“两位数乘一位数：传统算法”。学生一般会采用自己的语言来整理学习内容，分享知识，并在需要时回顾知识。这些方法不仅可以降低学生的认知负荷，还能在建构已有知识的过程中让学生变得更加独立和自信。
学生不仅需要记忆信息，而且要发现、组织和使用信息。教师可以帮助学生学习如何利用工具来提高学业成绩。例如有声读物、可以调整字体大小和字体类型的电子阅读器、录音工具、具有记录听写功能的工具，以及其他在工作记忆和视听过程中帮助解决特殊缺陷的辅助工具，使用这些工具可以有效促进学生学习，提升学生表现能力，而不会因为各种缺陷限制学生发展。
教学有多种方法协调认知过程与认知系统。如想要提升阅读能力，就应先提升文本解读能力。同时，儿童语言发展的早期阶段又促进了这一能力的提高。该阶段要求学生听单词时能联系上下文，并理解与之相对应的书写符号。当学生提升解读能力和改进意义建构策略时，有关工作记忆、背景知识的解释能力就会发挥作用。
研究表明，流畅的阅读不仅需要通过直接教学来解读文本，还需要学生沉浸在各种有意义、有趣的文本之中，同时还应与更广泛的阅读群体保持联系。学会如何使文本更富有意义十分重要，当读者通过解读线索和背景知识来理解文本时，便能从文本和同伴那里获取更多的背景知识。
同时，用来帮助学生理解阅读材料的方法也可以用来促进学习，具体方法包括自我解释、同伴互教，用多种方式呈现信息。这些方法可以加深概念理解，强化思维模式，提升信息记忆与使用的能力。如在数学运算中，让学生运用多种形式呈现量化信息，如采用图表和口头解释有助于强化学生对所学内容的理解。一般而言，让學生将抽象知识和具体事例结合起来解释所学知识，有助于加深学生的理解，同时还能为教师评估提供参考数据。 有利于这些学习过程的具体教学策略有：运用支持性指导策略，选择具有适当挑战性的任务;根据“支架”有效选择问题，这些问题能够支持学生思维，指导学生探究，帮助学生巩固理解;通过各种各样的概念表现形式，让学生以不同方式进行理解;设计开展对话教学，允许学生探讨自己的想法，倾听他人的观点，并在这个过程中形成概念、组织语言、提出问题;鼓励学生进行阐述、提问和自我解释;在课程与教学中建立学徒关系，知识渊博或年长的同伴能激发学生更加深入地参与到特定领域或场景中。
四、支持概念理解、参与和激励
认知科学指出：当我们能够看到概念之间的互相联系，当我们能够全身心投入，当我们面对有趣味性和可行性的任务而精神振奋时，便能更加有效学习。不同学科的有效学习取决于该学科的独特结构，以及特定的探究模式。在下文中，我们将通过以下几个方面讨论教师如何促进理解：概念化地组织知识与呈现知识;适当整合直接教学的探究型课程;营造氛围，设计任务，从而激励学生学习;提供基于兴趣的学习机会。
（一）概念化地组织知识与呈现知识
如上文所述，当学生在学习某一领域的特定概念和概念之间的相关关系时，可以形成认知地图，也就是将所学知识联系起来，使其成为一个有意义的整体。对于学校学习而言，学科结构是该学科的核心。所有学科都有自己的结构，用来揭示该学科内不同核心观点的关系模式，包括组织内容领域的模式与规则。理解某一领域的结构有助于学生更加有效地学习。如根据语言的基本语义和句法结构开展词汇教学，可以使学生了解规则并广泛应用规则。如果将一个单词视为是由多个有意义的部分构成时（如，“photo”指光，“hydro”指水），那么学生也许就能理解单词的意义（如，“photosynthesis”指光合作用，“hydrotherapy”指水疗）。同样在学习语言时，知道了动词变位结构就能掌握动词变化的规则。
认知科学专家发现，根据图式来组织知识有助于从长期记忆中检索数据与使用数据。比较复杂的图式可以整合为较简单的信息组织元素，一般采用更加自动化的模式处理这些信息组织元素，从而减少工作记忆的负担。在长期记忆中组织知识，并自动获取这些知识，有助于在复杂的认知领域中开展有意义学习。
教师可以采用大概念提供一个总体的概念化进程（an overarching conceptualization of the big ideas），然后找出与之相关的具体事实信息，从而帮助学生理解某一领域的概念结构。如在历史学科中，学生能够思考如何通过组织来参与社会活动和商业活动，以及如何分配权力和应对管理冲突。如果学生能够理解这些核心概念，那么久而久之，他们就能看清楚不同的社会与国家，了解其中的模式、间断性、概括性和关联性。
