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