摘要：为了解美国学习科学的发展与研究热点，文章运用主题分析法分析了2003～2017年美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）资助的436项学习科学研究项目。分析结果显示，美国的学习科学项目的研究领域包括学习基础研究、设计与开发研究、学习科学的实践应用研究以及非正式学习研究。在研究热点变化方面，美国学习科学的研究热点呈现了3个方面的转变，分别是从关注认知神经到关注学习文化、从关注正式学习情境到关注学习环境的开发和多学科的协同加强、从关注学习中的技术应用到关注运用技术强化的学习。研究涉及的对象有中小学生、大学本科生和研究生，以及婴幼儿、残疾儿童、女性等特殊群体。

关键词：国家科学基金会,学习科学,资助项目

一研究背景

学习科学正式产生于1991年，源于第一次学习科学国际会议的成功举行和《学习科学期刊》（Journal of the Learning Sciences）的创刊。这个领域的研究以“学习”为基点，主要探讨“人是如何学习的，怎样促进有效的学习”的问题。其研究的目标是为了更好地理解认知过程和社会化过程，用学习科学的知识来重新设计课堂和其它学习环境，让学习者进行更加深入的学习。随着时代对“学习”的关注越来越紧密，学习科学也受到了世界各国研究机构的广泛关注。近年来，中国学者也越来越关注学习科学的研究及其在实践中的应用。这需要我们更多地了解国外的研究与热点。同时，国内相关的学术基金会也需要相应的数据支持其基金的投入。

美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）是美国资助科学研究的联邦政府行政机构。早在2004年，该机构宣布拨款1亿美元构建了规模庞大的“学习科学研究计划”，旨在组建学习科学的跨领域研究团队，让学习科学研究成为美国科学研究的重要组成部分，进而推动教育改革和学习实践。十多年来，学习科学一直是NSF资助的重点领域之一。可以说，NSF对学习科学研究项目的资助，在一定程度上反映了美国学习科学领域的研究状况。为此，本研究力图通过对2003～2017年期间NSF支持学习科学研究项目内容的梳理，发现美国学者在学习科学领域的关注热点及其发展变化，以便为国内学者及基金会提供参考。本研究着重分析和探讨以下三个问题：①美国学习科学项目受到NSF哪些部门的关注？②美国学习科学的研究聚焦在哪些领域？③美国学习科学的关注热点有哪些变化？

二数据收集与分析

1数据收集方法

本研究以“learning science”“learning sciences”和“science of learning”为检索关键词，在美国国家科学基金会官网1检索了2003年1月1日至2017年12月25日期间NSF对学习科学的资助记录，发现每一条记录都详细记载了被资助项目以及NSF资助部门的相关信息。本研究使用的信息有6类，分别是被资助项目的编号、标题、摘要、起始时间、资助部门以及资助金额数。据本研究统计，有效的受资助项目数为436项，受资助总金额达4.2亿美元。

2数据分析

在数据分析中，本研究运用了描述统计和主题分析方法——描述统计用于统计检索结果中的数值型数据（受资助项目数、资助金额等），旨在得到NSF对学习科学的整体资助情况；主题分析方法注重审查原始数据中的主题，旨在让研究者通过对原始数据中重要内容的编码，深入理解数据的内隐及表面含义。主题提取步骤为：熟悉数据－对数据进行一级编码－在编码中提取主题－审查主题－对主题进行定义和命名－产生最终的报告。遵循以上步骤，本研究分析了受资助项目的标题和摘要，以探究美国学习科学研究开展的主要领域及其关注热点的变化。