在提出问题和解决问题方面，不同学科有不同方式。如，通过科学方法、历史研究、文献分析和数学建模开展科学调查。这些主要的探究模式、知识发现工具和证据使用方法对课程设计至关重要。如果学生知道如何使用这些探究模式，那么他们将以独特的方式锻炼自己的思维能力（这是引入学科的最初原理），而且更能参与深度学习模式。学科结构不仅可以用来组织课程，引导学生围绕这些核心观点和探究模式开展学习，还能帮助学生接触校内外的其他观点、学科和实际问题。
不管是在美国国内的州的层面，还是在学区和学校层面，如何选择高质量的课程材料对教师来说都至关重要。这些课程材料可以支持学科的概念性组织与理解，指导学生对材料进行有效利用。首先要有效表征观念，然后考虑用什么途径将这些观点与学生经验联系起来，并通过多种方法进行解释，最后开展学科探究。许多好的课程设计需要认真研究学习进程，帮助教师理解基本概念和教学策略，并得到实证研究的广泛支持。
虽然这篇研究综述不能充分探究所有的学习研究主题，但是依然有足够证据表明，有效教学离不开分析特定的内容，而不是建立在一般的教学方法基础上。美国国家科学研究委员会2005年对学生如何学习历史、数学和科学的评论认为：“专家型教师对其学科结构和认识论具有深刻理解，他们可以结合多种教学活动，帮助学生独立理解该学科。”这里涉及与学科证据规则相关的特殊教学法，也就是特殊的探究模式。通过教学鼓励学生参与多种形式的思考、推理和实践，就好像熟练的历史学家、地理学家、科学家、数学家、作家或是艺术家一样。
例如，当学生考察史实，并根据证据类型和证据来源解释证据时，或当学生将其放置在宏观历史情境之中，他们就能深刻理解历史。为了深入学习数学，学生应该学会寻找和理解数学结构模型，将量化推理看作是一种意义建构方式，然后探究多种解决策略。在建立假设、开展实验、观察收集证据并得出结论的同时，还要理解在某一现象中其发挥作用的原理，这样便能指导学生进行科学思考。这些学科都有自己的话语方式和调查策略。
（二）适当整合直接教学的探究型课程
学生探究对学习迁移至关重要，其观点主要基于认知理论，主要包括以下几方面：人是如何学习的，学习理解所学知识，深度应用所学知识，真正理解所学知识的重要性。探究学习法要求学生积极参与知识建构，在探究中解决问题。探究学习可用于日常教学，也适用于长期项目，围绕需要进行推测、调查和分析的疑难问题，利用研究或建模等方式进行解决。探究学习不仅可以接收信息和记忆信息，还可以通过提问的方式思考问题的可能性与选择性，并应用知识以激发学生的学习动机和学习主动性。
探究学习包括基于问题的学习、基于设计的学习和基于项目的学习等。许多学校经过实验干预后表明，精心设计的问题以及基于项目的课程是取得成功的关键。一般而言，现有研究发现，在传统的标准化测验中，参与此类课程的学生可以与其他学生做得一样好或是更好。在需要有更强学习动机、问题解决能力和更积极学习态度等参与的高阶思维能力方面，此类学生明显优于其他学生。同样一项有关医学专业学生研究的元分析表明，在基于问题的课程中，学生必須针对患者的治疗进行诊断咨询，所以在评估临床问题解决和实际临床表现方面，这些医学专业学生成绩会更好。 当学生在设计目标、制订计划、反思所学知识，思考通过何种方式解决问题、克服困难，并交流研究成果时，探究学习法有助于提高他们的社交技能、情感技能和学业成绩，并养成良好的习惯和心态。
（三）营造氛围，设计任务，从而激励学生学习
学生需要细致的规划并得到充分的支持以面对探究学习中的挑战，进而在真正意义上学习知识，而不是漫无目的地探索，且未得到启发。研究表明，在適应新的学习情境方面，探究学习比讲授学习更有优势。不仅如此，研究还发现，对于从教师这里得到有益指导的学生而言，学习成绩带来的作用更大。一项有关72项研究的元分析显示，在获取更好的学习成果方面，与讲授教学相比，探究教学中教师给予学生的有益指导同样有效。此类指导不仅可以明确学习任务，还可以通过提示、“支架”和解释来支持任务，使学生直观形象地看到任务进展和学习进程。
有关探究教学的文献表明，有效探究需要有明确的学习目标、精心设计的框架、持续性的评估和丰富的信息资源。对于好的探究任务，学生不仅可以使用多种方法获取解决方案，而且还能反复理解概念，并获得反馈机会。在探究教学中，优秀教师主要负责设计清晰易懂的任务进程，并在体现思维可视化，鼓励小组参与，提出问题和征求反馈意见等方面发挥积极作用，其目的是为了形成良好的推理策略，并支持学生独立担任这些角色。
（四）提供基于兴趣的学习机会
优秀教师也会提供策略反馈，引领学生进入下一学习阶段。教师在关键节点为学生提供直接教学，同时指导学生利用特定资源进行探究。教师可以通过直接教学提供信息，确立概念模型。不仅如此，在学生接触新课题时，或在学生通过探究教学进入新领域以及在学生基于个人经验提出新的关键问题时，直接教学更为有用。
