美国21世纪技能组织提出了“21 世纪技能”框架，强调学习与创新技能、数字素养技能和职业与生活技能的重要性，现已为世界众多国家所关注。在这一框架中，学习与创新技能被认为是核心。为此，教育工作者和研究者不断探索和创新教学方法，其中一种受到广泛关注的教学策略是有效失败（Productive Failure，即 PF）教学法。作为一种新兴的教学策略，有效失败教学法通过让学生在解决复杂问题的过程中经历初步的失败，进而激发他们的思考和学习兴趣，培养他们的问题解决能力和创新思维。
一名研究生提出的“反常识”教学法
有效失败教学法的理论框架和方法论最早由苏黎 世 联 邦 理 工 学 院（Eidgenössische Technische Hochschule Zürich，简称 ETH Zurich）的马努 • 卡普尔（Manu Kapur）教授于 2008 年提出。乍听之下，似乎违反常识。失败就是失败，还存在“有效失败”吗？又怎么能称之为一种教学法呢？
都说创新产生于年轻的头脑，事实上，当卡普尔还是一名研究生时，他就注意到教育工作者普遍使用讲座来开展教学。传统的教学观念中，讲座内容丰富且易于理解，并提供清晰明确的指导，学生将会得益于此，取得良好的学习效果，但这和卡普尔的亲身体会并不相符。并且，他还发现运动员在训练中经常遇到失败和挑战，这些却有助于他们提高运动技能和适应力。这让卡普尔开始思考：既然尝试和失败如此具有启发性，为什么不在学校里有意识地设计“失败”来进行教学呢？
查阅了相关教育理论资料，研读了大量相关脑科学的著作后，卡普尔总结出：如果学生从未经历过失败，他们就无法学习如何处理复杂的问题和情感。因此，他提出了有效失败的学习理论，即让学生尝试解决超出他们能力范围的问题，然后再由教师介入，对比和讲授正确的概念。卡普尔认为，这种顺序可以激发学生的学习动机，增强他们的记忆和理解力。他给这种教学策略取名为“有效失败”。
为了验证有效失败教学法的效果，卡普尔及其合作者在不同领域、内容和目标下进行了一系列实验性研究，以验证有效失败对学生学习效果的影响。这些研究涉及了数学、物理、化学等科目，以及概念理解、问题解决、知识迁移等目标。研究中通常采用两种条件：有效失败教学条件，即让学生在没有指导或支架的情况下先尝试解决复杂问题，然后再接受直接教学；直接教学条件（Direct Instruction，即 DI），即让学生先接受直接教学，然后再尝试解决复杂问题。
有效失败教学法的理论基础
有效失败教学法的理论基础来源主要是皮亚杰的认知发展理论，范冷提出的僵局驱动学习理论和维果茨基的社会建构主义学习理论。
1. 认知发展理论（Cognitive-developmental Theory）
皮亚杰认为学习涉及同化（将新信息吸收到已有图式中）和顺应（修改或新建图式以适应新信息）两个主要认知过程。当学生遇到与他们的图式不一致的信息时，他们会产生认知冲突，即对现实和期望之间的差异的感知。认知冲突会打破学生的认知平衡，促使他们调整自己的图式以恢复平衡。新的平衡状态往往会伴随更强大、更全面的图式，所以认知冲突是认知结构重新组织和发展的基础。有效失败教学法就是利用这种认知冲突，让学生在失败的过程中激活和检验他们的先验知识，发现自己的认知缺陷，为后续的教学创造需求，这对学习者的后续学习具有重要意义。
2. 僵局驱动学习理论（Impasse-driven Learning Theory）
在传统的教学方法中，教师通常会尽量避免让学生遇到失败，认为失败会妨碍学习。然而，对问题情境中“僵局驱动学习”的研究为失败在学习中的作用，特别是在解决问题中的作用提供了有力的证据。范冷等人在相关研究中发现，当学生在解决问题陷入僵局时予以点拨，他们就能成功地学习相关的原理（例如物理学中的自然法则和核心概念）；而当学生没有陷入僵局时，尽管导师明确解释了目标原则，但无法达到同等的学习效果。这表明，在教学中，与其以反馈或解释问题的形式提供即时指导，不如将这种指导推迟到学生陷入僵局（一种失败形式）时，更能促进学生对目标原理的深度学习。
3. 社会建构主义学习理论（Socio-constructivist Learning Theory）
