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摘要：“知识-学习-教学”（KLI）框架旨在联系课堂实践与学习理论，使教学要素间保持一致。框架由知识成分、学习事件、教学与评估事件三个相互联系的分类要素组成，其中知识成分按应用条件及其回应、条件与回应间的联系和是否有原理三个维度，可分为复杂性递增的七个层级;学习过程由简单到复杂可分为记忆与熟练、归纳与优化、理解与意义建构三个过程，分别对应间隔测试和优化安排，及时反馈、聚焦要义和工作样例，自我解释和有责对话八个教学原则。框架基于不对称假设，进一步解释了教学与学习过程，提出的三个分类学有助于优化教学目标，提高教学原则的有效性和教学条件的适配性，并为改进教学研究提供一种中观视角。未来可应用KLI框架编写结构化的教学目标，设计与目标相匹配的教学任务，与技术相结合促进个性化评估，并选择最能促进学习的教学策略和教学顺序。
关键词：“知识-学习-教学”框架;教学设计;分类学;一致性;教学改革
中图分类号：G434
文献标识码：A
文章编号：1006-9860（2020）06-0112-08
课堂教学正面临一系列问题：学生需要学什么？怎么学？学得怎样？教师教了什么？怎样教？又教得怎样？从有效教学的角度来看，这些问题涉及教师、学生、教材、教学目标、教学方法和教学评估等多个教学要素，只有这些要素间相互匹配，上述问题的答案才能保持一致，教学才能真正有效果、效率和效益。但事实上，即便在今天，这些要素间也总是脱节的。以教师和学生为例，一方面，在建构主义语境下，教师作为学生学习的促进者，有时与帮助者无异，这“在某种意义上就是放弃了教育的观念”;另一方面，教师虽尝试各种新教学策略，但未真正“放权”，没有改变“由师向生”单向传递知识的本质，二者间呈现此消彼长的态势。
那么，该如何更好地适配教学的各个条件，保证教学要素间的一致性呢？我国学者曾提出的“主导一主体”教学模式，从理念上将奥苏贝尔和建构主义的“学与教”理论整合在一起，但其整合形式过于机械，而且没有从深层次的人类认知规律的角度进行解释。卡耐基梅隆大学人机交互学院和心理系教授肯尼思·科丁格（Kenneth R.Koedinger）博士及其团队提出的“知识-学习-教学”框架（Knowledge-Learning-Instruction Framework，以下简称KLI框架），联系学习理论与课堂实践，提出新的知识分类、学习过程分类和与之匹配的教学原则，为教师进行更有效的教学设计提供参考。本文对该框架进行介绍和评析，并探讨其在教育中的可能應用。
一、“知识-学习-教学”框架的结构
KLI框架由三个相互协调和联系的分类要素组成：知识成分、学习事件和教学与评估事件，其中前两个要素是内部、不可观察的，后一个要素是外部、可观察的。如下页图1所示，这些要素形成一条非线性的因果链，描述了这样的教学和学习过程：教师设计并实施教学事件;学习者在外部教学环境的指导下，进行各种认知活动以实现预期学习结果（即知识成分）;其形成的内部心理结构一方面反过来影响学习者的认知过程，另一方面在教师设计的评估事件中得以外化;教师根据评估推断学习者已掌握的知识成分，调整自己的教学计划。
由此可见，要素间的一致性是保证上述过程有效性的关键所在圈，但传统课堂对教学这一外部要素的重视程度，要远远大于知识和学习等内部要素。KLI框架利用复杂性的概念，作为分解和联系这三个要素的桥梁：首先在结构维度上，考虑到教学目标要求学习者的认知结构变化，将这些变化按一定标准进行分解得到知识成分;之后将学习者的认知过程根据复杂性分为三个不同的层级;最后在时间维度上，将教学活动切分为一系列教学行为片段序列，持续时间从小于1秒到数分钟不等。与传统教学设计理论不同，KLI框架认为知识、学习和教学这三个要素间不总是按复杂性一一对应的，而是遵循“不对称假设”（Asymmetry Hypothesis）：面对简单的知识成分，复杂的学习过程不利于学生学习;反之，面对复杂的知识成分，简单的学习过程是必要的。
（一）知识成分及其分类
科丁格将知识成分定义为习得的认知功能或结构单元，包括产生式规则、图式、错误概念、概念、原理、事实和技能等知识或认知片段。在给定任务中，教师需针对特定学习情境，制定合理的教学目标。为此KLI框架将知识成分划分为七大层级，由三个维度确定：知识的应用条件及其回应，应用条件与回应间的联系，以及是否有原理（如表1所示）。具体来说，应用条件及其回应分为“可变”和“不变”两种;二者间的联系可以是语词，即不管能不能做，都需要解释，也可以是非语词，即需要做，但不能或无需解释（如人脸等人难以语词化的图像）;原理是指对控制性原则的解释，区分知识成分是否带有原理可以参考这样两个例子：一是基于数学定理的规则，如角平分线定理的性质与判定;二是将单数名词变为复数名词的规则，这些规则不涉及原理，因为不同语言有不同的变化方法，有的语言（如中文）甚至不存在单数和复数名词的区分，即便在同一种语言（如英语）中，不同单词的变化方法也难以形成一条抽象的原理，例如为什么tip的复数是tips，而tub的复数是tubz。