学生对教师支持的需要会随着认知能力和专业技能的发展而不断变化。当学生变得更加精通时，教师就需要衡量应在多大程度上为学生提供“支架”式教学策略。但是，无论在哪一发展阶段，学生都能得到直接教学的策略性反馈，从而在关键问题学习中受益。当教师提供解释性反馈，而非纠正性反馈时，学业成绩就能得到不断提高。
同时，教学设计者需要考虑学生已有的专业知识，这样才能确定哪些类型的信息活动可以提高学生学业成绩。一个常见的误区是认为减少认知负荷是有益的。但是，问题的关键不在于认知负荷的来源，而在于其大小。外部认知负荷，如压力或是创伤带来的负荷，会对学习产生负面影响。但是，内部认知负荷，如激发学习好奇心和探究欲的负荷，会促进相关心理活动，并对学习产生积极影响。学习任务应具有吸引力和挑战性，这样才能在最大程度上提升内部认知负荷。然而这对高阶学习者是有利的，却并不意味着对初学者有利。对于教师而言，只有了解学生，才能在合适的水平上设计任务、提出问题，从而提高学生学习能力。
为了降低认知负荷，教师可以在发现学习的过程中为概念理解提供更多指导。为了达到这一目的，教师可以在关键节点解释中心思想和核心关系，提供有用的文本，按照难易程度分配任务，将探究学习分成几个相对独立的阶段，确保每个阶段都包含一定的教学信息，或让学生写下自己的假设、猜想和总结，作为概念讨论的基础。教师应根据不同的学生及其相应的能力水平提供不同程度的教学指导。
关键词：学习科学;教学设计;教学策略;有效教学
一、学习科学发展理论告诉我们什么
现代学习理论强调意义生成的情境性和社会性，也就是“思想、行为、感知和实践是完全整合的”。儿童是天生的学习者，他们会本能地探索日常生活中的重要事件。因此，为了帮助儿童学习，成人应在新旧两种环境之间建立联系，集中儿童注意力，组织儿童感知信息，帮助他们制定意义学习和问题解决的策略。
学习科学表明，当学生没有处在焦虑、担忧和被外界压力干扰的环境下，学习与学生已有的知识和经验相互关联时，学生积极参与学习活动、努力关注学习内容的价值、不断加深理解、解决真实问题时，学习才更有效率。因此，正如康托尔等人指出，对于每一个学生而言，不存在一条单一的理想的发展路径，而是要考虑其健康成长、有效学习、学业成就和修复力等各种具体情况。
美国国家科学研究委员会在题为《人是如何学习的》的报告中，列举了三条有关有效学习的基本原则：
（1）假如要想取得有效的教学，那就必须重视学生课前已有的知识。学生不是一块白板，如果他们的知识经验没有参与进来，就可能无法掌握教师教的新知识，或者只是做到了浅层学习，无法实现有效运用。这就意味着教师需要了解学生的所思所想，并且帮助他们与已有知识建立联系。每个学生在来到学校之前有着不同的学习经历，因此他们会有不同的先入之见、知识基础、文化和语言习惯，这些都是教师在设计教学时应予以关注的。优秀的教师会提供给学生精心设计的“支架”，在学习过程中给予适当的支持。这些支持会根据不同学生的学习需求、学习方法和已有知识有所区别。因此，教师应采取不同的教学方法，从容应对学生不同的学习、认知和沟通等差异。
（2）学生需要有意识地组织和使用概念性知识，这样才能在课外得以应用。学生需要在概念框架背景下，理解事实和观点，以便能够组织所学知识加以应用，提高探究能力。这就意味着教师应将学习材料融入概念结构图示中，并在教学时关注如何将其应用迁移到新的学习情境之中。这种教学策略允许学生将精心设计的直接教学和亲身实践的探究学习有机结合，积极引导学生使用学习材料，在复杂问题的解决过程中评估学生的理解，指导教师教学和改进学生学习。
（3）如果学生懂得如何开展学习和如何管理学习，就能学得更加有效。重视“元认知”的教学方法有助于学生运用一套个性化的学习策略，通过明确学习目标，监控学习进程来管理学习。教师需要知道如何帮助学生进行自我评估，以及通过示证和指导，帮助学生如何使用一系列的学习策略，包括激活背景知识、安排学习计划、分配学习时间和帮助记忆等;同时还要做出讲解和论证，帮助学生增强理解，厘清模糊甚至错误的地方，指导学生对学习结果做出评估，倾听别人不同的看法与意见，使其不断完善与提高自己。
接下来我们将从社会文化视角，运用上述三条基本原则来组织这部分的课程、教学和评估。尽管《人是如何学习的》报告给予我们综合学习科学知识方面很大的帮助，但是该报告还没有全面考察影响学习的社会文化背景和社会情感因素。美国国家科学院将要出版《人是如何学习的》（第二版），旨在解决这些问题。
