化学程序性知识的加工阶段与教学条件，本文主要内容关键词为：性知识论文,条件论文,阶段论文,化学论文,加工论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
程序性知识是指在认知策略的控制下用于操作具体任务的方法或步骤，即加涅的学习结果分类中的智慧技能和动作技能。智慧技能的本质特征就是掌握正确的思维方式和方法，包括感知、记忆、想象和抽象思维等。动作技能是一种习得的能力，是执行身体运动的行为表现。程序性知识是回答“为什么”和“怎么办”的问题。在化学教学中包括两类知识，一是概念、原理和规则的运用和计算，如识别物质的类别、配合物、有机物的命名、式量、摩尔质量的计算、化学平衡的计算、物质鉴别、实验设计等等；二是根据有关原理、规则进行实验操作的化学实验技能，如气体的制备、物质的提纯、有机物的合成等。[1] 安德森（J.R.Anderson）认为程序性知识包括模式识别和动作序列两种表现。[2]模式识别就是对事物分类，实际上也就是概念的运用，它划分为辨别、具体概念、定义性概念、规则、高级规则（问题解决）五个层次；动作序列就是根据符号进行一系列运算或操作，也就是规则应用，可以分为感知、准备、有指导的反应、机械动作、复杂的外显反应、适应、创新等层次。程序性知识之间不仅是一个从低级到高级的序列，而且任何高级程序性知识的获得都是在低一级程序性知识获得基础上发展起来的。 现代心理学的研究认为，程序性知识获得的心理机制是产生式，从而使得陈述性知识转化为程序性知识。[3]程序性知识是对原有陈述性知识进行了精细加工和知识重构，以产生式和产生式系统的方式贮存和表征，遵守条件—行动的规则（C-A规则），即保持在短时记忆中的信息、内在的心理活动、运算出现或条件满足时，便产生反应或活动。产生式系统也称控制流，产生式通过控制流而相互形成联系。当一个产生式的活动为另一个产生式的运行创造了所需要的条件时，则控制流从一个产生式流入另一个产生式，产生式系统中的前一个产生式中的结果可成为后一个产生式的条件。经过足够练习后，产生式系统的一系列动作能自动发生，不容易受到其他正在进行活动的干扰，操作步骤不再需要提供的线索引起。所以程序性知识具有激活速度快，自动化提取，习得速度慢，遗忘也慢的特点。 程序性知识的学习实际就是让学生从陈述性知识过渡到自动化技能的过程。程序性知识的学习由三个阶段构成：陈述化→程序化→自动化，[4]146即在了解有关概念、原理、事实和步骤等陈述性知识形式后在大量练习和反馈的基础上将贮存于命题网络中的陈述性知识转化为程序性知识，最后达到学习者在完成整个行动时已经无需意识控制的状态。 一、知识陈述化阶段与教学条件 在这一阶段，学生首先必须要了解有关的概念、原理、事实、步骤和要求等，能够对某一技能做出陈述性解释和各项条件的编码，用智慧技能指导整个动作技能组成复合整体。 （一）模式辨别与概念获得 模式辨别与概念获得是指能够鉴别区分各个概念的特征属性并且能够根据一些共同的抽象属性做出反应。 模式辨别过程首先要区分事物之间的异同点；其次要辨别具有共同特征的同类事物并抽取出这类对象的共同特征；再次是能够运用概念定义事物或表示若干个概念之间的关系；最后能够使用过去已获得的有关规则解决问题。加涅认为，影响模式辨别学习的内部条件是：“在个体的内部必需的一个条件是，能够回忆和恢复为表现这种识别而必须具有的不同的刺激—反应连锁……在学习对多重刺激做出反应时，学生必须能够表现也与这些刺激差异同样多的不同的刺激—反应连锁。”[5]“辨别学习的一些外部条件表现为某些最基本的学习原理的应用。第一，具备接近的原则，即在刺激呈现后必须紧接对它做出反应。第二，强化的原则在辨别学习中起特别重要的作用，应当使强化随正确与错误的反应而有区别地出现。第三，重复也起着重要的作用。辨别的情境可能需要重复多次，以便选出正确的刺激差异，对于学习多重辨别来说，必然需要更多的重复。”[6]51 概念获得可分为四种水平，每一种水平要求不同的智力加工。第一种是具体水平。在该水平，学习者从其他物体中辨别出某一客体。第二种水平是再认水平。在这一水平，学习者从不同的情境或不同视角来认识客体。