对于知识成分的复杂性，有两种常见的测量和区分方式：一是按表述的长度，二是按学习者掌握某个知识成分所花费的时间。这两种方法都有一定的合理性，分类结果也基本一致，但第一种方法看起来过于主观和武断，第二种方法需要大量实证证据，要求教师有足够的经验和预测能力，在实践中应用较为困难。基本知识成分的分类以认知科学为基础，各维度都与复杂性相关。在表1中，知识成分的表述和学习者掌握这个知识成分所需花费的时间，由上到下一般越来越长，复杂性也递增。
（二）学习过程及其分类
学习事件指一系列发生在学习者内部的学习过程。科丁格将其分为复杂性由低到高的三类：记忆与熟练、归纳与优化和理解与意义建构。 首先是记忆与熟练过程。这是一个非语词的学习过程，学习者通过该过程巩固记忆、编辑知识，生成自动化的知识组块，提高知识成分的检索和提取效率。该过程使知识成分的应用条件与回应间的联系更直接和一致，能让学习者准确而快速地回忆学过的知识，有助于减轻学习者的认知负荷，促进其未来的迁移和学习。
其次是归纳与优化过程。这一过程存在语词的解释（如在学习语言时某个简单的语法规则），但学习者在不借助或不能口头解释时，也能做出正确回应，因此也是个非语词的学习过程。该过程可对知识成分进行修正，识别并添加缺失的特征，去除无关特征，提高知识成分的准确性。例如，当几何的初学者看到等腰三角形相等的底角时，会归纳得出“如果看起来两角相等，那么它们相等”的知识成分。此时归纳与优化过程会帮助学习者去除“看起来两角相等”这一错误特征，添加“两角是对顶角”“两角是等腰三角形的底角”等相关特征。
最后是理解与意义建构过程。这是一个以语词为中介的学习过程，帮助学习者使用高阶思维、深化理解和创造知识。可变的应用条件及其回应要求学习者进行复杂的认知加工，实现不同表征形式间的转换，例如将非语词的知识成分转化为语词的知识成分，将没有原理的“可变-可变”型知识成分转化为原理（即有原理的语词知识成分）。
综上，学习过程的复杂性各异，但同时作用于保持、迁移和未来学习三类学习目标。记忆与熟练过程提高了学习者提取核心知识的流畅度，使其在新情境中，有足够的认知容量来应用旧知识和学习新知识;归纳与优化过程提高了学习者提取旧知识的准确度，助其掌握基本概念、技能和共通的学习策略，促进其在新领域中学习;理解与意义建构过程帮助学习者学习复杂的语词知识，以实现重新推导、在新情境中迁移学习、产生新知识等复杂认知过程。
（三）知识、学习与教学选择：不对称假设
如前所述，为了让知识成分和学习过程这两个基本要素保持一致，KLI框架按复杂性对二者进行分类，并提出一个大胆的猜想：不对称假设。认知心理学认为，任何类型的学习都指向认知图式的形成，需要学习者建构或重构图式，并促进其自动化。因此在学习复杂的知识成分（如原理）时，学习者需要高阶的理解与意义建构过程，也需要归纳与提炼、记忆与熟练等较低阶的学习过程，以转变知识成分中的错误概念和记住这个知识成分。而在学习简单的知识成分（如事实）时，学习者基本不需要花费努力来建构图式，因此只进行记忆与熟练即可（如表2所示）。
除了“怎么学”，不对称假设还隐含学习阶段的问题，即何时需要何种学习过程。一般来说，学习者先进行复杂的，再进行简单的学习过程。例如在刚学习规则时，归纳过程非常重要，但当学习者学会这个规则时，记憶与熟练过程就变得更重要，因为此时需要对规则进行稳定提取和快速应用。
在KLI框架中，学习过程一边与知识成分相联系，一边与教学原则相联系，因此不对称假设也会影响到教师的教学选择。这种影响体现在两个方面，一是在教学原则的使用上，二是在教学顺序的安排上。教学原则与学习过程的复杂性是一一对应的，因此根据不对称假设，简单的知识成分不需要复杂的教学原则，但复杂的知识成分必须要用简单的教学原则，因为学习者至少需要进行记忆与熟练，记住正在学习的原理或规则。尽管复杂的教学原则（如自我解释）可能会让学生更投入学习，间接得到与简单原则相同的结果，但如此将额外增加教学时间，降低学生的学习效率。因此，教师需先判断知识成分的复杂性，以此确定学习者所需的、最复杂的学习过程，然后选择并应用与之匹配的教学原则，最后应用复杂性较低的教学原则，促进学习者更稳定的学习。
二、“知识-学习-教学”框架的教学原则示例
教学是一项综合活动，需要教师面对原有知识和学习水平各异的学生，选择恰当的教学方法及其扶放程度和使用时机，以实现其三大功能：（1）使学习者在评估中，其学业表现有广泛而持久的进步;（2）改变学习者的知识库或智力水平;（3）要求学习者内部执行恰当的学习过程。但有效果的教学可能会过多占用教学时间，降低教学效率，因此KLI框架将现有教学原则按所需教学时间的长短进行分类，并与三个学习过程进行匹配，从而为教师提供更有针对性选择。请注意，本文介绍的八个教学原则仅为适用于KLI框架的教学原则示例。科丁格已将教学原则的数量扩充为三十个，新增的原则包括脚手架（Scaffolding）、分段呈现（Segmenting）和多媒体（Multimedia）等。
（一）促进记忆与熟练的教学原则：间隔/测试、优化安排