正如上面已经指出的那样，不同类型的学习需要不同类型的教学。21世纪越来越强调问题解决能力和人际交往能力的重要性，这些能力是无法通过死记硬背的被动学习方式来培养的。当今，教学目标需要学习者更加深入地理解，以支持新知识、新技能在新情境中的实现迁移。
二、实践原则
基于以上目标和认识，学习科学和发展科学为教学实践提供了如下原则：
（1）教学应以学生已有知识经验为基础，不斷拓展到新的知识技能领域，这既可以通过创造“支架”教学，又可以根据学生个性以及文化背景等实际提供讲解实践。教师应该适当组织具有挑战性的学习活动，关注每个学生将要学习的内容，把握好学生已经知道、想要知道以及需要知道的内容，同时引入其他经验和成果来支持学习活动的开展。
（2）教学应通过设计基于问题的任务，结合核心素养开展，即围绕教学内容，设计好的探究活动，通过概念图或模式图来组织教学。
（3）为了让学生对学习进行自我管理，并能迁移到新的学习情境中，教学设计应注意培养学生的元认知能力、主体意识和策略性学习的能力。这就需要为学生进行自我定位、目标设定和自我规划提供各种机会，并开展形成性评估，通过定期反思学习策略和学习结果，及时做出反馈和调整。
三、发展和扩大儿童的知识和经验
皮亚杰是第一个根据学生学习制定系统发展阶段的学者，他注意到儿童作为个体学习者所经历的发展阶段。这样的发展观是相当静态的，意味着学生在特定年龄阶段接受特定类型的学习。然而，俄罗斯教育心理学家维果茨基认识到个人能力是在基于社会文化环境背景下提升起来的，这些能力会影响到儿童今后的学习。尤其是当儿童处在“最近发展区”，他们更需要其他更有专长的人帮助。同时，在新情境下体验不平衡感或者不熟悉的观念，会引发通过探究解决困惑的需要，特别需要有适当的支持来帮助学生理解学习的意义。
学习科学指出了以下几个方面的重要性，具体而言：在“最近发展区”内教学，并给学生学习提供“支架”，以便他们能够开发更加复杂的学习技能;借鉴学生原有的学习经验;创设一个丰富多样的学习环境，提供学生与他人合作的机会，扩大每个学生积累的经验的范围;提供认知支持。我们在下面的小节中将分别讨论这些问题。 （一）“最近发展区”的教学与“支架”
“最近发展区”是针对某一个特定领域，学生独立完成与在同伴、教师等他人帮助下完成之间的学习空间。儿童从他人那里得到帮助并内化于心，指导其今后去解决问题。精心设计的教学有助于通过提供适当的经验与支持，帮助儿童在“最近发展区”达到更高的理解水平。“支架”指的是让学生更容易掌握超越现有知识技能的任务指导。“支架”包括情感因素和认知因素，除提供帮助和及时反馈之外，还具有沟通疏导的功能，帮助学生了解掌握学习任务所必需的思维习惯，从而理解任务的相关性，以及发挥个人能力的具体轨迹。
伴随着社会关系的相互影响和时间的不断推移，儿童发展和学习轨迹会发生变化。同时，在不同领域和不同发展区，要给予学生不同的帮助指导，如：做除法题时，学生可能需要某一种帮助;而在写短篇小说时可能需要另一种帮助。教师可以在观察、提问、评估以及与学生互动中了解相关信息，以确定学生可能需要何种程度和类型的帮助，以帮助其更好地理解。
（二）利用学生的已有经验
有效教学需要基于学生已有知识与技能，已经表现出什么样的能力，以及如何将已有知识技能融入新的课堂情境。纳西尔等人指出：“学生通常可以在校外解决复杂任务，但在课堂中的学习任务可能无法施展出这些技能。”如，篮球场上需要使用的复杂的统计计算一般不会进入数学课程中，除非教师通过建立与真实世界的联系来实现迁移。
正如卡罗尔.李所展示的那样，可以使用一种文化建模方法在学生的经验和教学的内容之间架起桥梁，也就是借助学生熟悉的事物使该领域结构可视化或者采用直接教学的方法进行教学。卡罗尔.李通过说唱歌曲和学生所熟悉的文本开头来说明文学中的象征意义，并将个人的见解用于正式文本的学习中。同样，博勒基于探究性的教学实践，在为低收入学生开设的数学课堂研究结果中发现：当教师将问题与情境相联系，与学生生活相关联时，语言、种族和班级的不平等现象就会减少。课堂教学中教师可以通过引入新的概念，要求学生解释和阐述自己的想法。在这些做法中，教师都在寻求让学生理解并给予支持，不让学生死记硬背，支持学生在豐富多样的协作学习背景下思考和探究，从而取得学业好成绩。还有一些研究也采用了相似的策略，通过建立学习共同体以支持学生在数学学习方面取得成功。
除使学生利用原有知识之外，教师还需要帮助学生消除概念上的误区。研究表明，学生是借助原有的学习经验，围绕主题对历史事件展开叙述，培养历史思维。因此，在培养学生基于证据的探究能力时，教师需要让他们将已有的信念与判断呈现出来。要鼓励教师聚焦课堂讨论以及设计历史探究项目，引导学生像历史学家那样来审视和运用历史资料。