有效失败教学法的另一个重要方面是协作学习，即让学生在小组中共同解决问题、共同学习。社会建构主义学习理论是一种强调学习是通过社会交往和他人的帮助而发生的观点，由苏联心理学家维果茨基提出。维果茨基认为，语言和文化在人类认知发展和世界观形成中起着重要的作用，所有的认知功能都是社会互动的产物，而非个体内在的属性。
社会建构主义学习理论为有效失败教学法提供了另一个理论基础，可以解释为什么学生在协作解决问题的过程中遇到的失败可以促进他们的学习和发展。例如，维果茨基提出了最近发展区的概念，即学生在有能力者的指导或协作下可以完成的任务，而非独立完成，从而实现更高水平的认知和技能发展。
有效失败教学法的概念框架整体设计
传统的直接教学主要存在两个弊病：一方面，学生通常不具备对已有知识的差异的认识，因此无法辨别、理解教师在直接教学时给出的特定领域的表征现象和问题解决的方法；另一方面，当教师在直接教学期间将概念、表征和方法以良好的组合、结构化的方式呈现时，学生可能不明白为什么它们能以这样的方式组合在一起。
鉴于以上两个弊病，卡普尔在一系列实验研究后提出进行有效失败教学设计时，必须让学生参与到以下四个相互依存的核心机制中：（a）激活和区分与目标概念相关的已有知识，（b）注意目标概念的关键特征，（c）解释和阐述这些特征，以及（d）将关键的概念特征提炼、组合成目标概念。这四个核心机制体现在包含两个阶段的教学设计中：第一阶段是生成—探索阶段，为学生提供了生成和探索多个表征和解决方法（Representations and Solution Methods，即 RSMs）的机会，并强调可用性及其限制。第二阶段是整合—巩固阶段，为学生提供将生成的表征和解决方法组织、组装成规范的表征和解决方法的机会。
这两个阶段的设计都涉及有关活动创建、参与结构和社会环境的设计。这些设计需遵循以下核心原则，以体现上述机制：一是创建解决问题的情境，包括处理复杂的问题，这些问题具有挑战性但不会令人感到沮丧，使学生能够依赖先前的教学资源，生成和探索多个表征和解决方法（机制 a 和 b）；二是提供解释和阐述的机会（机制 b 和 c）；三是提供机会来比较和对比失败或次优解决方法的可行性和局限，并组装成规范的表征和解决方法（机制 b-d）。
为了实现这些核心设计原则，卡普尔等人做了详细的分析，见图 1。
第一阶段总体设计的目标是为学生提供生成和探索问题的多个表征和解决方法，以便以最优的方式解决问题。为此，教师需要设计一些具有挑战性、多样性、复杂性的问题，这些问题应当超出学生的能力范围，以便激发他们的思考和兴趣，激活和区分他们的已有知识，并吸引学生关注目标概念的关键特征。例如卡普尔的试点研究发现，当问题以对话、叙事的形式呈现时，学生们对问题更感兴趣。在其他情况下，教师们认为“连环画”形式更有吸引力。其次，设计参与结构的重点是促进学生的合作，让他们分享、阐述、批评、解释和评价共享的表征和解决方法，即在小组合作的形式下进行探索和尝试。最后，设计社会环境的重点是创造一个安全的探索空间，让学生不怕犯错，而是把错误视为学习的机会。教师在这个阶段的角色不是提供任何认知或内容相关的支持，而主要是管理课堂，并提供情感支持。
第二阶段总体设计的目标是为学生提供机会，使他们能够比较失败或次优表征和解决方法的可行性和局限，以及不断整合，以便形成规范的表述和解决方法。在此阶段，教师需要介入，通过直接教学或其他形式的支持，帮助学生整合和构建知识。
首先，设计活动任务的重点是检查学生生成的问题解决方案，让学生和教师一起参与全班讨论，将他们生成的表征和解决方法与规范的表征和解决方法进行对比，理解它们的可行性和局限，与目标概念的关键特征之间的联系，以及如何将它们组装成一个更连贯的整体。其次，设计参与结构的重点是加强参与，教师应当采用一些促进策略，增加学生在讨论中的参与度和互动度。例如邀请学生展示和解释他们的解决方法，复述学生的解释，提出问题和反馈，引导学生注意关键的概念特征，鼓励学生之间的交流和评价等。最后，设计社会环境的重点是创造一个安全的探索空间，这对于发展关键概念的理解很重要。
在世界各国的采用情况
有效失败的学习理论作为卡普尔对教育领域的标志性贡献，获得了广泛接受；而有效失败教学法作为一种新兴的教学策略，也已经在不同国家和地区的各个教育阶段和领域进行了广泛的实践和研究，尤其是在STEM（科学、技术、工程和数学）领域，显示出了提升学生问题解决能力的显著效果。目前，新加坡、韩国、澳大利亚、加拿大、荷兰、中国等都在不同学段、不同学科中不同程度地采用了有效失败教学法，并取得了实证支持的卓越效果。