间隔/测试（Spacing and Testing Effects，即间隔效应与测试效应）原则是指综合运用间隔学习和测试效应，能促进知识成分的长时保持。其中前者指在学习新材料的一段时间后，重新向学生呈现这些材料能促进学习者学习，后者指测试能有力促进学习内容的长时保持。影响间隔/测试原则有效性的因素有测试的间隔时间、测试线索的强度、初始和最终的测试形式、测试练习中的反馈以及测试次数，但现有研究得出的结论存在不一致的情况，需要进一步研究确定其边界条件。
如前所述，间隔/测试原则要回答这样一个问题：在学习新知识成分后，多久向学习者提供一次练习机会，最能促进其学习？这就引出了优化安排（Optimized Scheduling）原则。现有研究表明，单次练习间隔较短的学习效果更好，但这并不意味着教师要尽快向学习者提供重新练习的机会。根据KLI框架，最优化的教学是在单位教学时间内，使学生的稳定学习最大化，因此同一知识成分的练习时间间隔应取最优值，不宜过短，也不宜过长。
（二）促进归纳与优化的教学原则：及时反馈、聚焦要义、工作样例
及时反馈（Timely Feedback）原则是指在学习者完成某项任务或某个步骤后，及时提供评价性回应（如正确或不正确）能促进其学习。研究表明，及时反馈有助于学习者获取正确信息，缩短学习时间，适用于多数学习环境;但延迟反馈能保证学习者在任务结束时，其认知容量不被新信息占据，能更好地发展自身错误检测与纠正等辅助技能。该原则可能的边界条件是，不适合复杂的学习过程（如理解与意义建构），因为此时学习者刚开始学习原则等复杂的知识成分，立即提供反馈可能会让认知负荷过载。 聚焦要义（Feature Focusing）原则是指，指导学习者关注目标知识成分的重要或相关特征，能促进其高效而专注地学习。例如在学习汉字时，教师可能将“晴”这样的形声字作为整体进行教学，但当教师指出“日”是“晴”的形旁，“青”是“晴”的声旁时，学习者就能迅速记住“晴”字的读音，将其含义与太阳联系起来，并将这些特征用于迁移。
工作样例（Worked Examples）是另一個促进归纳与优化过程的教学原则：与一直解决问题相比，在过程中更多的学习工作样例能让学习更高效和稳定。斯威勒指出，未知问题的元素交互性高，提供工作样例能减少学习者的外部认知负荷，提高学习效果。在工作样例的呈现形式方面，伦克尔整理出九条得到大量证据支持的教学原则，如错误学习原则：将正反样例结合呈现能促进学习者迁移和对概念的理解;相似模型原则：安排与学习者情况相似的模型样例，能激励并帮助学习者更好地完成模仿学习行为等。
（三）促进理解与意义建构的教学原则：自我解释、有责对话
自我解释（Self-explanation）原则是指，学生在提示下，对工作样例中的每个步骤或文本的每一行进行自我解释，能学得更好。该原则仅适用于复杂的理解与意义建构过程和带有原理的语词知识成分，这是因为学生在进行自我解释时，虽然能更好地对一般性原则进行概括和迁移，但却要承担忽视细节的风险，即对规则以外的特例和相似的概念缺乏理解。例如在学习英语语法规则的过程中，由于有很多需要识别的特例，因此使用自我解释原则的学生，虽能更好地陈述一般性的语法规则，但不能很好地应用这些规则。
有责对话（Accountable Talk）原则是指，当学生在课堂中的对话需要对知识、推理和团队负责时，其思维技能会得到发展。教师需要将有责对话看作—个结构化的教学过程，为学生设立讨论的期望，让每个学生都拥有表达的权力，为学生完善发言和理解他人发言提供机会，指导学生创造知识并为其辩护。
三、“知识-学习-教学”框架的理论特色
从KLI框架的基本结构、组成要素和教学原则来看，其反映了条件适配的教学设计理念，这主要表现在两方面：一是内外结合，即真正的学习不光是学生的内部经验发生变化，还要能将这种变化外化出来，变成可观察的语词或行为;二是要素适配，教师设计的评估、学生要学习的知识、学生在学习过程中的内部心理结构变化和教师的教学行为之间应保持一致，否则教学的效能将大大降低。那么，为什么KLI框架能体现这个基本理念呢？
（一）提出一种基于学习者行为的知识分类模型
1956年，布卢姆基于认知心理学，创立了教育目标分类学，提出由六个层级组成的教育目标。此后，加涅、安德森、梅耶和马扎诺等教学设计领域的专家，都提出自己的教育目标分类。与这些模型相比，KLI框架提出的知识分类模型有以下三大特点。
第一，知识分类更有条理、逻辑性更强。现有的知识分类模型大体可分为横向和纵向两类。安德森将知识分为事实性知识、概念性知识、程序性知识和元认知知识，这是横向的，与之类似的还有梅耶的五种知识类型，豪恩斯坦的知识的三个领域等。但在编写教学目标的过程中，不能光有横向的数量，还要有纵向的质量，因此上述模型往往将认知结果分类与不同的知识类型相匹配，以满足不同层次的教学要求。另一方面，有些知识分类模型是纵向的，能区分复杂性。如麦克泰将知识分为值得了解的知识，必须知道和掌握的重要知识与技能，以及核心观点（又称大概念）和持续理解;又如斯威勒将单个概念和程序看作一个元素，用元素间的交互性确定知识的复杂性等，但这些分类在实践中操作难度和对教师要求都较高。与上述模型相比，KLI框架的知识分类模型同时考虑到横向和纵向两个维度。由表1可知，科丁格先将这些知识成分按复杂性排序，再与已有的横向分类进行匹配，从而将知识、技能和策略等不同类型的知识整合起来。这样的知识分类表述更有条理性，与加涅的学习结果分类有异曲同工之妙（实际上，加涅是先将知识横向分类，再考虑各类型的知识可分为哪些层级）。此外，KLI框架用产生式的形式来表示知识成分，通过“if-then”语句，还原人处理问题时的思维过程，更符合人类的认知结构。
