美国初等教育中建造主义实践的初探.docx

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美国初等教育中建造主义实践的初探

美國初等教育中建造主義實踐之初探

許惠美

佛光大學學習與數位科技學系

**************.edu.tw

摘要

本文旨在探討建造主義在美國初等教育的實踐，透過文獻閱覽，介紹建造主義的源起、與建構主義的關係、科技觀點、支持建造主義的電腦學習環境以及相關研究。

建造主義的重要倡議者為美國麻省理工學院山繆．派特教授，它承襲建構主義的學習觀點，但是強調在學習過程中，學生應該透過建造外在、可分享的人造物與知識建立個人關係。

建造主義認為電腦是一項思考工具，以資訊融入方式進行教學，但電腦僅是一項過渡物體，本身無法帶來教育上的進步。

支持建造主義的電腦環境包括早期的LOGO與目前的Scratch，提供學習者透過程式設計的方式，建構個人化的知識再現。

建造主義的概念，在美國初等教育的重要實踐包括早期的教學軟體設計專案以及目前的遊戲設計研究。

關鍵詞：

建造主義、資訊融入教學、初等教育

TheRealizationofConstructionisminAmericanElementaryEducation

Hui-MeiHsu

DepartmentofLearningandDigitalTechnology

FoGuangUniversity

Abstract

ThepurposeofthispaperistoexaminetherealizationofconstructionisminAmericanelementaryeducation.Literatureiswidelyreviewedtoinvestigatetheoriginofconstructionism,itsrelationwithconstructivism,itsviewoncomputers,constructionisticcomputer-mediatedenvironmentsandrelatedstudies.ProfessorSeymourPapertatMassachusettsInstituteofTechnologyisthekeyproponentofconstructionism.Constructionisminheritstheconceptoflearningfromconstructivism,butitemphasizesbuildingexternal,sharableartifactsandpersonalrelationshipwithknowledgeintheprocessoflearning.Constructionismregardsthecomputerasatoolthatlearnerscanthinkwithandcanbeintegratedintoinstruction.Constructionism,however,believesthatthecomputerisatransitionalobjectandwillnotbringaboutimprovementsineducation.ThecomputerenvironmentssupportingconstructionismincludeLOGOandScratch.Theyenablelearnerstoconstructpersonalrepresentationsofknowledgeviaprogramming.SpecificresearchstudiesinthecontextofelementaryeducationincludeInstructionalSoftwareDesignProjectandstudiesongamedesign.

Keywords:

Constructionism,technologyintegration,elementaryeducation

壹、緒論

資訊融入教學是各國政府教育改革的主軸，審視美國近二十年來的教育科技政策，Culp、Honey與Mandinach（2003）發現從1983年聯邦政府《國家在危機中》（Anationatrisk）報告中，即要求中學畢業生需具有電腦科學能力，而20年後的《不讓孩子落後法案》（NoChildLeftBehindAct，NCLB）中，也建議八年級學生必須具有充份的資訊素養，並且重覆強調資訊科技是一項重要的教育支援。

美國政府對於資訊科技在教育上應用的重視程度可以從其投入的資源看出，根據Dickard（2003）的研究顯示在1990年的十年期間，美國總共投資約1.2兆台幣（US$40billion）以上的金額於資訊基礎建設、教師專業發展以及科技服務上。

Cuban（2001）年甚至認為這一波波的教育改革，基本上是透過科技改革學校教育，而目前世界各國競相追逐軟、硬體的數量與規格，似乎存在一種科技中心論（technocentric）的迷思，認為只要學生使用科技即能確保教育的品質（Hsu&Chen,2004）。

在二十一世紀的今天，資訊科技普遍地出現於教育的現場，資訊科技是否真能提升教學？

國內學者宋曜廷、張國恩、侯惠澤（2005）歸納美國電腦在教育情境上應用的三項特徵：

一、高倡導、低準備；二、高普及率、低應用率；三、複雜科技、簡單應用。

研究結果指出資訊科技在教學成效的提升上，似乎承諾多於現實。

不如預期的結果，原因相當的複雜，例如：

設備不足、師資訓練、學校組織文化等問題，讓資訊科技與學校教育格格不入，讓人重新思考「學習」這個名詞的現代意義以及資訊科技應該在學習上扮演的角色。

建造主義（constructionism）是美國麻省理工學院（MassachusettsInstituteofTechnology）山繆‧派特教授（SeymourPapert，1928-）所提倡的學習的理論，它繼承了皮亞傑（JeanPiaget，1896-1980）建構主義（constructivism）的觀點，強調學習與建造的關係，將資訊科技定義成一個具備豐富可能性的工具，協助學習者建立知識的個人關係。