第三种水平是分类水平。当学习者能识别新遇到的例证时，从他们的行为可以推断这一水平。第四种水平是正式水平。当学习者根据物体的属性界定物体所属种类的时候，就达到这一水平。具体概念达到正式水平时，这些概念会被赋予更完整、更精准的意义。[7] 理解概念或规则的本质属性或关键特征，能够用言语抽象的方式对先前概念进行联系和回忆。一般来说，一条规则总是体现若干概念之间的某种关系，所以掌握概念（或者形成模式识别的能力）是掌握规则的前提条件。根据加涅的智慧技能层次论，学习具有积累性，低一级智慧技能的获得为高一级智慧技能的学习提供了先决条件。 充分的变式练习和正反例的运用是概念获得的重要条件。变式练习是陈述性知识向程序性知识转化的关键。变式练习就是不断变更概念中非本质情境，变化问题中的条件或结论，转换问题的形式或内容，配置实际应用的各种环境，而概念或问题的本质不变，使得学生从中获得再认识并提高识别、应变、概括等能力。通过变式练习会导致陈述性知识转化为以产生式系统表征的程序性知识。[8]变式练习的作用在于使得概念和规则的本质特征逐渐显示出来，概念和规则运用的情境不断明确。同时反例的出现也可使学习者在不断比较的过程中排除概念的无关特征。没有对大量合适的正、反例的分析和比较，概括化和分化的过程就无法完成，也就很难达到对同类和不同类刺激模式的准确判别和区分。而模式辨别如果无法完成，动作步骤也不可能被正确运用到问题情境中来。例如在讲授氧化还原这一概念时，可以通过交替出现氧化反应和还原反应的例子，让学生形成氧化还原反应的图式；同时选择匹配的反例，一个匹配的反例仅缺少图式所含的一个关键特征。 （二）信息图示化 信息图示化就是在对问题进行整体感知的基础上，运用图示方式进行表征，以揭示化学知识之间的相互关系和联系，从而有效促进学生理解化学知识，在头脑中建构化学学科认知结构。研究发现，信息图示化对程序学习有所帮助，除了有解释功效外，还可以做工作辅助。[9]299该策略既适用于帮助学生建立知识网络，弄清并理解化学教学内容中关键性概念及其相互的联系，还能帮助学生对化学知识进行归纳、分类、比较，以加深学生对解决化学问题的流程、化学实验操作程序、化学生产工艺流程等知识的理解，同时增加知识组块容量，减轻学生记忆加工认知负荷。 下页图1是用化学方法鉴别氯化钠、碳酸氢铵、碳酸钠和硫酸铵四种白色固体的流程。
二、知识程序化阶段与教学条件 在这一阶段，程序性知识受意识控制，由不能自动激活的产生式系统构成，指导行为的知识将发生两种转变：第一，形成特殊领域里的规则作为对事物分类的标准和指导人们如何办事的定义性概念，先前还没有达到平稳和准时程度的那些“部分技能”获得平稳性和准时性；第二，各个部分的产生式间的联结将得到增强，操作同一类特定的关系刺激发生了联系，单个的从属技能正结合为整体技能。[6]118-120 （一）整体分解 把各个步骤分解成子技能，目的是降低示范速度，防止信息负担过重。加涅认为，执行性子程序必须从已有的学习中提取出来或必须作为初始步骤而习得。而就构成整体技能的部分技能而言，它们将依赖于对单个反应或单个动作技能链的提取。[10]90成功教学的关键是确定子技能的层级并做正确的顺序安排，充分练习层级中的各子技能并将其综合起来。 在这里需要强调的是，虽然动作技能需要被分解开来，但是这样的分解并不意味着一分到底，而只是需要根据认知主体的自身情况，分解他所认为的新的动作技能即可。例如，对于比较复杂的实验技能性知识，可以先将其分解为几项相关的基本操作，而任何一项基本操作又可以分解为几个简单的单项操作，然后按照单项操作、基本操作、复杂实验的顺序进行练习，这样学生更容易掌握。 例如，氧化还原方程式的书写流程可以确定为：确定发生氧化还原反应的反应物和对应的产物；利用电子得失守衡初步配平式子；利用电荷守衡进一步完善式子；利用元素守恒写出完整的反应式等四步。 （二）联系定位 在这个阶段中，将前一阶段中被分解开的各个小程序联为整体，形成固定程序的刺激与反应的联系，从认知心理学来说，即是最初形成的一些小的产生式组合形成了一些大的产生式。