三美国学习科学研究的重点领域及特点

1资助学习科学研究的NSF部门及各部门资助的侧重点

NSF共设置1个总检察长办公室（Office of the Director，OD）和7个学部。据描述统计，这些部门都在一定程度上对436项学习科学研究进行了资助。其中，社会、行为和经济学部（Directorate for Social,Behavioral&Economic Sciences，SBE）和教育和人力资源部（Directorate for Education & Human Resources，EHR）对学习科学项目的资助力度最大，其资助额分别占受资助总额的40.92%和41.23%。计算机信息科学部（Directorate for Computer & Information Science & Engineering，CISE）对学习科学项目的资助力度次之，占10.46%。其余资助来自于工程部（Directorate for Engineering，ENG，3.24%）、地理科学部（Directorate for Geo sciences，GEO，占1.87%）、生物科学部（Directorate for Biological Sciences，BIO，占1.37%）、总检察长办公室（OD，占0.73%）以及数学和物理科学部（Directorate for Mathematical & Physical Sciences，MPS，占0.18%）。不同资助力度显示各部门对学习科学研究有不同的资助侧重点。本研究通过分析各部门资助项目的标题和摘要，将不同部门的资助侧重点进行了总结。

值得一提的是，SBE附属的行为与认知科学研究部，下设专门的“学习科学研究计划”（Science of Learning Program，SLP），足见NSF对学习研究的重视程度。这个计划主要通过支持变革性的基础研究，发展与学习原理、学习过程和学习条件相关的理论和基础知识。SLP在2003～2017年期间共支持了60项学习科学研究计划，提供的资助金额达15783万美元，占所有检索项目受资助总额的37.58%，占SBE总资助额的93.86%。

2美国学习科学研究的重点领域

本研究对筛选出的436项研究项目的标题和摘要进行了主题分析，将这些研究项目归纳为四类：学习基础研究、设计与开发研究、学习科学的实践应用研究、非正式学习环境的设计及学习研究。在每一类中，又归纳了一些重要的研究方向。是因为有些项目会包含多个主题词，在后期对主题词进行分析和处理时，该项目会同时归属在不同主题词所包含的类别中。本部分主要分析美国学习科学研究的重要领域。

（1）学习基础研究

受资助的学习基础研究共169项，包括基于脑认知和神经科学的学习机制研究、构建学习科学基础理论和知识的研究、促进学习和认知的新学习形式研究和语言和文化对学习的影响研究。其中，基于脑认知和神经科学的学习机制研究主要通过研究人类在认知和学习时，大脑细胞、神经系统和相关认知通道的反应，分析探讨婴幼儿、正常学习者和有听障或视障学生的复杂思维模式及学习行为的形成。随着技术的发展，这类研究越来越注重借助多媒体技术、自然语言处理技术、可视化技术、基因技术等新兴技术来观察并研究学生理解知识和运用知识的内在机制。

NSF也支持学习理论的建构和完善，特别是针对具体的对象和领域进行的学习理论建构。如有关婴幼儿的态度、感知、学习和记忆的理论，以及用于培养听力有障碍学生的语言素养的理论等。NSF也支持促进学习和认知的新学习形式研究，包括在线学习形式，如在线指导学习（Tutor Learning）；自然或非结构化学习环境中的学习形式，如基于自然的学习（Nature-based Learning）；能够灵活迁移到新环境且持续时间较长的学习形式，如匹兹堡学习科学中心（Pitts burg Science of Learning Center，PSLC）研究的强健式学习（Robust Learning）等。

此外，受维果斯基流派文化历史传统的影响，一些项目关注语言和社会文化对学习产生的影响。NSF支持的相关研究重在分析语言和文化与学习者学习、学习者性别、学习者本身状态以及学习环境之间的关系。在这类研究中，以研究双语环境对学习者大脑反应和认知神经影响的研究、语言学习模式和学习过程的研究居多，其余研究关注学生性别、种族以及听力障碍对学生语言、知识习得的影响。

（2）设计与开发研究

设计研究聚焦于自然情景学习的理解和有效学习环境的设计，通过迭代式的设计探究将理论与实践连接起来。在NSF资助的项目中，这种研究方法被运用在虚拟协作学习环境、学习和教学工具、STEM课程以及教学模型和方法等的设计与开发中。