建造主義試圖在資訊科技充斥的教育環境中，找到建構主義的現代意義，讓資訊科技不只是外加於傳統教學的教學工具，而是重塑一個新的教學典範。

貳、建造主義之意涵與科技觀點

建造主義與建構主義有很深的淵源，建造主義承襲建構主義對於學習的看法，但是建造主義強調學校教育的應用脈絡與資訊科技中介的教學活動，應用於教學中有其獨特的意涵與觀點，是以就其理論基礎、應用場域與科技觀點加以分述之。

一、建造主義之理論基礎

派特是一個提倡使用電腦學習的傳奇性人物，他於1960年代與皮亞傑共事，因此深受皮亞傑之建構主義的影響。

建造主義承襲建構主義的學習觀點，認為知識與世界是透過經驗不斷地建構與再建構，兒童是主動的學習者，知識是透過個人經驗主動建構的產物（Acermann,1991）。

派特認為一般人對於建構主義的認識，主要在於概念形成的過程與認知發展的階段論點，但是派特認為皮亞傑對他最主要的影響在於知識論的部分，他認為皮亞傑的知識論中有三個預設：

第一，兒童的智識發展有一致性的結構，就如同數學上的拓樸學或是代數學，對於兒童而言每一項都是一致性的活動，而且彼此均可以獨立地學習；其次，每項知識結構都有其內在單純性；第三，儘管每項知識的主要結構可能是獨立的，但是它們彼此之間有其共同性可以互相支持，派特認同皮亞傑以一種一致性的結構發展過程解釋不同領域的知識發展，但是皮亞傑的知識論之所以未受到重視，乃是因為皮亞傑式的學習是一種人類與環境自然且自發性的互動，而這與建造主義所預設的應用場域─學校教育有很大的差別，派特在發展建造主義時針對應用場域做了重要的理論發展（Papert,1980）。

二、建造主義之應用場域

不同於皮亞傑強調知識發展的內在性，派特將自己定位為一名教育者，他著眼於學校教育而非自然情境的知識的習得，所以他認為應該採取更具有侵入性的作法，因此在建構主義的基礎之上，他刻意強調兩個重要的面向與旨趣，首先他所重視的不是學童目前發展的知識結構，而是學童能夠發展的知識結構，其次是設計出可以支持這個想法的學習環境，藉此他希望建造主義能夠對於一般學校所實行的教學主義（instructionism）進行批判（Papert,1980,1991）。

在審視學校教育時，派特發覺學生的主動性常常受到忽視，教學活動的施行還是站在教師教學的立場上。

Papert（1996）發覺傳統教育認為智力是內含於人類心智當中，因此沒有必要學習，這樣的假設導致學校教育只教授一些事實、想法與價值觀，但是他認為學校應該更強調「學習的知識」（mathetic）。

學習的知識是有關於如何學習的知識，利用休閒的時間研究問題，改進處理類似問題的能力，因此學校教育不僅應該教導學生學習學科內容而且也應該教導如何學習，例如他認為好的討論乃是一項重要的學習知識，因此相對應的研究取向就需要去闡明哪種討論的效果較好？

適用於哪些學習情境？

可是學習的知識並不是學術討論上的課題或是語言，亦無一套心理支持系統，因此派特認為這正是電腦可以介入的地方，在一個資訊科技充足的環境下，皮亞傑的知識論是有機會在學校教育中得到張顯。

三、建造主義的科技觀點

建造主義有其獨特的科技觀點，主要來自於建造主義繼承建構主義對於學習的看法，建造主義雖然也強調知識建構的過程，但是它更強調「建造」以及「具體」的重要性。

建造主義認為電腦在學校教育是一項過渡物體（transitionalobject）（Papert,1980），提供一個發展具體思考的脈絡（Turkle&Papert,1991），像是一個可以操弄的數位化玩具（Resnick,Martin,Berg,Borovoy,Colella,&Kramer,1998），因此電腦在教育上應是提供學習者知識互動的環境。

建造主義的創始人派特對於「具體」有其獨特的看法，傳統對於具體的定義通常是指可以感覺得到的真實物體，但是建造主義認為具體的程度在於事物間關聯的程度，換句話說，如果學習者對於事物的再現愈豐富，有愈多與事物互動的方式，這代表他對於事物的了解愈具體，「具體」強調學習者與知識間建立豐富的個人關係（Wilensky,1991）。