为了促进这种组合的产生，必须使两个小的产生式能够在工作记忆中连续处于激活状态，这样人的信息加工系统有可能注意到，前一产生式的行动为后一产生式的启动创设了条件，由此获得的一个新的产生式既含有前一产生式的条件，又含有前后两个产生式的行动，而对后一个产生式的条件则作为多余的信息予以删除。这时，教师要让学生反复交替进行不同的动作，给学生提供将一些小的程序组合成大程序的机会，形成一套操作步骤并通过练习增加其熟练程度。通过基本操作的重复，学生才能得到调节动作的线索，随着练习的进行，那些导致错误的内部线索被逐渐排除，而那些与平稳而精确的操作相联系的线索便开始建立并保持下来，这些线索成为技巧动作的调节者。 例如，使用酒精灯给物质加热的实验教师将实验步骤分解为六步，分别对应相应的实验注意事项。第一步，加热前使用试管取液体，这时让学生注意液体不能超过试管的1/3；第二步，将试管外壁的水擦干，以免加热时试管炸裂；第三步，把试管夹由试管底部往上套到距试管口的1/3处（或试管中上部），防止污物掉落在试管内污染试剂；第四步，点燃酒精灯开始加热，加热前强调试管与桌面呈45°角，试管不能对着自己或他人；第五步，用酒精类的外焰预热，再对准液体的中下部加热，让学生讨论试管底部能否接触灯芯，加热过程中为什么老师要来回移动试管；第六步，加热完毕后，讨论为什么不能立即用冷水冲洗试管。 （三）练习反馈 知识程序化的过程中，练习和反馈是两个极重要的因素，因为每一次练习均给两个有关联的产生式在工作记忆中同时激活的机会，因而也给了它们合成的机会，程序性知识的精确性正是通过练习而获得的。程序性知识的习得是一个循序渐进的过程，练习也应该有一个循序渐进的过程。教师可以将这些练习分成几个阶段分别进行。在练习的初期，练习的时间和次数可以长一些、密集一些，在技能熟练以后，练习的时段间隔就可以相对拉长。[4]150在刚刚开始练习之初，可以用一些与例子相近或相同的题目，然后再逐步变化，以提高学生对智慧技能的把握。在安排变式练习题的顺序时，宜将具有对比性的题目放在一起，在进行练习的过程中和进行练习之后应及时地指导学生对解题过程进行反思，归纳总结规则。对于那些由一系列产生式组成的较长的程序性知识，应考虑练习内容与时间的分散与集中、部分与整体的关系，一般先练习局部技能，然后进行整体练习。 反馈是程序性知识教学的一个重要的教学条件。只有学习者从他们的操作和动作的结果中获得反馈时，练习才能对学习起到积极作用。对于智慧技能和动作技能的学习来说，提供给学习者正确的答案；让学习者自己判断正误并知道为什么；告诉学习者他们正在使用的错误解题策略的相关信息，并就更恰当的策略提供一些线索，而不是直接告诉他们对还是错；给学习者呈现他们的反应后果，并通过视频回放让学习者审视自己；教师在呈现反馈后，确保学生对呈现的反馈信息进行思考与加工等。[9]199例如，“过滤”操作可以分为：过滤装置的装配、过滤、沉淀的洗涤等三个基本操作。而过滤器的装配又可分为滤纸的折剪和附贴两个简单单项操作；过滤又可分为过滤器的固定、过滤、重过滤三个简单单项操作。教学中，教师可首先进行各单项简单操作的练习，基本成熟后再按步骤进行基本操作练习，在操作练习中注意动作和方法的反思总结，及时改正错误，将练习与反馈有机结合起来，最终使“过滤”的实验操作准确、稳定和灵活。 三、知识自动化阶段与教学条件 在这一阶段，整个程序本身将得到进一步的精细化和调整，规则完全支配人的行为，技能达到相对自动化。程序性知识经过充分练习由能自动激活的产生式系统构成，在一定程度上可以称为是熟练的技能。这一标志性事件的主要特征是：意识对动作的调控减弱，动作自动化；对于动作的反馈从外反馈逐步过渡到内反馈，即在刚刚学习一项动作时主体往往是借助来自外界的视觉反馈进行自我调节，而当熟悉了以后，主体就能逐步摆脱视觉的控制了；主体能够利用动作中的细微线索进一步调节自己的行为，准时性和精确性得到进一步改善，使之趋于完善；即使在不利条件下，主体也能够维持正常的操作；形成协调化的运动程序记忆图式。 （一）身体练习与心理练习相组合 当学习者达到技能自动化阶段时，心理练习可能会帮助他们达到竞赛的巅峰。只有完美的练习才能造就完美，不完美的练习只会导致几乎不可能改变的坏习惯。[11]让学生在受到鼓励的情况下反思他们已经完成的工作并描述他们怎样完成这些工作，这将促进新生成规则或程序的保持。