（三）创设丰富的协作学习环境
综上所述，学习是通过大脑不断地感知刺激，获得新知识和积累经验的过程。环境对大脑发育影响的研究始于格里诺等人。研究人员比较了两种不同环境下生长的老鼠大脑的发育情况：一种情况是在有玩具和障碍物等复杂环境中长大的老鼠;另一种情况是在没有玩具，单独饲养在小笼子中长大的老鼠。研究人员发现，在复杂环境中长大的老鼠学习任务的表现会更好，更善于走迷宫，在视觉皮层神经元上会多出20%～25%的突触。此后更多研究也都表明，大脑发育有赖于经验刺激。
丰富多样的协作学习环境不仅有助于大脑发育，也能为身体与环境之间的接触互动和探究不断变化的对象提供大量机会。在丰富多样的学习氛围熏陶下，这些机会不仅可以使学生的表现得到信息反馈，也有助于其与学校社区之外的其他人开展互动，获得外部世界的实践经验，并就其思考与行为得到及时和具体的反馈。正如本文开始所描述的那样，泰德·波伦为不同类型的活动创设了不同的活动区域，提供了各种各样的书籍、积木和教具，加入了含有历史日期卡的时间表，并定期使用海报提醒学生参与丰富多样的读写活动，激励学生合作交流。
泰德的课堂教学体现了教师可以通过对话支持学生学习。维果茨基曾经指出，学习科学专家也已经证明，用语言支持思维的社会互动可以提供更具策略性的学习机会。不仅如此，脑科学专家也指出，神经通路的发展离不开语言接触和语言生成。学生能够推测探究自己尚未理解的知识，并在探讨这个问题的过程中提升自己的思维。当学生能够清晰地解释概念，在任务中使用概念并得到反馈时，他们就会更加深入地学习。
大量研究表明，在精心组织的小组中开展社会交往学习有助于提升团队合作能力。当学生在开展自我管理和与他人互动需要寻求教师与同伴帮助时，协作学习就可以在“最近发展区”为学生提供来自同伴的学习帮助，并为其提供表达各自观点和发展元认知技能（如自我调节能力、自我计划能力）的机会，这些技能都可以通过教师创设的社会交往过程来展现与培养。
小组合作学习是教育研究领域中众多教学干预方法之一。研究表明，经常参与小组合作学习的学生，学习成绩会显著提高。如一项有关158个研究（其中70%涉及随机分配）的元分析表明：与个人努力相比，合作学习能够帮助学生达成更高水平的学业成就。对于绝大多数最具影响力的合作学习计划来说，其效果量最低为0.18，最高为1.03。通过实验设计和准实验设计对36项研究进行综述，研究结果显示：除认知方面的收获之外，协作学习还能在发展学生自我概念、社会互动、学习时间、同伴喜好和学业成就方面取得中等水平的效果量。
研究表明，一些社会交往过程可以解释小组合作有助于个体学习的原因，包括合作学习可以分享独到的观点，通过辩论解决观点分歧，解释某一现象，在理解中做出评论，吸收他人的学习策略，倾听他人的解释。研究表明，协作者不仅可以共同商定策略，还能简化问题表征，这些表征是个体无法观察到的。这说明了共同思考具有独特的优势。
良好的小组合作可以提高学业成绩，但是合作任务必须具有团队价值，大家只有共同参与才能合作完成任务。同时，教师还要激励学生参与团队合作，掌握提问技巧，提供“支架”指导教学。如在“综合教学”（complex instruction）环境中，学生要学会扮演不同的角色（如材料管理员、计时员和任务提醒员等角色）。教师可以根据这一方法采用具体的合作学习方式，通过精心设计同伴互相依赖的团队任务来实现高水平的教学效果。为了实现有效协作，教师应该精心安排任务，提供帮助支持，打破可能基于学生个性、发展能力、语言背景等方面的影响而形成的等级。 当具有不同能力的学生共同完成团队任务时，教师应制定相关任务，帮助学生认识和利用各自所拥有的多种能力，促进高水平学生和低水平学生之间的互动。教师也可以对学生能力进行“分配”，如认可学生对团队任务的贡献，对学生的努力给予积极评价，从而在维持高水平学生参与度的前提下激发低水平学生的参与意识。这些措施有助于产生强有力的学习成效，减少不同学习小组的学业成绩之间的差距。
在成功使用合作方法时，教师要经常帮助学生明确小组角色，并提出能够引导小组讨论的问题和任务。如在有关94项研究的文献综述中，作者主要探讨了团队中开展高质量讨论的条件，最终得出如下结论。
激发学生有效参与小组合作，并加深学生对证据的理解，这个过程包含两个要素：一是要求学生生成自己的预测、模型或假设，然后在小组中进行辩论。二是要求学生根据更多数据开展测验、比较与修改。