第二，突出对信息特征的识别和原有知识的重要性。梅里尔在首要教学原理中确定了五类学习结果，分别是信息、成分、概念、程序和原理，每个学习结果又能细分为知识（需要记忆）和技能（需要运用），与KLI框架的知识分类模型结构类似：五类学习结果对应KLI框架的三类知识成分（即“不变-不变”“可变-不变”和“可变-可变”型），知识与技能对应知识成分的言语性（即条件与回应间的联系是语词还是非语词）。二者的不同之处在于，KLI框架将知识拆解为条件、回应、条件与回应间的联系三部分，突出了识别信息特征（即条件）的重要性。根据笔者在课堂中的观察和实践，一些情况下，学生已经记住书上的事实、概念和原理，但仍会出错，就是因为无法识别到相关信息特征，从而不知是否该运用特定的知识成分，做出对应的解释或行动。例如学生可能记住了“同角的余角相等”这条规则，但可能因为图形过于复杂，导致其在实际应用中无法识别某个角是不是同角的余角。此时教师可能会认为学生还没有掌握上述规则，但这实际上涉及到另一个知识成分，即余角的概念。换句话说，要准确识别信息特征，往往要先掌握较低层次的知识成分作为基础。
第三，知识分类基于学习者行为。上述以认知心理学为基础的知识分类，在一开始主要用于测量和评价，并未用于教学和学习。随后，加涅在对学习结果进行分类的同时，分析了实现这些学习结果所需的内外部条件，并与相应的教学过程进行匹配，但未涉及学习者的学习过程。而KLI框架在探讨知识成分时，考虑到应该将可观察的和不可观察的要素相结合，因此用学习者的外显行为来揭示其内在的知识成分：将语词式的知识解释为学习者能“解释”，非语词式的知识解释为学习者能“做”。显然，这样的探讨对于改进今天的教学实践是有益的，尤其在形成性评估中，教师往往通过学生表现出的行为，判断其是否掌握学过的知识。 （二）提出知识成分补全理论，为修正教学原则的边界条件提供新的理论依据
在学习科学领域，边界条件是保证教学原则有效性的前提之一，但现有教学原则的边界条件仍不够明确。KLI框架的一个作用就是修正或添加边界条件。例如对于撤除支架（Fading）原则，一个边界条件是撤除的顺序。认知负荷理论提出教师应向学习者提供完整的工作样例，从最后一步出发逆向撤除指导，因为学生的认知负荷随步骤次序的增加而降低。但KLI框架認为，学生的认知负荷高低与知识成分的复杂性呈正相关，据此提出结果截然不同的“知识成分补全理论”（KC Gap-filling Theory），即学生在测试中的学业表现取决于待补全部分所属的知识成分，而非其所在的位置。最终的实验结果证明，KLI框架的假设更为合理。由此可见，尽管认知负荷理论已经广泛运用在各种教学设计理论中，得到了大量的证据支持，但仍需补充和修正。知识成分补全理论的出现，可以为研究者设计相关实证研究提供新的理论依据，从另一个角度继续探秘人类的认知“黑箱”;同时，其结果可为一线教师提供教学设计参考。
（三）提出一种中观的学习科学研究范式
KLI框架提出了一种中观的学习科学研究范式，这里的“中观”可从两个维度来理解。一是时间上的中观。科丁格援引纽威尔（Newell）的认知加工时间尺度理论，认为教学研究的重点不应放在需要大量时间的完整任务上，而应放在以秒为单位的单元任务（Unit Task）上，后者与单个知识成分相对应，能实现科学性和实用性上的折衷。二是功能层级上的中观。KLI框架提出的学习事件与布卢姆的认知层级分类相似，本质上是对认知过程的描述。相比之下，梅耶的多媒体学习的认知理论虽同为认知水平，但更强调对认知过程的解释，即人如何在大脑中完成多媒体学习，因而更加微观。总之，科丁格认为把握好这两个维度，能让学习科学研究起到联系课堂实践和传统学习理论的作用。这种关注学习者学习过程的意识，使KLI框架较好地发挥了认知科学、教学科学和评估科学的合力，提高学习科学研究质量。
然而，这种范式也有其不足。要缩小理论与实践的鸿沟，就应该将实际教学过程与研究相结合，至于从怎样的视角来看待学习，单纯强调所谓的“中观”并不合理，应根据研究目的，与不同类型的教学任务相匹配。细腻的认知科学研究，一方面帮助我们认识人类的认知架构，另一方面能为教学原则提供有力的证据。但随着脑科学、神经科学等新兴学科的发展，传统认知科学研究的一些结果被证明是不合理的;此外，由于人类行为的复杂性，社会文化是影响教学原则效果的重要因素之一，因此也需要在微观和宏观层面开展教学研究。
四、应用“知识-学习-教学”框架促进有效教学的建议
在近二十年素质教育和基础教育课程改革的探索中，一些中小学渐渐采用新的教学与学习方式，但“形式主义”的现象仍普遍存在，导致教学目标、策略和评估等要素间的脱节，使教学变得“无效”了。KLI框架在编写教学目标、设计教学任务与评估、选择教学策略和安排教学顺序上，给当前教育改革以启示。
