加涅信息加工学习理论及其对化学教学的启示

加涅信息加工学习理论及其对化学教学的启示
美国教育心理学家加涅(Robert Mills Gagne)结合信息加工心理学和建构主义认知学习心理学的思想，形成了有理论支撑也极具技术操作的学习理论——信息加工学习理论。

该理论以信息加工观点为核心，吸收了信息论、系统论、控制论和计算机科学等当代最新科技成果的精华，从信息加工的角度，研究人类学习的内部过程。

一、加涅信息加工学习理论简述
加涅将人类学习与计算机对信息的处理进行比拟，将学习行为分为若干加工阶段，假定人脑中的某些内部结构并有与这些结构相应的信息处理过程。

下图是其模型的一种形式。

在这个模型中，表示了信息从一个结构到另一个结构的完整流程：来自环境的刺激信息从感受器到感觉登记器，经过瞬时登记之后进入短时记忆。

短时记忆的容量极其有限，进入短时记忆的信息，如果不复述，会很快遗忘。

当信息由短时记忆进入长时记忆时，信息便要进入编码过程。

编码是指用各种方法将进入长时记忆的信息进行组织。

经过编码的信息可以长时间保持。

保留在长时记忆系统中的信息可能通过提取再回到短时记忆，由短时记忆直接通向反应器，也可以直接从长时记忆进入反应发生器，引起反应器的活动，最终引起反应。

加涅的信息加工过程除了有关信息处理的过程外，还有一个控制过程，这就是“执行控制”和“预期”。

控制过程影响着注意和选择性知觉，决定哪些信息从感觉登记器进入短时记忆，如何进行编码和采用何种提取策略。

“预期”是指学习动机，表现在学习过程中对达到学习目标的期望。

“执行控制”和“预期”可以激化和改变信息流的加工，可以影响到信息加工的所有阶段，所以，加涅将它们单独进行排列。

二、信息加工学习理论在化学教学中的应用策略
加涅认为最典型的学习模式是信息加工模式。

学习与记忆的信息加工过程是密切联系在一起的，学习是学生与环境之间相互作用的结果。

他根据信息加工模式，揭示了学习的各个内部加工阶段，并把这些阶段与教学过程的各个阶段对应起来。

可以看到，学生的学习过程环环相扣，是一个连锁反应，因此，教师的教学应按照学生学习所处的不同阶段，给予相应的教学策略。

1.化学信息的“序化”加工策略
信息加工学习理论吸取了系统论的有序性原理，认为任何系统都是由若干相互联系、相
互作用的要素构成的。

系统的结构，即各个要素排列、组合的顺序、层次，决定着系统的功能，如果各要素排列有序、组合最佳、结构严密，就能获得系统的最优效果。

因此，在化学学习过程中，教师要指导学生将化学知识信息按一定的逻辑联系组织起来，使其成为具有一定结构的、井然有序的知识整体。

化学学科具有综合性、实用性的特点，其知识包罗万象，知识点繁多而分散，学生往往感到难学，教师应设法帮助学生按照化学学科知识的内在联系，对它们进行组合建构，形成知识体系。

要尽可能地将化学知识按一定的线索进行归类、整理，使零散的、孤立的知识变为彼此间相互联系的整体，形成一个系统化、结构化的知识网络结构。

如，在复习“铁”的知识时可出示如下结构图。

（上页）
经过结构化组织的材料往往给人一种形象直观、简明扼要的感觉，有利于一目了然地把握知识之间的复杂关系或内在联系。

通过对结构图的解读，使杂乱的知识有序化，实现信息的“序化”加工，这样，学生学习时就会感到条理分明，而且记忆持久。

2.化学信息的“编码”加工策略
教育家布鲁纳认为，学生有意义的学习本质就是建立编码系统，可以使知识“增值”，收到举一反三的效果。

编码是一个涉及觉察信息、从信息中提取一种或多种分类特征，并对此形成相应的记忆痕迹的过程。

在化学学习过程中，信息编码是至关重要的。

通过这种信息加工手段，可以使零乱的化学信息组合成有内在联系的有序的认知结构，既有利于学生的理解，也有助于信息的贮存和提取。

化学事实性知识内容相对庞杂，但是它们并非是一些孤立的知识点的简单堆砌，相反，它们之间存在着一定的内在联系。

这种联系主要体现在三个方面：一是事实性知识与理论性知识联系密切，是理论性知识的具体体现，如，物质的性质是由其结构决定的，并和它们在周期表中的位置密切相关。

二是事实性知识与学生已有的知识经验相联系，这里的已有知识经验既包括学生从书本上获得的已有知识，又包括学生的日常生活经验。

三是事实性知识之间存在着相互联系，它体现在物质的性质、存在、制法、用途之间是相互制约的，物质的性质在很大程度上决定其存在、制法、用途等，还体现在同一类型的物质往往具有某些相似的性质，如，酸、碱、盐都具有某些通性等。