電腦做為過渡物體的概念與維高斯基（LevSemyonovichVygotsky，1896-1934）所談的心理工具類似，均是一種中介的工具，不僅是個人的工具，也是一種人際的工具。

建造主義將電腦視為是中介人與人關係的工具，在人際間的互動中提供知識學習的中介物。

巴西的森巴舞學校是派特認為兒童的理想學習模式，森巴舞學校強調群體的凝聚力與歸屬感，有經驗的舞者會集結一群新進舞者，專家與新手一起進行目的性的學習，因此當派特在建構LOGO電腦中介學習環境時，特地將此比喻融入它的設計當中，讓新手與專家有一個共同參與的活動環境，而且新手透過與專家的互動以及模仿，建構個人對於知識的看法（Papert,1980）。

除了協助學生建構知識之外，建造主義亦強調電腦在情意面向上的增進，因為學習者在建造與設計作品時，有一股驅力促使他學習所需的知識，而這種動機之強大，往往是在學校教育中看不到的。

派特認為他所發展的學習環境可以輕而易舉起地讓學生長時間沈浸於學習情境中，但是相對地學校教師要讓30個小孩集中精神上一堂課卻是有困難的（Papert,1980）。

建造主義認為電腦在教育上最重要的目的是輔助教育，電腦帶來教育上的靈感但並不會帶領教育。

派特指出：

就改變的概念來說，我本身的哲學是屬於革命派而非改革派。

但是我所想見的革命乃是想法上的而非科技上的。

它是來自於對特殊主題領域上以及對於學習過程本身的新見解所構成的。

它是由一個新的而且更具有積極的教育抱負所構成的。

（Papert,1980,p186）

換言之，做為一個教育家，派特的重點一直是思索教育的改進，他認為LOGO環境的使用與否並不能夠提供特定的承諾，這種假設電腦本身即可導致教育進步是一種科技中心主義的迷思，LOGO環境所提供的是形塑文化的物質，藉由電腦中介的學習環境創造一種特殊的教育文化，如果只針對這些電腦學習環境的有無，而忽略所營造的學習文化，這將是對於建造主義化約的認識與誤解（Papert,1987）。

電腦能不能夠發揮功用，成為一項好的工具，則需視這項工具在社會上如何使用的情形而定（Falbel,1991）。

由於派特與其同事擅長資訊科技，因此電腦中介的學習環境是他們思考的焦點，但是派特強調建造主義的學習環境不一定是電腦的環境，例如他推崇卡蘿．史塔漢克（CarolStrohecker）以繩結的方式來教導11—12歲學童拓樸學的概念（Strohecker,1991），他認為學習環境與工具的不同可能會影響活動的豐富程度，但是重點在於對建造主義內涵的掌握。

參、建造主義的電腦中介學習環境

從1960年代起，派特與其同事在麻省理工學院進行研究，他所研究的主題是關於兒童如何思考與學習，並且發展新奇的教育方法與運用科技的方式來教導兒童學習，在這個過程中發展出兩個重要的電腦中介學習環境，一個是LOGO，另一個則是Scratch，以下茲對於這兩個學習環境加以介紹：

一、LOGO

LOGO於1967年由派特與友人合組的公司所開發，第一個可以運行的海龜機器人是1969年由麻省理工學院開發完成，透過指令的控制，海龜機器人可以在地面上或是螢幕上行走，在地面上行走的機器人，有輪子可以移動，並且可以帶著筆在紙上繪圖。

螢幕上的海龜，則是在螢幕上移動，使用不同的顏色快速畫出不同的圖形。

海龜行走的路徑構成許多有趣的幾何圖形，所以有人稱LOGO為海龜繪圖軟體（Papert,1980）。

學童透過海龜繪圖軟體所經驗到的幾何學，有別於歐幾里德幾何學（Euclideangeometry）藉由理論的概念建構對於圖形的了解。

Papert（1980）認為海龜幾何學是透過電腦運算所產生的幾何學，傳統的「點」只有座標的概念而無其他的屬性，但是海龜有一個頭，有方向性，像人，具有動態的可能性，而且動物的造形容易得到兒童的認同，所以適合做為兒童最早學習幾何的環境。

海龜的移動是由TurtleTalk程式語言來控制，它的語言與一般的自然語言相似，例如：

「向前」這個命令，會引導海龜就其臉所朝向的方向直線前進，如果在後面加一個數字，則會前進特定的距離，從控制海龜的過程中，兒童學習使用程式語言，在繪製圖形時，兒童透過實際的位移了解幾何圖形的構成。