（一）编写结构化的教学目标
教学设计要以目标为本，就是说在教学设计时，要先写好教学目标。好的教学目标应满足三个要求：首先要写目标而不是写行动;其次要条理清晰，一句话只写—个目标;最后要重视高阶能力的培养，重记忆的传统课堂培养出的人才，已不能满足社会的要求，因此今天的课堂提倡以理解为先，这就对教学目标的编写提出更高要求。
那么该怎样应用KLI框架，更好地编写教学目标呢？本文提出两个基本原则：第一，采用“条件=
关键词：“知识-学习-教学”框架;教学设计;分类学;一致性;教学改革
中图分类号：G434
文献标识码：A
文章编号：1006-9860（2020）06-0112-08
课堂教学正面临一系列问题：学生需要学什么？怎么学？学得怎样？教师教了什么？怎样教？又教得怎样？从有效教学的角度来看，这些问题涉及教师、学生、教材、教学目标、教学方法和教学评估等多个教学要素，只有这些要素间相互匹配，上述问题的答案才能保持一致，教学才能真正有效果、效率和效益。但事实上，即便在今天，这些要素间也总是脱节的。以教师和学生为例，一方面，在建构主义语境下，教师作为学生学习的促进者，有时与帮助者无异，这“在某种意义上就是放弃了教育的观念”;另一方面，教师虽尝试各种新教学策略，但未真正“放权”，没有改变“由师向生”单向传递知识的本质，二者间呈现此消彼长的态势。
那么，该如何更好地适配教学的各个条件，保证教学要素间的一致性呢？我国学者曾提出的“主导一主体”教学模式，从理念上将奥苏贝尔和建构主义的“学与教”理论整合在一起，但其整合形式过于机械，而且没有从深层次的人类认知规律的角度进行解释。卡耐基梅隆大学人机交互学院和心理系教授肯尼思·科丁格（Kenneth R.Koedinger）博士及其团队提出的“知识-学习-教学”框架（Knowledge-Learning-Instruction Framework，以下简称KLI框架），联系学习理论与课堂实践，提出新的知识分类、学习过程分类和与之匹配的教学原则，为教师进行更有效的教学设计提供参考。本文对该框架进行介绍和评析，并探讨其在教育中的可能應用。
一、“知识-学习-教学”框架的结构
KLI框架由三个相互协调和联系的分类要素组成：知识成分、学习事件和教学与评估事件，其中前两个要素是内部、不可观察的，后一个要素是外部、可观察的。如下页图1所示，这些要素形成一条非线性的因果链，描述了这样的教学和学习过程：教师设计并实施教学事件;学习者在外部教学环境的指导下，进行各种认知活动以实现预期学习结果（即知识成分）;其形成的内部心理结构一方面反过来影响学习者的认知过程，另一方面在教师设计的评估事件中得以外化;教师根据评估推断学习者已掌握的知识成分，调整自己的教学计划。
由此可见，要素间的一致性是保证上述过程有效性的关键所在圈，但传统课堂对教学这一外部要素的重视程度，要远远大于知识和学习等内部要素。KLI框架利用复杂性的概念，作为分解和联系这三个要素的桥梁：首先在结构维度上，考虑到教学目标要求学习者的认知结构变化，将这些变化按一定标准进行分解得到知识成分;之后将学习者的认知过程根据复杂性分为三个不同的层级;最后在时间维度上，将教学活动切分为一系列教学行为片段序列，持续时间从小于1秒到数分钟不等。与传统教学设计理论不同，KLI框架认为知识、学习和教学这三个要素间不总是按复杂性一一对应的，而是遵循“不对称假设”（Asymmetry Hypothesis）：面对简单的知识成分，复杂的学习过程不利于学生学习;反之，面对复杂的知识成分，简单的学习过程是必要的。
（一）知识成分及其分类
科丁格将知识成分定义为习得的认知功能或结构单元，包括产生式规则、图式、错误概念、概念、原理、事实和技能等知识或认知片段。在给定任务中，教师需针对特定学习情境，制定合理的教学目标。为此KLI框架将知识成分划分为七大层级，由三个维度确定：知识的应用条件及其回应，应用条件与回应间的联系，以及是否有原理（如表1所示）。具体来说，应用条件及其回应分为“可变”和“不变”两种;二者间的联系可以是语词，即不管能不能做，都需要解释，也可以是非语词，即需要做，但不能或无需解释（如人脸等人难以语词化的图像）;原理是指对控制性原则的解释，区分知识成分是否带有原理可以参考这样两个例子：一是基于数学定理的规则，如角平分线定理的性质与判定;二是将单数名词变为复数名词的规则，这些规则不涉及原理，因为不同语言有不同的变化方法，有的语言（如中文）甚至不存在单数和复数名词的区分，即便在同一种语言（如英语）中，不同单词的变化方法也难以形成一条抽象的原理，例如为什么tip的复数是tips，而tub的复数是tubz。
对于知识成分的复杂性，有两种常见的测量和区分方式：一是按表述的长度，二是按学习者掌握某个知识成分所花费的时间。这两种方法都有一定的合理性，分类结果也基本一致，但第一种方法看起来过于主观和武断，第二种方法需要大量实证证据，要求教师有足够的经验和预测能力，在实践中应用较为困难。基本知识成分的分类以认知科学为基础，各维度都与复杂性相关。在表1中，知识成分的表述和学习者掌握这个知识成分所需花费的时间，由上到下一般越来越长，复杂性也递增。
