试论科学课程教材编写的基本条件信息加工心理学的视角Word格式文档下载.docx

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Adoi:

10.3969/j.issn.1005-2232.2014.03.009

教材是学校教育中最基本、最重要的课程资源之一，是教师开展教学活动和学生进行学习活动的主要参考。

信息加工心理学将个体视为一个信息加工的系统，其运作流程可以概括为输入、输出、贮存、复制、建立符号结构和条件性迁移，其操纵的对象是符号，如语言、标记和记号等。

学生阅读教材的过程，就是识别并加工有效信息的过程。

因此，合格教材的一个基本衡量标准是：

学生是否能读并读得懂！

能读是指学生可以从教材中识别出所需要的信息；

读得懂是指学生通过阅读识别出有效信息，并以符合个体信息加工机制的方式加工成对个体来说是新的学习结果。

本文以此角度讨论科学课程教材编写的基本要求。

一、信息加工的特征及教材编写的基本要求

（一）信息

信息是事物现象及其属性标识的集合，当属性标识未被个体识别，那就是独立于个体外在的信息；

当它们被个体识别，进入个体信息加工系统，可称为个体的信息。

此时的一个信息也可以称为对个体而言的一个意义单元，其表征方式在认知心理学中称为命题。

命题表征的一个例子如图1所示，命题一般由两个论题和其间的关系项组成，如例子中“小明”和“水”是论题，“买”是关系项。

通常一句话中往往包含多个信息单元，如“一个苹果放在托盘中”，实质包含两个信息单元，即从数量关系上“苹果是一个”、从空间位置关系上“苹果在托盘中”，每一个这样的论断，都包含两个论题及其间关系。

个体可以在脑海中形成两个对象间关系的表象，如果需要也可在行为上正确地呈现对象及其间关系。

上述论断对个体来说都是一个信息单元，也可称为个体具有上述命题的意义。

而对一个咿呀学语的婴儿，尚不能区分苹果、梨等水果，不能区分数量，也不能区分托盘、碟子等概念意义，那么“一个苹果放在托盘中”对他而言就是9个音节，也就是9个信息单元。