教师在构建任务和问题时，发挥着积极作用。这些任务和问题可以帮助学生学会协作，明确各自观点，从而在学科教学中体现探究性。上述措施不仅可以发展学生的社会化技能、认知技能和学术技能，而且还能提升学生的主体性，以及对观点进行反思和评估的能力。
（四）提供认知支持
教师可以在认知发展过程中提供学习支持。学习的核心是意义建构，也就是将已有知识与新的知识联系起来。在认知研究中，提供背景知识的核心作用已经得到了证明。如阅读研究表明，理解能力取决于学生个体对有关主题的已有知识，包括意义建构和解码能力。
当学生没有一定的背景知识经验时，教师可以为学生提供经验，帮助他们获取知识。通过实现本文所论述的课堂类型可以达到这一目的。这样的课堂可以为学生提供丰富的经验，并针对需要深入探究的主题为学生提供广泛的信息。构建背景知识可以让学生对历史、社会研究、科学、艺术、阅读、数学等课程内容实现快速理解。教师可以在师生互动前和学生共享相关背景知识和主题信息的材料。
背景知识在高阶问题解决过程中发挥着重要作用。但是这并不意味着学生探究前必须通过死记硬背的方式记忆这些“基本技能”。事实上，发现与探索可以为直接教学奠定基础。另一方法是通过发明创造来准备将来的学习。在这一方法中，布兰斯福德和施瓦兹发现，在问题解决过程中创设探究环境，给学习者提出了挑战，这有利于学生情境化的理解，帮助学生更好地回忆和使用呈现的信息，而不是简单地给学生灌输相关的事实与公式。
教师可以提供一些能够降低认知负荷、释放思维注意力的策略工具来支持学习，帮助学生获得高阶思维能力和问题解决能力。为了帮助学生处理复杂的认知任务，有学者根据认知负荷理论提出了管理工作记忆负荷的方法。工作记忆具有同时记住多条信息的能力，包括两个要素：信息的感知方式，信息与已知概念、模式和产品之间的联系。这些背景知识可以影响学生的注意，以及如何方便记忆新旧知识。
已有知识介入到认知过程的行为就是“组块化”，这就是将较大的条目分解成较小的单位，从而进行模式识别，并适应工作记忆的容量限制。为了帮助学生学习，教师可以通过可控方式将信息分成不同组块，来帮助学生熟练运用“新材料”。如将不同观点联系起来，并将这些观点融入共同的研究领域，使这些“材料”变得更有意义，而不是要求学生记住多条毫无关联的信息。此外，可以为学生提供技能练习机会，帮助他们在“新材料”的复杂应用方面更加自动化。
教师通过适应工作记忆的工具来帮助学生减轻认知负荷，这样学生就会有更多时间用于问题解决。这些工具包括笔记和数字工具、计算器或计算机。这些工具可以在问题解决过程中减轻学生的计算任务或记忆任务。这种认知观主张：智力存在于思维、实物、文化工具和伙伴互动之中。
在本文探讨的课堂中，老师和学生一起创建了许多记忆辅助工具，并以海报形式布置在教室的各个角落。如展示课堂要解决的分数问题的海报，包含具有共同规范的课堂章程、“读书会”的规章制度、“写作坊会议议程”、“诗歌指南”、“议论文”、“读书会的任务”（包括教师的读书任务和学生的读书任务）、“新闻杂志的文章要素”、“关于我们对地图的了解”，以及“两位数乘一位数：传统算法”。学生一般会采用自己的语言来整理学习内容，分享知识，并在需要时回顾知识。这些方法不仅可以降低学生的认知负荷，还能在建构已有知识的过程中让学生变得更加独立和自信。
学生不仅需要记忆信息，而且要发现、组织和使用信息。教师可以帮助学生学习如何利用工具来提高学业成绩。例如有声读物、可以调整字体大小和字体类型的电子阅读器、录音工具、具有记录听写功能的工具，以及其他在工作记忆和视听过程中帮助解决特殊缺陷的辅助工具，使用这些工具可以有效促进学生学习，提升学生表现能力，而不会因为各种缺陷限制学生发展。
教学有多种方法协调认知过程与认知系统。如想要提升阅读能力，就应先提升文本解读能力。同时，儿童语言发展的早期阶段又促进了这一能力的提高。该阶段要求学生听单词时能联系上下文，并理解与之相对应的书写符号。当学生提升解读能力和改进意义建构策略时，有关工作记忆、背景知识的解释能力就会发挥作用。
研究表明，流畅的阅读不仅需要通过直接教学来解读文本，还需要学生沉浸在各种有意义、有趣的文本之中，同时还应与更广泛的阅读群体保持联系。学会如何使文本更富有意义十分重要，当读者通过解读线索和背景知识来理解文本时，便能从文本和同伴那里获取更多的背景知识。