二、Scratch

Scratch（http:

//scratch.mit.edu/）是一種程式語言，也是一個學習的環境，它是由米契爾．雷思尼克（MitchelResnick）率領的麻省理工學院團隊所開發，於2007年的夏天首度公開，目前的版本為1.4版（見圖一）。

相較於LOGO環境，Scratch是一個豐富的多媒體學習環境，它可以整合聲音、音樂與圖片，利用物件導向程式設計的概念，設計動畫與遊戲等多媒體素材，在主題的發展上更為寬廣。

早期Scratch的發展是以螢幕為主，目前Scratch官網上也支援PicoBoard與樂高（LEGO）WeDo兩項外接式模組，增加Scratch與外在世界的互動性。

圖1Scratch1.4中文版

Scratch的程式設計方式，不同於在LOGO環境下學習者需要鍵入指令，Scratch是以拖拉程式方塊的方式，輔以參數上的修改來編寫程式。

Scratch團隊在設計環境時有三個重要的原則：

降低新手門檻、支持不同的專案複雜度與增加專案的種類，因此Scratch讓學習者更容易操弄、專案更具個人意義與社會性（Resnicketal.,2009）。

自從Scratch於2007年問市，很快地就引起一股風潮，許多中小學開始教授Scratch，也得到很多的好評，甚至一些大學，例如：

哈佛大學（HarvardUniversity）與柏克萊大學（UniversityofCaliforniaatBerkeley）也將學習Scratch視為程式設計的入門課程。

透過程式設計的方式，Scratch團隊希望藉此增進學童的資訊素養，除了做為資訊科技的使用者外，更希望他們能夠用資訊科技來設計、製造與發明，成為資訊社會中主動的生產者而非被動的消費者，因此Scratch未來的發展方向以降低門檻為主要的設計目標，讓程式設計變得非常簡單，以便利不同的使用者利用Scratch來製作個人的媒體與素材（Resnicketal.,2009）。

肆、建造主義相關研究

從1960年代起至今，資訊科技在教育上的應用與日俱增，電腦的學習環境也愈來愈豐富，但是Kafai（2009）認為建造主義並沒有受到應得的重視，很多電腦的教育應用還是在教學主義的脈絡下，徒有資訊科技而無適當的學習文化，這使得建造主義無法體顯，因此透過相關研究了解建造主義的實施內涵實有其必要性。

建造主義在不同學科學習上均有應用的實例，例如在數學（Eisenberg&Dibiase,1996;Hall&Stevens,1995;Healy&Hoyles,1999;Kafai,et.al,1998;Wilensky,1996）、科學（Colella,2000;Edelson,1996;Edelsonetal.,1996;Resnick,2000;Songer,1996）、語文（Neuwirth&Wojahn,1996;DiSessa,2000），學習者透過合作學習的環境以建構人造物的方式進行學習。

由於建造主義的內涵豐富，常與電腦支持的合作學習（computer-supportedcollaborativelearning）、透過設計來學習（learningthroughdesign）、遊戲設計（gamedesign）與愉悅式學習（playfullearning）等關鍵字同時出現。

建造主義相關的研究中，研究對象多為國小學童，學童透過合作學習的方式，與電腦中介的學習環境互動，以建造的方式與知識建立個人關係。

建造主義相關研究可分為兩大主軸，第一個主軸是以1986-1990年派特與其學生在美國波士頓地區小學所做的教學軟體設計專案（InstructionalSoftwareDesignProject，ISDP）研究，這一系列的研究體顯建造主義的重要精神與內涵；第二個研究主軸乃是透過設計進行學習的相關研究，探討設計活動融入學科的學習情形。

一、教學軟體設計專案之研究

派特在1986—1990年在美國波士頓地區小學執行教學軟體設計專案是建造主義在學校教育施行的重要典範，其間共有三個主要的研究，分別探討建造主義的學習成效與建造主義的合作學習內涵。

（一）建造主義之學習成效研究

Harel與Papert（1990）於1986—1987年在美國波士頓地區小學執行教學軟體設計專案，以國小四年級的學童為主要的研究對象，用LOGO製作數學分數程式，實驗組的學生每次花5至7分鐘做計畫，然後花55分鐘的時間做程式設計。