在学习中要紧紧抓住这些内在联系，帮助学生对繁杂的信息进行编码。

信息编码的方式对以后提取该信息的能力有很大影响。

如果我们知觉有误，或分类特征
不清，或形成的记忆痕迹与客观事物相差很远，那么，我们在提取信息时就会感到困难。

所以，学习者必须具备一些信息加工的方法，以使学习获得的知识容易记住，并将其迁移到学习者今后遇到的各种新的学习情境中去。

3.化学信息的“重组”加工策略
化学学习过程实质上是学生对化学认知结构的建构与重组的过程，这种认知结构主要是由化学教学知识体系的结构转化而来的。

为帮助学生建立良好的化学认知结构，一方面，要对化学素材进行改造、加工，革新化学知识呈现的方式和程序，将教材“静态”知识动态化，文字知识图像化，抽象知识具体化，努力使课本知识由“储存”状态转化为“输出”状态；另一方面，重视设法引发学生的认知冲突，所谓认知冲突，就是原有认知结构与新知识间无法包容的矛盾。

它是帮助学生对化学知识信息进行重组的一种重要方式。

如，氧化还原反应的学习，这个概念从初中到高中经历了从得氧失氧的角度→从化合价升降的角度→从电子得失的角度→从氧化还原反应方程式配平的角度→从有机化学得氢、失氢，得氧、失氧的角度→从电化学的角度等六个阶段进行学习。

初中从得氧失氧的角度介绍氧化还原反应是考虑到初中学生刚刚学习化学，对化学的理解是肤浅的，而且学生的心理发展水平尚不太高，难以从本质上把握事物，所以只是从形式上先让学生对氧化还原反应有个大致的了解。

到了高中，学生的心理发展水平已有所提高，他们已经开始理性地认识客观世界，所以教材在编写上先是从氧化还原反应都必须表现出来的特征——化合价升降的角度，使学生认识氧化还原反应，接着让学生联系初中已有知识(化合价及其变化的本质原因)推测出氧化还原的本质(电子的转移)。

在有机化学中，从得氢、失氢，得氧、失氧的角度学习氧化还原反应，是对氧化还原反应在有机化学中的拓展，使氧化还原反应的内容更为丰富。

从电化学的角度介绍氧化还原反应，实质上是氧化还原反应在电化学领域中的体现和应用，可以使学生对氧化还原反应存在的普遍性和它的重要价值有了更为全新的认识。

可以说每一阶段对氧化还原反应的学习都是这个概念更为深入的发展和不断的完善，使得学生对氧化还原反应的认识更为深刻、更为丰富。

4.化学信息的“同化”加工策略
同化加工是指学生用认知结构中原有的适当观念来解释、固定新学习的知识，使新学习的化学知识纳入原有的认知体系中。

运用概念同化策略，一般经历三个环节：①寻找并激活认知结构中与新概念学习相关的已有概念。

这是概念同化的前提，通过将新概念与已有概念
建立联系，初步理解新概念的涵义；②将新概念与原有概念进行精确类比。

这个过程包含了对新旧概念的各方面之间的比较，既要找出两者的相同之处，又要认识到其差异，毕竟它们不完全相同。

这是在新旧概念之间建立联系的过程，是概念同化策略的关键；③将相关的概念融会贯通，使新概念以适当的方式纳入认知结构之中，形成系统的概念网络体系，便于记忆和运用。

概念同化策略能够较精确地将新旧概念联系起来，使学习者运用已有的概念去掌握新概念。

在概念同化过程中，学习者是否具有与新概念学习相关的适当概念，以及这些概念的清晰性和稳定性是影响概念同化的重要因素。

如果学生在学习新知识时，他的认知结构中具备了同化所学新知识的观念，我们就说学生具备了知识的准备。

在化学教学中，要精心选择能引起学生共鸣、能动学生的生活经验的课程内容，为后面学习建立“桥梁”，使学生的学习过程“平易化”，降低新学内容的难度，促进概念的同化。

如，学生在学习“离子平衡”概念之前，已经学习了“化学平衡”的有关知识。

因此，对离子平衡的学习就不必先让学生去观察有关的实验现象或收集有关的事实，而是可以采取“概念同化”的策略进行学习。

首先，回忆以前学习过的“化学平衡”的知识，将离子平衡与化学平衡建立起联系，初步理解离子平衡的涵义。

其次，将离子平衡与化学平衡进行精确类比，找出两者之间的关联点（即异同点）。

它们的相同点在于都具有“平衡”的一般特征，平衡移动原理对两者都适用等。

两者的区别在于建立平衡的本质不同（离子平衡是由弱电解质的部分电离所引起的），影响平衡的外部因素不完全相同等。

通过这样一个比较过程，能够对新旧概念关键特征的把握，有利于准确应用概念。

最后，在明确了两者的异同点之后，通过对化学平衡和离子平衡的分析，将相关的概念（如，电离平衡、盐类水解平衡、难溶电解质的溶解平衡等）从不同侧面联系下来，形成概念的整体结构，使“平衡”的概念体系进一步扩大。