（二）学习过程及其分类
学习事件指一系列发生在学习者内部的学习过程。科丁格将其分为复杂性由低到高的三类：记忆与熟练、归纳与优化和理解与意义建构。 首先是记忆与熟练过程。这是一个非语词的学习过程，学习者通过该过程巩固记忆、编辑知识，生成自动化的知识组块，提高知识成分的检索和提取效率。该过程使知识成分的应用条件与回应间的联系更直接和一致，能让学习者准确而快速地回忆学过的知识，有助于减轻学习者的认知负荷，促进其未来的迁移和学习。
其次是归纳与优化过程。这一过程存在语词的解释（如在学习语言时某个简单的语法规则），但学习者在不借助或不能口头解释时，也能做出正确回应，因此也是个非语词的学习过程。该过程可对知识成分进行修正，识别并添加缺失的特征，去除无关特征，提高知识成分的准确性。例如，当几何的初学者看到等腰三角形相等的底角时，会归纳得出“如果看起来两角相等，那么它们相等”的知识成分。此时归纳与优化过程会帮助学习者去除“看起来两角相等”这一错误特征，添加“两角是对顶角”“两角是等腰三角形的底角”等相关特征。
最后是理解与意义建构过程。这是一个以语词为中介的学习过程，帮助学习者使用高阶思维、深化理解和创造知识。可变的应用条件及其回应要求学习者进行复杂的认知加工，实现不同表征形式间的转换，例如将非语词的知识成分转化为语词的知识成分，将没有原理的“可变-可变”型知识成分转化为原理（即有原理的语词知识成分）。
综上，学习过程的复杂性各异，但同时作用于保持、迁移和未来学习三类学习目标。记忆与熟练过程提高了学习者提取核心知识的流畅度，使其在新情境中，有足够的认知容量来应用旧知识和学习新知识;归纳与优化过程提高了学习者提取旧知识的准确度，助其掌握基本概念、技能和共通的学习策略，促进其在新领域中学习;理解与意义建构过程帮助学习者学习复杂的语词知识，以实现重新推导、在新情境中迁移学习、产生新知识等复杂认知过程。
（三）知识、学习与教学选择：不对称假设
如前所述，为了让知识成分和学习过程这两个基本要素保持一致，KLI框架按复杂性对二者进行分类，并提出一个大胆的猜想：不对称假设。认知心理学认为，任何类型的学习都指向认知图式的形成，需要学习者建构或重构图式，并促进其自动化。因此在学习复杂的知识成分（如原理）时，学习者需要高阶的理解与意义建构过程，也需要归纳与提炼、记忆与熟练等较低阶的学习过程，以转变知识成分中的错误概念和记住这个知识成分。而在学习简单的知识成分（如事实）时，学习者基本不需要花费努力来建构图式，因此只进行记忆与熟练即可（如表2所示）。
除了“怎么学”，不对称假设还隐含学习阶段的问题，即何时需要何种学习过程。一般来说，学习者先进行复杂的，再进行简单的学习过程。例如在刚学习规则时，归纳过程非常重要，但当学习者学会这个规则时，记憶与熟练过程就变得更重要，因为此时需要对规则进行稳定提取和快速应用。
在KLI框架中，学习过程一边与知识成分相联系，一边与教学原则相联系，因此不对称假设也会影响到教师的教学选择。这种影响体现在两个方面，一是在教学原则的使用上，二是在教学顺序的安排上。教学原则与学习过程的复杂性是一一对应的，因此根据不对称假设，简单的知识成分不需要复杂的教学原则，但复杂的知识成分必须要用简单的教学原则，因为学习者至少需要进行记忆与熟练，记住正在学习的原理或规则。尽管复杂的教学原则（如自我解释）可能会让学生更投入学习，间接得到与简单原则相同的结果，但如此将额外增加教学时间，降低学生的学习效率。因此，教师需先判断知识成分的复杂性，以此确定学习者所需的、最复杂的学习过程，然后选择并应用与之匹配的教学原则，最后应用复杂性较低的教学原则，促进学习者更稳定的学习。
二、“知识-学习-教学”框架的教学原则示例
教学是一项综合活动，需要教师面对原有知识和学习水平各异的学生，选择恰当的教学方法及其扶放程度和使用时机，以实现其三大功能：（1）使学习者在评估中，其学业表现有广泛而持久的进步;（2）改变学习者的知识库或智力水平;（3）要求学习者内部执行恰当的学习过程。但有效果的教学可能会过多占用教学时间，降低教学效率，因此KLI框架将现有教学原则按所需教学时间的长短进行分类，并与三个学习过程进行匹配，从而为教师提供更有针对性选择。请注意，本文介绍的八个教学原则仅为适用于KLI框架的教学原则示例。科丁格已将教学原则的数量扩充为三十个，新增的原则包括脚手架（Scaffolding）、分段呈现（Segmenting）和多媒体（Multimedia）等。
（一）促进记忆与熟练的教学原则：间隔/测试、优化安排
间隔/测试（Spacing and Testing Effects，即间隔效应与测试效应）原则是指综合运用间隔学习和测试效应，能促进知识成分的长时保持。其中前者指在学习新材料的一段时间后，重新向学生呈现这些材料能促进学习者学习，后者指测试能有力促进学习内容的长时保持。影响间隔/测试原则有效性的因素有测试的间隔时间、测试线索的强度、初始和最终的测试形式、测试练习中的反馈以及测试次数，但现有研究得出的结论存在不一致的情况，需要进一步研究确定其边界条件。