例如，学生在实验技能考试之前想象完整的实验动作，或者按照实验步骤的先后次序来联想记忆整个实验操作的注意事项。 （二）设计认知学徒制 认知学徒制的技术指导包括观察、练习以及及时给学习者提供反馈。所选择的任务是为了说明某些方法与技术的效力。[10]66教学生正确选用练习方法，适当而又典型的示范和讲解对于促进学生学习也有十分重要的导向作用。这种讲解和示范的速度和容量需要教师根据学生的情况进行灵活的掌握。例如讲授固体粉末药品取用时，教师可以发给每位学生一个试管，一个纸槽，一些无毒无害的粉末药品；教师在讲台上示范讲解，学生跟着教师一起操作，同时教师还对操作中的注意事项进行提问，有时故意出错让学生发现讨论，最后让学生总结出固体药品取用的步骤与具体要求。 （三）将智慧技能与动作技能相结合进行教学 智慧技能与动作技能的完美结合是程序性知识教学的关键。教师在教学过程中必须留有时间让学生进行思考与假设，设置的问题可以从简单到复杂，在学生原有知识的基础上让学生学会猜想、假设、推理，再结合动作技能进行验证、总结与迁移。例如在进行化学方程式的教学时，教师首先让学生从具体的实验情境中感知到化学变化中有质量的存在和质量的转移，使他们开始思考物质的质量从一种物质转移到另一种物质的过程与转移方式，引导学生从宏观物质的变化联想到物质的微观变化，即从物质质量到分子、原子和离子的质量变化，从而体会到物质质量实际上是微观粒子质量的体现，为学生提供了理解求算物质质量的动机和平台。学生就会提出怎样才能求出物质质量的问题，教师再分析化学变化中微观粒子的质量守恒，引出物质质量与化学方程式是紧密联系的，为化学方程式的计算作了从具体到抽象的思维转化的认知铺垫。在此基础上，教师再介绍化学方程式计算的相关步骤、注意事项、模式规范等。最后教师让学生讨论计算中哪些地方容易出错，再做适当的练习，巩固深化学生对化学方程式计算的理解。 （四）提供在多种情境中应用规则的机会以促进迁移 用多种多样的情境和问题来进行练习是促进保持和迁移（或泛化）的内部过程的一个必要的外部条件。为了增加任务的复杂性，教师可整合成分技能与模型，让学生多种练习法相结合，如实地法、程序法等；同时要做好学生动作的及时反馈，以便学生能够尽快知道自己的不足之处和改进方法；最后教师要引导学生及时进行程序性知识的理论总结与提升，以促进程序性知识的迁移。 例如，在讲授
的实验室制取的时候，有教师给学生提供了碳酸钙、碳酸钾、石灰石、稀硫酸、稀盐酸、浓盐酸和相关的实验室仪器，首先通过复习
的物理化学性质和检验方法，让学生猜想、思考制取
的最佳药品和装置，然后进行分组探究。有一组学生用了浓盐酸和石灰石的反应来制取，结果把产生的
通入澄清石灰水中，石灰水没有变浑浊。学生提出了质疑。这时，教师又给学生提供一个装有碳酸氢钠溶液的洗气瓶，让学生先把产生的气体通过该洗气瓶后再通入澄清石灰水中，结果石灰水变浑浊了。这样引出了学生一连串的问题：碳酸氢钠起了什么作用？不通过碳酸氢钠溶液的“
”为什么不能使石灰水变浑浊等？这样教师引导学生对所用药品的分析观察：浓盐酸具有挥发性，挥发出来的气体溶于水得盐酸，把产生的碳酸钙溶解，导致看不到澄清石灰水变浑浊的现象。当碳酸氢钠溶液把盐酸气体吸收后，看到石灰水变浑浊。 另一组学生选择了稀硫酸分别与石灰石和碳酸钾反应制备
。结果发现稀硫酸与石灰石反应一会就停止了，与碳酸钾反应很快，产生了大量气泡，可收集时手忙脚乱的还没收集满就完了。学生提出问题，这时教师建议该组学生再做一次：把稀硫酸换成稀盐酸，把碳酸钾换成石灰石，并把药品和结果加以比较分析，教师给予学生一定的提示：
这样学生很容易分析提出得到的硫酸钙把碳酸钙包裹起来，从而阻止了反应，而碳酸钾是粉末状与液体的接触面大，反应快。通过这节课的探究，学生很容易掌握实验制取
的最佳药品是稀盐酸和石灰石。最后一组学生同时用了两套装置制取
，通过讨论比较，从而找出最佳装置。最后，教师引导学生总结出最佳实验方案的原则，选择实验装置的原则以及制备气体的一般步骤。
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