同时，用来帮助学生理解阅读材料的方法也可以用来促进学习，具体方法包括自我解释、同伴互教，用多种方式呈现信息。这些方法可以加深概念理解，强化思维模式，提升信息记忆与使用的能力。如在数学运算中，让学生运用多种形式呈现量化信息，如采用图表和口头解释有助于强化学生对所学内容的理解。一般而言，让學生将抽象知识和具体事例结合起来解释所学知识，有助于加深学生的理解，同时还能为教师评估提供参考数据。 有利于这些学习过程的具体教学策略有：运用支持性指导策略，选择具有适当挑战性的任务;根据“支架”有效选择问题，这些问题能够支持学生思维，指导学生探究，帮助学生巩固理解;通过各种各样的概念表现形式，让学生以不同方式进行理解;设计开展对话教学，允许学生探讨自己的想法，倾听他人的观点，并在这个过程中形成概念、组织语言、提出问题;鼓励学生进行阐述、提问和自我解释;在课程与教学中建立学徒关系，知识渊博或年长的同伴能激发学生更加深入地参与到特定领域或场景中。
四、支持概念理解、参与和激励
认知科学指出：当我们能够看到概念之间的互相联系，当我们能够全身心投入，当我们面对有趣味性和可行性的任务而精神振奋时，便能更加有效学习。不同学科的有效学习取决于该学科的独特结构，以及特定的探究模式。在下文中，我们将通过以下几个方面讨论教师如何促进理解：概念化地组织知识与呈现知识;适当整合直接教学的探究型课程;营造氛围，设计任务，从而激励学生学习;提供基于兴趣的学习机会。
（一）概念化地组织知识与呈现知识
如上文所述，当学生在学习某一领域的特定概念和概念之间的相关关系时，可以形成认知地图，也就是将所学知识联系起来，使其成为一个有意义的整体。对于学校学习而言，学科结构是该学科的核心。所有学科都有自己的结构，用来揭示该学科内不同核心观点的关系模式，包括组织内容领域的模式与规则。理解某一领域的结构有助于学生更加有效地学习。如根据语言的基本语义和句法结构开展词汇教学，可以使学生了解规则并广泛应用规则。如果将一个单词视为是由多个有意义的部分构成时（如，“photo”指光，“hydro”指水），那么学生也许就能理解单词的意义（如，“photosynthesis”指光合作用，“hydrotherapy”指水疗）。同样在学习语言时，知道了动词变位结构就能掌握动词变化的规则。
认知科学专家发现，根据图式来组织知识有助于从长期记忆中检索数据与使用数据。比较复杂的图式可以整合为较简单的信息组织元素，一般采用更加自动化的模式处理这些信息组织元素，从而减少工作记忆的负担。在长期记忆中组织知识，并自动获取这些知识，有助于在复杂的认知领域中开展有意义学习。
教师可以采用大概念提供一个总体的概念化进程（an overarching conceptualization of the big ideas），然后找出与之相关的具体事实信息，从而帮助学生理解某一领域的概念结构。如在历史学科中，学生能够思考如何通过组织来参与社会活动和商业活动，以及如何分配权力和应对管理冲突。如果学生能够理解这些核心概念，那么久而久之，他们就能看清楚不同的社会与国家，了解其中的模式、间断性、概括性和关联性。
在提出问题和解决问题方面，不同学科有不同方式。如，通过科学方法、历史研究、文献分析和数学建模开展科学调查。这些主要的探究模式、知识发现工具和证据使用方法对课程设计至关重要。如果学生知道如何使用这些探究模式，那么他们将以独特的方式锻炼自己的思维能力（这是引入学科的最初原理），而且更能参与深度学习模式。学科结构不仅可以用来组织课程，引导学生围绕这些核心观点和探究模式开展学习，还能帮助学生接触校内外的其他观点、学科和实际问题。
不管是在美国国内的州的层面，还是在学区和学校层面，如何选择高质量的课程材料对教师来说都至关重要。这些课程材料可以支持学科的概念性组织与理解，指导学生对材料进行有效利用。首先要有效表征观念，然后考虑用什么途径将这些观点与学生经验联系起来，并通过多种方法进行解释，最后开展学科探究。许多好的课程设计需要认真研究学习进程，帮助教师理解基本概念和教学策略，并得到实证研究的广泛支持。
虽然这篇研究综述不能充分探究所有的学习研究主题，但是依然有足够证据表明，有效教学离不开分析特定的内容，而不是建立在一般的教学方法基础上。美国国家科学研究委员会2005年对学生如何学习历史、数学和科学的评论认为：“专家型教师对其学科结构和认识论具有深刻理解，他们可以结合多种教学活动，帮助学生独立理解该学科。”这里涉及与学科证据规则相关的特殊教学法，也就是特殊的探究模式。通过教学鼓励学生参与多种形式的思考、推理和实践，就好像熟练的历史学家、地理学家、科学家、数学家、作家或是艺术家一样。