受资助的虚拟协作学习环境开发研究比较重视对在线沉浸式学习环境和智慧学习环境的开发。游戏化学习环境是前者的一种，其开发研究主要面向中学生，旨在借助虚拟技术，促进学习者的虚拟化身与数字代理、人工制品及环境之间多样的交互。沉浸式仿真学习环境是另一种，主要集中在生理学、物理学和工程领域中，学习群体包括中学生和成年人。智慧学习环境的开发研究借助自动感觉设备、探测与跟踪技术、数据科学等新兴技术，主要探究学生在学习时认知和情感之间的交互，旨在解决科学学习中普遍存在的情感困惑和认知不平衡的问题。

受资助开发的工具包括学习和教学工具。开发的学习工具主要面向中小学和高等教育阶段的学生和老师。针对中小学的主要是游戏化学习工具，旨在提升学生的认知和自主学习能力。面向大学生的学习工具包含交互式计算机界面、仿真模拟工具等，旨在促进面向对象的知识、能力、经验和思维的发展。开发教学工具旨在辅助教师和家长对学生进行有效的学习指导，辅助教师和研究者对学生的推理能力、辩证性思维能力、学习能力进行测评等。

开发的STEM课程面向本科及研究生，旨在培养学生（尤其是女学生）对科学学习的热情，提高其解决综合问题的能力，以增加工程领域学生的保留度。设计开发的模型包括教学模型、学习及研究模型。其中，教学模型有研究生教育模型、社区大学的信息技术教学模型、强健式学习的教学模型以及将博物馆学习和课程教学进行整合的模型等；学习及研究模型有理解复杂学习系统的SBF模型、培养教师专业发展的学习模型、用于理解非言语行为和交流技巧的计算模型、人类学习的普遍模型等。这些模型不仅适用于正式学习环境中的教与学，也适用于非正式学习环境中的学习实践和教学实践。此外，NSF也支持开发创新教育方法。这类研究主要面向中小学生、大学生以及女性群体和听力有障碍的学习者。开发的教育方法适用的领域有地球科学、生命科学、气候科学的教育以及数学教学、STEM教育和跨学科教学等。

（3）学习科学的实践应用

涉及学习科学应用实践的项目共56项，其主要的研究方向包括跨领域研究共同体的构建、学习科学及其研究成果的传播以及学习科学成果在其它学科领域的应用。构建跨领域研究共同体的项目旨在整合认知科学、脑神经科学、教育学及人工智能等领域的专家和学者，试图揭示有关学习的社会境脉，构建新的学习与教学环境。受资助的学习科学实践应用研究主要是指运用学习科学的基础知识和研究成果，解决其它相关领域中的问题。

（4）对非正式学习环境的研究

受资助的非正式学习环境研究有94项，受资助额为11834万美元，其主要的研究方向有非正式学习环境的设计与建设和此类环境中学习理论的建构与完善。NSF资助与博物馆等非正式学习场所的设计和建设相关的研究。通过探究将博物馆中的学习和课堂教学联系起来的方式，这类研究在博物馆中运用跟踪技术并分析学习者行为，对学习活动进行设计，旨在开发新的适应非正式学习需求的学习方式、教学模型和学习环境。NSF也会资助文化情景中基于艺术的学习环境的设计以及对自然学习环境的设计等研究。

此外，NSF还资助非正式学习环境中的学习基础研究和对学习科学研究进行综述的项目。其中，学习基础研究关注非正式学习环境中的学习理论建构、人类学习的社会基础原理研究以及学习和教学模型的设计，旨在探究学习的本质，发展学习科学的基础知识，设计促进教与学实践的工具和环境，为培养学习者的学习技能开辟新的途径。对学习科学研究进行综述的项目关注非正式教育环境中学习科学的知识现状、研究现状、发展前景及研究成果应用，此类项目主要从学习科学研究本身出发，旨在促进更有效的学习科学研究，并为下一步的研究确定框架。