如前所述，间隔/测试原则要回答这样一个问题：在学习新知识成分后，多久向学习者提供一次练习机会，最能促进其学习？这就引出了优化安排（Optimized Scheduling）原则。现有研究表明，单次练习间隔较短的学习效果更好，但这并不意味着教师要尽快向学习者提供重新练习的机会。根据KLI框架，最优化的教学是在单位教学时间内，使学生的稳定学习最大化，因此同一知识成分的练习时间间隔应取最优值，不宜过短，也不宜过长。
（二）促进归纳与优化的教学原则：及时反馈、聚焦要义、工作样例
及时反馈（Timely Feedback）原则是指在学习者完成某项任务或某个步骤后，及时提供评价性回应（如正确或不正确）能促进其学习。研究表明，及时反馈有助于学习者获取正确信息，缩短学习时间，适用于多数学习环境;但延迟反馈能保证学习者在任务结束时，其认知容量不被新信息占据，能更好地发展自身错误检测与纠正等辅助技能。该原则可能的边界条件是，不适合复杂的学习过程（如理解与意义建构），因为此时学习者刚开始学习原则等复杂的知识成分，立即提供反馈可能会让认知负荷过载。 聚焦要义（Feature Focusing）原则是指，指导学习者关注目标知识成分的重要或相关特征，能促进其高效而专注地学习。例如在学习汉字时，教师可能将“晴”这样的形声字作为整体进行教学，但当教师指出“日”是“晴”的形旁，“青”是“晴”的声旁时，学习者就能迅速记住“晴”字的读音，将其含义与太阳联系起来，并将这些特征用于迁移。
工作样例（Worked Examples）是另一個促进归纳与优化过程的教学原则：与一直解决问题相比，在过程中更多的学习工作样例能让学习更高效和稳定。斯威勒指出，未知问题的元素交互性高，提供工作样例能减少学习者的外部认知负荷，提高学习效果。在工作样例的呈现形式方面，伦克尔整理出九条得到大量证据支持的教学原则，如错误学习原则：将正反样例结合呈现能促进学习者迁移和对概念的理解;相似模型原则：安排与学习者情况相似的模型样例，能激励并帮助学习者更好地完成模仿学习行为等。
（三）促进理解与意义建构的教学原则：自我解释、有责对话
自我解释（Self-explanation）原则是指，学生在提示下，对工作样例中的每个步骤或文本的每一行进行自我解释，能学得更好。该原则仅适用于复杂的理解与意义建构过程和带有原理的语词知识成分，这是因为学生在进行自我解释时，虽然能更好地对一般性原则进行概括和迁移，但却要承担忽视细节的风险，即对规则以外的特例和相似的概念缺乏理解。例如在学习英语语法规则的过程中，由于有很多需要识别的特例，因此使用自我解释原则的学生，虽能更好地陈述一般性的语法规则，但不能很好地应用这些规则。
有责对话（Accountable Talk）原则是指，当学生在课堂中的对话需要对知识、推理和团队负责时，其思维技能会得到发展。教师需要将有责对话看作—个结构化的教学过程，为学生设立讨论的期望，让每个学生都拥有表达的权力，为学生完善发言和理解他人发言提供机会，指导学生创造知识并为其辩护。
三、“知识-学习-教学”框架的理论特色
从KLI框架的基本结构、组成要素和教学原则来看，其反映了条件适配的教学设计理念，这主要表现在两方面：一是内外结合，即真正的学习不光是学生的内部经验发生变化，还要能将这种变化外化出来，变成可观察的语词或行为;二是要素适配，教师设计的评估、学生要学习的知识、学生在学习过程中的内部心理结构变化和教师的教学行为之间应保持一致，否则教学的效能将大大降低。那么，为什么KLI框架能体现这个基本理念呢？
（一）提出一种基于学习者行为的知识分类模型
1956年，布卢姆基于认知心理学，创立了教育目标分类学，提出由六个层级组成的教育目标。此后，加涅、安德森、梅耶和马扎诺等教学设计领域的专家，都提出自己的教育目标分类。与这些模型相比，KLI框架提出的知识分类模型有以下三大特点。
第一，知识分类更有条理、逻辑性更强。现有的知识分类模型大体可分为横向和纵向两类。安德森将知识分为事实性知识、概念性知识、程序性知识和元认知知识，这是横向的，与之类似的还有梅耶的五种知识类型，豪恩斯坦的知识的三个领域等。但在编写教学目标的过程中，不能光有横向的数量，还要有纵向的质量，因此上述模型往往将认知结果分类与不同的知识类型相匹配，以满足不同层次的教学要求。另一方面，有些知识分类模型是纵向的，能区分复杂性。如麦克泰将知识分为值得了解的知识，必须知道和掌握的重要知识与技能，以及核心观点（又称大概念）和持续理解;又如斯威勒将单个概念和程序看作一个元素，用元素间的交互性确定知识的复杂性等，但这些分类在实践中操作难度和对教师要求都较高。与上述模型相比，KLI框架的知识分类模型同时考虑到横向和纵向两个维度。由表1可知，科丁格先将这些知识成分按复杂性排序，再与已有的横向分类进行匹配，从而将知识、技能和策略等不同类型的知识整合起来。这样的知识分类表述更有条理性，与加涅的学习结果分类有异曲同工之妙（实际上，加涅是先将知识横向分类，再考虑各类型的知识可分为哪些层级）。此外，KLI框架用产生式的形式来表示知识成分，通过“if-then”语句，还原人处理问题时的思维过程，更符合人类的认知结构。