例如，当学生考察史实，并根据证据类型和证据来源解释证据时，或当学生将其放置在宏观历史情境之中，他们就能深刻理解历史。为了深入学习数学，学生应该学会寻找和理解数学结构模型，将量化推理看作是一种意义建构方式，然后探究多种解决策略。在建立假设、开展实验、观察收集证据并得出结论的同时，还要理解在某一现象中其发挥作用的原理，这样便能指导学生进行科学思考。这些学科都有自己的话语方式和调查策略。
（二）适当整合直接教学的探究型课程
学生探究对学习迁移至关重要，其观点主要基于认知理论，主要包括以下几方面：人是如何学习的，学习理解所学知识，深度应用所学知识，真正理解所学知识的重要性。探究学习法要求学生积极参与知识建构，在探究中解决问题。探究学习可用于日常教学，也适用于长期项目，围绕需要进行推测、调查和分析的疑难问题，利用研究或建模等方式进行解决。探究学习不仅可以接收信息和记忆信息，还可以通过提问的方式思考问题的可能性与选择性，并应用知识以激发学生的学习动机和学习主动性。
探究学习包括基于问题的学习、基于设计的学习和基于项目的学习等。许多学校经过实验干预后表明，精心设计的问题以及基于项目的课程是取得成功的关键。一般而言，现有研究发现，在传统的标准化测验中，参与此类课程的学生可以与其他学生做得一样好或是更好。在需要有更强学习动机、问题解决能力和更积极学习态度等参与的高阶思维能力方面，此类学生明显优于其他学生。同样一项有关医学专业学生研究的元分析表明，在基于问题的课程中，学生必須针对患者的治疗进行诊断咨询，所以在评估临床问题解决和实际临床表现方面，这些医学专业学生成绩会更好。 当学生在设计目标、制订计划、反思所学知识，思考通过何种方式解决问题、克服困难，并交流研究成果时，探究学习法有助于提高他们的社交技能、情感技能和学业成绩，并养成良好的习惯和心态。
（三）营造氛围，设计任务，从而激励学生学习
学生需要细致的规划并得到充分的支持以面对探究学习中的挑战，进而在真正意义上学习知识，而不是漫无目的地探索，且未得到启发。研究表明，在適应新的学习情境方面，探究学习比讲授学习更有优势。不仅如此，研究还发现，对于从教师这里得到有益指导的学生而言，学习成绩带来的作用更大。一项有关72项研究的元分析显示，在获取更好的学习成果方面，与讲授教学相比，探究教学中教师给予学生的有益指导同样有效。此类指导不仅可以明确学习任务，还可以通过提示、“支架”和解释来支持任务，使学生直观形象地看到任务进展和学习进程。
有关探究教学的文献表明，有效探究需要有明确的学习目标、精心设计的框架、持续性的评估和丰富的信息资源。对于好的探究任务，学生不仅可以使用多种方法获取解决方案，而且还能反复理解概念，并获得反馈机会。在探究教学中，优秀教师主要负责设计清晰易懂的任务进程，并在体现思维可视化，鼓励小组参与，提出问题和征求反馈意见等方面发挥积极作用，其目的是为了形成良好的推理策略，并支持学生独立担任这些角色。
（四）提供基于兴趣的学习机会
优秀教师也会提供策略反馈，引领学生进入下一学习阶段。教师在关键节点为学生提供直接教学，同时指导学生利用特定资源进行探究。教师可以通过直接教学提供信息，确立概念模型。不仅如此，在学生接触新课题时，或在学生通过探究教学进入新领域以及在学生基于个人经验提出新的关键问题时，直接教学更为有用。
学生对教师支持的需要会随着认知能力和专业技能的发展而不断变化。当学生变得更加精通时，教师就需要衡量应在多大程度上为学生提供“支架”式教学策略。但是，无论在哪一发展阶段，学生都能得到直接教学的策略性反馈，从而在关键问题学习中受益。当教师提供解释性反馈，而非纠正性反馈时，学业成绩就能得到不断提高。
同时，教学设计者需要考虑学生已有的专业知识，这样才能确定哪些类型的信息活动可以提高学生学业成绩。一个常见的误区是认为减少认知负荷是有益的。但是，问题的关键不在于认知负荷的来源，而在于其大小。外部认知负荷，如压力或是创伤带来的负荷，会对学习产生负面影响。但是，内部认知负荷，如激发学习好奇心和探究欲的负荷，会促进相关心理活动，并对学习产生积极影响。学习任务应具有吸引力和挑战性，这样才能在最大程度上提升内部认知负荷。然而这对高阶学习者是有利的，却并不意味着对初学者有利。对于教师而言，只有了解学生，才能在合适的水平上设计任务、提出问题，从而提高学生学习能力。
为了降低认知负荷，教师可以在发现学习的过程中为概念理解提供更多指导。为了达到这一目的，教师可以在关键节点解释中心思想和核心关系，提供有用的文本，按照难易程度分配任务，将探究学习分成几个相对独立的阶段，确保每个阶段都包含一定的教学信息，或让学生写下自己的假设、猜想和总结，作为概念讨论的基础。教师应根据不同的学生及其相应的能力水平提供不同程度的教学指导。