5.化学信息的“迁移”加工策略
对化学信息进行迁移加工的能力是各种信息加工能力中最为重要的能力。

学会对化学信息的迁移加工，不仅能广泛地调动学生思维的积极性和主动性，提高思维的灵活性和变通性，强化对所学知识进行清晰、稳定的工作记忆，而且能提高学生解决实际问题的能力，对学生的终身发展有益。

利用好迁移，学生学习起来轻松、愉快，否则学生就感到化学知识抽象、难懂、难记，从而逐渐失去兴趣。

化学知识的迁移有两方面的涵义：一是将概括性的知识具体化，缩减对新知识的认识过程；二是充分调动已有的概念、原理、规则及至方法、态度，通过认识的重组，形成一些适于解决复杂化学问题的新的规则或策略。

前者可以看作是“理解性”的应用，后者则是“综合性”的应用。

一般“理解性应用”可以通过图式或概括化来实现。

如，学生形成的卤族化合物知识的图式可以应用于氧族元素和氮族元素的学习，碱金属元素化合物知识的图式可以应用于碱土金属元素的学习等。

“综合性应用”的例子也很多，学生在学习中解决综合性化学问题的过程、化学实验设计、科学探究活动等，都是通过知识的重组来解决复杂化学问题的。

任何一个化学问题解决的过程都离不开知识的“综合性应用”。

学习者在解决化学问题时，往往先通过对复杂问题中概念的辨析和条件分析，明确解决问题的途径指向，并“检索”得到有关的原理、公式和其他辅助知识，为快速而准确地求出问题的最终结果做好准备，该“检索”的过程就是知识迁移的过程。

信息迁移是一个信息的获取、加工、转换处理的过程，利用好信息迁移对于培养科学思
维方法，培养创新思维和创新能力都是非常重要的。

要完成好信息的“迁移”，就要在平时的学习中多注意加强思维训练，特别是求异思维和发散思维，多问几个为什么，寻找不同的途径解答问题等。

三、加涅信息加工学习理论对化学教学的启示
1.激发学习动机，明确教学目标
利用新奇（或有冲突、难以置信的）事件、故事、图片、问题及化学实验引起学生的兴趣；明确当前学习任务的意义；提出教学目标，将教学目标与个人目标联系起来，指出成功达标的要求。

但若采用探究学习方法，则可暂时不指明教学目标。

2.聚焦学习内容，提炼关键信息
采用摘要、提纲或图示等方式预览课本的内容与要求，运用提问、前测、先行组织者和类比等回忆原有知识，复习相关的概念或原理。

用黑体字、色彩对比和简笔画等手段来突出关键属性；简化较复杂的程序和情境，展示一步一步的操作程序，评估程序应用的正确程度；学生用恰当的方式重组知识；将复杂的问题简单化，将主问题分解为子问题；利用讨论、角色扮演、模拟、讲解结合展示等方式说明道理。

3.进行信息编码，有效储存信息
采用分析说明和叙述的结构、识别范式、归类和分块、框架结构图示、概念匹配图示、精细加工等方法组织信息；运用图像、想像、隐喻等联系信息。

储存信息的方法包括：形成网络、概念图、类比、复诵、记忆术（如，编码、位置法、关键词、押韵、故事等）和其他各种图示；提供引导性问题和提示；运用记住每一个步骤的方法；监督问题解决过程是否成功；用不同方式表现问题；用书面或其他方式来储存信息；在某一任务中恰当运用策略的关键属性；提示成功运用策略的线索；对认知的过程进行出声思考，同时监控运用策略的效果。

4.提供不同情境，进行提取反馈
间隔一定时间布置不同作业以对信息进行回忆、再认；要求学生解释类别，给出实例；识别概念应用的情境，确定规则是否得到了正确应用；明确在哪一种情境或任务下运用什么样的策略才是恰当的，并说明其理由；对未曾遇见的不同难度和不同情境下的实例作出辨识；分散练习和集中练习、整体练习和部分练习等都要统筹考虑。

教师通过练习进行反馈和补救，让学生知道自己的知识和技能掌握程度如何，以及后续应该怎么做；认识到所学知识如何运用，明确澄清学习的需求，考虑所要求的学习结果与教学目标的一致性。