同样，学科概念和规律的表述中都包含多个信息单元，如命题：

电流强度等于每秒钟通过导体横截面的电量。

上面命题是由如下四个命题构成。

电量称为电流强度；

电量通过横截面；

横截面在导体上；

通过的时间是1秒。

四个命题通过共同成分联系形成命题网络，如图2所示。

【教材案例一】物理教材[1]关于“电阻大小影响因素”内容的编写。

如图3，一块接有电池、电键和灯泡的电路板，a、b两接线柱上各连接一根导线。

左侧有A、B、C、D四根金属丝。

A、B、C三根都是镍铬丝，A与B横截面积相同，长度不同，A比B长；

B与C长度相同，横截面积不同，C比B横截面积大；

D是铜丝，它的长度和横截面积都跟C相同。

实验时，将这四根金属丝分别接入电路的a、b两接线柱之间后发现：

接入A时比接入B时灯泡暗，说明金属线越长电阻越大；

接入B时比接入C时灯泡暗，说明金属线横截面积越小电阻越大；

接入C时比接入D时灯泡暗，说明材料种类不同电阻不同。

实验表明，导电物体的电阻大小跟导线的长度、横截面积和材料种类有关。

电阻是导电物体本身的一种性质。

【分析】阅读上述教材，可以从中识别出与本节新的学习结果获得相关的信息单元有：

A、B、C三根都是镍铬丝；

A与B横截面积相同；

A比B长；

B与C长度相同；

C比B横截面积大；

D是铜丝；

D的长度与C长度相同；

D的横截面积与C横截面积相同；

接入B时比接入C时灯泡暗，等等。

当然，从教材中还可以识别与本节新的学习结果获得无关的信息单元，如“实验装置有小灯泡”“电池有三节”，等等。

（二）信息加工系统的特征

心理学家加涅（RobertMGagné

）在吸取信息加工心理学研究成果的基础上，提出了一次学习活动所包含的过程模型，如图4所示。

这一模型包括：

操作系统、执行控制、预期等三个系统。

操作系统包含三个记忆结构，感觉登记一般以视觉形式编码，记忆时间为毫秒级；

工作记忆（又称为短时记忆），记忆时间约为数十秒（实验证明，如果记忆数字，在复述一次的条件下，能保持20秒左右，记忆正确率在80%）；

长时记忆，以语义、听觉形式编码，信息根据其意义而贮存，可保持很长时间，甚至终生。

1.信息加工容量限制

个体在某一时刻意识到的东西存储在短时记忆中，与意识大致对应。

研究表明，短时记忆中的容量是有限制的，为7±

2个信息单元，也即7±

2个对个体有意义的单元。

米勒（GeorgeMiller）将此称为“组块”（chunk），一个组块就是一个对个体有意义的项目，而不管这个单元的物理单位是什么。

心理学家西蒙（H.A.Simon）的研究表明：

被试能够正确再现单或双音节词都是7个，三音节词是6个，但由两个词组成的短语，则只能记住4个，而更长一些的短语，则只能记住3个[2]。

也就是说，未学过“电阻影响因素”的学生将教材案例一中的信息单元（如划线部分）依次读一遍后，能够提取的单元在7个左右。

2.信息加工的方式

短时记忆也称为工作记忆，也就是说对信息进行加工的部分。

个体将运用一定加工方式对存储于短时记忆中的信息进行加工，从而形成信息间新的联系，也就是习得新的知识。

个体形成新联系的机制是逻辑的，主要有归纳和演绎逻辑。

逻辑学家穆勒提出探求因果联系时使用的归纳方法，包括求同法、差异法、共变法等[3]。

著名认知心理学家斯腾伯格（R.J.Sternberg）通过实验证实个体确实可以根据可能原因和可能结果同时出现（也就是求同）、可能原因与结果同时消失（也就是差异或共变）现象来确认某一事件是原因事件[4]349。

探究因果联系的归纳法和三段论演绎推理结构如下。

（1）求同法及结构

求同法是通过考察被研究现象出现的若干场合，确定在各个场合先行情况中是否只有另外一个情况是共同的，如果是，那么这个共同情况与被研究的现象之间有因果联系。

其结构如表1所示。

（2）差异法及结构

差异法是通过考察被研究的现象出现和不出现的两个场合，确定在这两个场合中是否只有另外一个情况不同，如果是，那么这个不同情况与被研究现象之间有因果联系。

其结构如表2所示。

（3）共变法及结构

共变法是通过考察被研究现象发生变化的若干场合中，确定是否只有一个情况发生相应变化，如果是，那么这个发生了相应变化的情况与被研究现象之间存在因果联系。

其结构如表3所示。

（4）演绎推理

演绎推理策略是由反映一般性知识的前提得出有关特殊性知识的结论的一种推理，其最基本的形式是三段论，三段论也是我们日常生活中及教学中最常运用的。

三段论由三个命题构成，这三个命题分别称为大前提、小前提、结论。

表4为充分条件假言推理中的肯定前件式推理。

【案例一分析】

案例一中可以得出如下三个结论：

（1）电阻大小与导线长度有关；

（2）电阻大小与导线横截面积有关；

（3）电阻大小与导线材料有关；

分析可知，三个结论均是通过运用共变法实现的，如“导电物质的电阻大小跟导线横截面积有关”获得的逻辑过程，参照表5所示。

所以，导电物质的电阻大小跟导线横截面积有关。

也就是说学习中，学习者应依次识别出（存储于短时记忆中）变化的结果——“电阻大小有变化”，变化条件——“横截面积有变化”，其他条件不变等信息，才能启动共变法加工机制建立“电阻大小”与“导线横截面积”之间的新联系。