學生每星期大約花4個小時在設計與執行與分數概念有關的程式，一共為期15週，對實驗組學生唯一的要求就是他們能夠對他們的聽眾解釋分數的概念，所以在實驗期間安排三年級的學童與參與研究的學童互動，此外實驗期間安排焦點課程，協助學生有關於程式設計、LOGO程式設計與分數的內容，但是不特別教分數方面的知識。

經過大約4個月，實驗組（一組）與對照組（兩組）進行前後測的學習成效研究，發現在分數概念、困難問題的表現與波士頓公立學校數學考試三個測驗上，實驗組的進步幅度明顯高於其他兩組對照組，此外在程式設計的能力上，實驗組也明顯高於其他兩組對照組。

除了量化的結果之外，研究者透過質性研究方法，發現學童在分數概念的發展、對於專案的認同感、時間與工作的韻律等面向都有明顯的進步。

（二）建造主義之合作學習內涵

接續Harel與Papert（1990）的研究，Kafai與Harel（1991a，1991b）的研究於1989—1990年進行，在1989年下半年研究國小五年級學生設計程式給四年級學生使用，在1990年上半年則是研究國小四年級的學生設計程式給三年級的學生使用，五年級的學生則是扮演輔導者的角色。

這兩個研究分別探討建造主義在合作與社會建構方面的議題。

Kafai與Harel（1991a）認為教學軟體設計專案之所以能夠成功，有兩種影響學習的互動形式，第一是活動設計需具有合作的本質，學生確實是一起合作執行設計與問題解決，但是另一個則是合作氣氛的營造，學生可以自由自在地交換想法與概念。

這兩項互動形式可以說是不可或缺的。

例如在設計的醞釀期，這些年輕學子需要一個舒適的心理空間，可以自由地返回原本的想法或是重新開始新的想法。

Kafai與Harel（1991b）則是觀察扮演輔導者角色的五年級學童，檢視認知學徒制中專家的學習歷程。

建造主義承襲社會建構的精神，在Harel與Papert（1990）的研究中，安排三年級的學童來觀摩四年級學童的活動，在本研究中則是由五年級的學童指導四年級的學童學習，讓不同程度的學習者能夠互相學習。

Kafai與Harel（1991b）認為在建造主義的脈絡下，輔導活動有以下五個特色：

1.非專家的輔導者可以透過模仿與教學激發並修正知識。

2.學生是知識論的專家，可以產生自己的概念模型。

3.教學互動是缺乏明確定義、複雜的任務。

4.當問題是別人的問題時似乎比較容易解決。

5.輔導做為學習方式猶如是在扮演醫生的角色。

研究結果顯示，在輔導的過程中，學生協助分數概念的呈現、程式設計、拼字與修改問題以及設計等等，輔導者與被輔導者在議題選擇上豐富且多樣，證明輔導的確是一個優質的學習活動。

二、建造主義與設計

設計是建造主義的重要概念，建造主義認為學習者是個人知識的建造者，學習若透過建造外在、可分享的人造物則會有很好的學習成效（Kafai,1996）。

Perkins（1986）認為知識應該被視為是設計而非訊息，換句話說，學習者並非被動地接受訊息，知識的習得應該是一種設計的過程，依據不同的目標修改結構，同樣地，學習應該是將不同的知識依照某個特定的需求加以重組，知識應該能夠依照不同的情境而有不同的應用，而設計活動是最能夠提供與情境的對話的活動形態（Schön,1988），是以設計融入學習活動符合建造主義對於學習的看法，也是建造主義學者認為最好的兒童學習經驗（Resnick,2006）。

建造主義的相關研究中許多是結合設計活動，例如：

Papert（1980）描述以LOGO的環境來學習幾何學；Harel與Papert（1990）亦是透過LOGO的環境，以設計程式的方式學習數學中分數概念；Sargent、Resnick、Martin與Silverman（1996）則是以樂高機器人中可讀寫程式的磚塊來從事設計活動。

在相關的研究中，兒童遊戲設計研究是一個重要的主題，不僅是一個持續發展的主題而且有卓越的研究成果。

建造主義式的兒童遊戲設計研究主要使用質性研究法，觀察、訪談與作品評析為主要的資料蒐集方式，研究旨在探討學生在遊戲設計活動中的學習情形以及所使用的設計策略。

（一）遊戲設計策略之發展

Kafai（1996）以教學軟體設計專案實施之美國波士頓地區小學為主要研究場域，參與者為16位四年級的學生，他們利用約六個月的時間，設計分數相關的遊戲。

研究結果指出：

在設計策略的運用上，大部分的學生在設計程式時會混合使用由上而下的設計模式以及由下而上