新加坡学校系统向来以高绩效而著称，其将有效失败教学法整合到大学预科阶段的数学课程中，并以广泛的实证数据表明，它可以提高学习者的概念知识、问题解决能力和未来学习的能力。另有研究探讨了在韩国数学课上有效失败教学法对小学生数学问题解决能力和数学倾向的影响，结果发现，它可以提高学生解决问题的能力，且经历过有效失败教学法的学生会对数学学习产生更正向的态度。除了对有效失败教学法进行更详细的研究外，韩国还汲取相关研究成果，指导数学教科书的编写及其整体教学的设计。
在澳大利亚，一些大学和教育机构已经将有效失败教学法用于改进护理、医学等领域的基于模拟的学习。研究表明，学习者在接受指导前犯错误的有效失败模拟可以促进更深层次的知识阐释，并使学习成果能够迁移到新的临床情景中。
加拿大的一些教育研究者和实践者也在健康专业教育领域进行了一些探索和实验，例如药剂学、医学等。他们认为，传统的医学教育方法，即直接向学生传授程序知识，并通过重复练习加强是不够的，也不利于学生的未来学习。为此，研究者和实践者们提出了一种主动学习的方法，即引导式发现，促使学生有机会在教师的正式指导之前自己“发现”新内容，并纠正误解。这种方法本质上就是有效失败教学法的一种具体表现形式，可以让学生通过探索和失败来促进综合分析和知识生成，从而帮助他们未来更好地掌握相关的内容，提高他们的适应性专业能力（adaptive expertise）。
荷兰的代尔夫特工业设计工程大学（ Delft University of Technology, Industrial Design Engineering, The Netherlands）在其新的学士学位课程中也尝试使用有效失败教学法。该大学发现以经典的方式教授力学，学生们只能在设计项目中浅显地应用工程知识，但这些知识似乎没有留存下来。为此，他们开发了理解产品工程（Understanding Product Engineering，即 UPE）教学流程。在此过程中，为了激发学生的好奇心，并使知识记忆时间更长，学习设计师就深度嵌入了有效失败教学法，让学生在正式指导之前自己尝试解决问题，并从错误中学习，其目标是激励学生充分探索设计空间，并为他们进行终身学习做好准备。实验证明，有效失败是一种促进有效学习的教学法，非常适合迭代和探索性学习，不仅能提高学生的概念理解和适应性能力，也能充分发挥设计性学习的优势，有效提升学生的学习能力、创新性问题解决能力乃至整体的 21 世纪技能。
参考文献：
[1]贺巍 , 盛群力. 迈向新平衡学习——美国21世纪学习框架解析[J]. 远程教育杂志,2011,29(06):79-87.
[2]Kapur M. Productive failure[J]. Cognition and instruction, 2008, 26(3): 379-424.
[3]Youki Terada. If You’re Not Failing, You’re Not Learning[EB/OL]. https://www.edutopia.org/article/if-youre-not-failing-youre-not-learning, 2022-9-16.
[4] Kapur M, Bielaczyc K. Designing for productive failure[J]. Journal of the Learning Sciences, 2012, 21(1): 45-83.
[5]Kapur M. Learning from productive failure[J]. Learning: Research and practice,2015,1(1): 51-65.
（本文刊载于《上海教育》（环球教育时讯），2023年12月10日出版，版权所有，更多内容，请参见杂志。作者系厦门大学教育研究院 胡文静）
转自：“第一教育专业圈”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