对于获得其他两个结论分析同上，当然变化条件分别为“导线长度”和“导线材料”，而其对应的不变条件亦有所不同。

3.新信息的序列加工

许多认知加工的区别在于它们是否需要意识控制，受到意识控制的加工称为控制加工，反之则称为自动加工。

对于控制加工，需要意志努力，消耗许多注意资源。

更重要的是：

其中的加工是按序列加工的，即每次加工一步，花费时间较长。

[4]56学生在对信息进行加工形成新联系时，即学习新知识过程中，显然经历的是控制加工，应满足序列加工要求。

如教材案例一中，在完成实验后，教师作了如下陈述：

其中（n）代表第n个信息单元。

在刚才的实验中，我们发现：

（1）“A、B、C是镍铬丝”；

（2）“A比B长”；

（3）“A和B一样粗”；

（4）“B和C长度一样”；

（5）“B比C横截面积小”；

（6）“D是铜丝”；

（7）“D和B长度一样”；

（8）“D和B横截面积一样”；

（9）当“A和B分别接入时，（接入A）灯泡比（接入B）灯泡亮”；

（10）“C和B分别接入时，（接入C）灯泡比（接入B）灯泡亮”；

（11）“D和B分别接入时，（接入D）灯泡比（接入B）灯泡亮”。

从上述实验中，你可以获得什么结论？

显然，学生将很难从这样的教学中合理地得出结论，这是因为在教师陈述和引导下，学习者将以上11个信息依次识别并存储在短时记忆中，但由于个体对新信息的加工是序列进行的，故学生不可能同时对上述11个信息进行加工，一并获得3个新结论。

只有当学生在教师引导或自主对短时记忆中的信息进行梳理，将信息

（1）、（4）、（5）、（10）等信息视为一组，才有可能启动共变法机制（结构参考表3）获得结论

（2）“导电物质的电阻大小跟导线横截面积有关”；

个体在学习过程中，信息间的新联系一定是一个一个加工形成的。

（三）信息加工特征对教材编写的基本要求

根据信息加工机制，教材的编写应满足：

1.容量限制要求：

教材中提供给学生、获得结论所需的信息，应保持在适度范围，减少干扰信息；

2.序列加工要求：

教材中提供信息的方式应满足呈现一次加工所需的信息，获得一个新的结论；

3.信息加工方式要求：

教材中信息呈现应符合特定结论获得的加工方式。

二、教材编写的常见误区

（一）信息呈现不满足序列加工要求

对于有多个结论的学习内容，教材在编写时可能会出现不满足序列加工要求的情况。

如前分析，案例一中需获得三个结论。

教材编写并不是依次呈现一组必要信息，获得一个结论，而是将三个结论获得所需的所有必要信息（含变化条件、不变条件和变化结果等）综合在一起呈现，并同时呈现三个结论，故编写不满足信息序列加工要求。

此教材中相关内容的编写方式，对已习得这部分知识的个体（如教师）来说，阅读起来不会构成问题，还显得比较综合、精炼。

而对于刚学习这部分知识的学生来说，需要从阅读中识别出必要信息，并一一对应特定结论获得所需信息（结构如表5），并进行加工。

由于呈现的信息不符合信息序列加工的要求，因此编写方式是不适合的。

（二）有效信息呈现不全

有效信息包含结论以及获得结论的必要信息。

新课程倡导学生自主和探究的教学方式，“教科书的编写要为学生的自主学习留出空间，不能只是一味地叙述知识，而应该在‘设置疑问’‘实验探究’‘方法点拨’‘科学归纳’‘讨论交流’等不同的方面做出创造性的设计”[5]。

教科书顺应这样的要求，就比较重视引导学生的思维过程，引导学生参与学习活动，一种常见的编写方式就是呈现学习过程，并在其间留出一些空格，让学生填写，如下案例。

【教材案例二】物理教材[6]关于“电阻大小影响因素”一节内容编写。

观察电阻的大小跟哪些因素有关的演示实验。

（1）在导体的材料和横截面积相同的情况下，观察到导体的长度越长，电流表的示数越。

由此可得出的初步结论是：

导体的电阻与导体长度（选填“有关”或“无关”），导体越长，电阻。

（2）在导体的材料和长度相同的情况下，观察到导体的横截面积越大，电流表的示数越。

导体的电阻与导体横截面积（选填“有关”或“无关”），导体横截面积越大，电阻。

（3）在导体的长度和横截面积相同的情况下，观察到导体的材料不同，电流表的示数