第二，突出对信息特征的识别和原有知识的重要性。梅里尔在首要教学原理中确定了五类学习结果，分别是信息、成分、概念、程序和原理，每个学习结果又能细分为知识（需要记忆）和技能（需要运用），与KLI框架的知识分类模型结构类似：五类学习结果对应KLI框架的三类知识成分（即“不变-不变”“可变-不变”和“可变-可变”型），知识与技能对应知识成分的言语性（即条件与回应间的联系是语词还是非语词）。二者的不同之处在于，KLI框架将知识拆解为条件、回应、条件与回应间的联系三部分，突出了识别信息特征（即条件）的重要性。根据笔者在课堂中的观察和实践，一些情况下，学生已经记住书上的事实、概念和原理，但仍会出错，就是因为无法识别到相关信息特征，从而不知是否该运用特定的知识成分，做出对应的解释或行动。例如学生可能记住了“同角的余角相等”这条规则，但可能因为图形过于复杂，导致其在实际应用中无法识别某个角是不是同角的余角。此时教师可能会认为学生还没有掌握上述规则，但这实际上涉及到另一个知识成分，即余角的概念。换句话说，要准确识别信息特征，往往要先掌握较低层次的知识成分作为基础。
第三，知识分类基于学习者行为。上述以认知心理学为基础的知识分类，在一开始主要用于测量和评价，并未用于教学和学习。随后，加涅在对学习结果进行分类的同时，分析了实现这些学习结果所需的内外部条件，并与相应的教学过程进行匹配，但未涉及学习者的学习过程。而KLI框架在探讨知识成分时，考虑到应该将可观察的和不可观察的要素相结合，因此用学习者的外显行为来揭示其内在的知识成分：将语词式的知识解释为学习者能“解释”，非语词式的知识解释为学习者能“做”。显然，这样的探讨对于改进今天的教学实践是有益的，尤其在形成性评估中，教师往往通过学生表现出的行为，判断其是否掌握学过的知识。 （二）提出知识成分补全理论，为修正教学原则的边界条件提供新的理论依据
在学习科学领域，边界条件是保证教学原则有效性的前提之一，但现有教学原则的边界条件仍不够明确。KLI框架的一个作用就是修正或添加边界条件。例如对于撤除支架（Fading）原则，一个边界条件是撤除的顺序。认知负荷理论提出教师应向学习者提供完整的工作样例，从最后一步出发逆向撤除指导，因为学生的认知负荷随步骤次序的增加而降低。但KLI框架認为，学生的认知负荷高低与知识成分的复杂性呈正相关，据此提出结果截然不同的“知识成分补全理论”（KC Gap-filling Theory），即学生在测试中的学业表现取决于待补全部分所属的知识成分，而非其所在的位置。最终的实验结果证明，KLI框架的假设更为合理。由此可见，尽管认知负荷理论已经广泛运用在各种教学设计理论中，得到了大量的证据支持，但仍需补充和修正。知识成分补全理论的出现，可以为研究者设计相关实证研究提供新的理论依据，从另一个角度继续探秘人类的认知“黑箱”;同时，其结果可为一线教师提供教学设计参考。
（三）提出一种中观的学习科学研究范式
KLI框架提出了一种中观的学习科学研究范式，这里的“中观”可从两个维度来理解。一是时间上的中观。科丁格援引纽威尔（Newell）的认知加工时间尺度理论，认为教学研究的重点不应放在需要大量时间的完整任务上，而应放在以秒为单位的单元任务（Unit Task）上，后者与单个知识成分相对应，能实现科学性和实用性上的折衷。二是功能层级上的中观。KLI框架提出的学习事件与布卢姆的认知层级分类相似，本质上是对认知过程的描述。相比之下，梅耶的多媒体学习的认知理论虽同为认知水平，但更强调对认知过程的解释，即人如何在大脑中完成多媒体学习，因而更加微观。总之，科丁格认为把握好这两个维度，能让学习科学研究起到联系课堂实践和传统学习理论的作用。这种关注学习者学习过程的意识，使KLI框架较好地发挥了认知科学、教学科学和评估科学的合力，提高学习科学研究质量。
然而，这种范式也有其不足。要缩小理论与实践的鸿沟，就应该将实际教学过程与研究相结合，至于从怎样的视角来看待学习，单纯强调所谓的“中观”并不合理，应根据研究目的，与不同类型的教学任务相匹配。细腻的认知科学研究，一方面帮助我们认识人类的认知架构，另一方面能为教学原则提供有力的证据。但随着脑科学、神经科学等新兴学科的发展，传统认知科学研究的一些结果被证明是不合理的;此外，由于人类行为的复杂性，社会文化是影响教学原则效果的重要因素之一，因此也需要在微观和宏观层面开展教学研究。
四、应用“知识-学习-教学”框架促进有效教学的建议
在近二十年素质教育和基础教育课程改革的探索中，一些中小学渐渐采用新的教学与学习方式，但“形式主义”的现象仍普遍存在，导致教学目标、策略和评估等要素间的脱节，使教学变得“无效”了。KLI框架在编写教学目标、设计教学任务与评估、选择教学策略和安排教学顺序上，给当前教育改革以启示。
（一）编写结构化的教学目标
教学设计要以目标为本，就是说在教学设计时，要先写好教学目标。好的教学目标应满足三个要求：首先要写目标而不是写行动;其次要条理清晰，一句话只写—个目标;最后要重视高阶能力的培养，重记忆的传统课堂培养出的人才，已不能满足社会的要求，因此今天的课堂提倡以理解为先，这就对教学目标的编写提出更高要求。
那么该怎样应用KLI框架，更好地编写教学目标呢？本文提出两个基本原则：第一，采用“条件=