中学化学教学设计实践

现代教学设计作为一门新兴的学科，不仅实践性强，而且在其产生与发展的过程中总结了人们教学活动的实践经验，吸收了多门学科的基本理论，形成了自身的理论体系。研究与实践表明，学习理论、教学理论、一般系统理论和传播理论对现代教学设计的形成具有较大的影响。其中学习理论是对教学设计的具体操作具有指导意义的理论之一，特别是其中的学习分类理论及其教学思想和教学理论。

人类的学习是一个十分复杂的过程，心理学家把“学习”定义为“通过后天经验引起的能力和倾向的相对持久变化”。^[17]学习者学习时要经历一定的内部加工过程，学习后内部才会出现稳定的变化（心理学上称为内部表征），其外显行为也会出现稳定的变化。现代学习理论是研究学习结果的类型和性质、学习的一般过程和条件、不同类型学习的特殊过程和特殊条件的各种学说，它们植根于科学心理学的研究成果。

教育是通过帮助人的学习来促进人的发展的，学校教育的教学方式在很大程度上直接受制于学习理论的影响。教学设计的根本目的是让学生的学习达到最优化。本节主要介绍从事教学设计所必需的学习理论基础，重点介绍20世纪后半叶开始出现的学习分类理论。

从学习理论发展的历史角度分析，有两大学习理论体系对教学设计的过程和决策产生了十分深远的影响，它们是行为主义学习理论和认知学派学习理论。

一、行为主义学习理论简介

行为主义学习理论把环境看作刺激，把伴随刺激而来的学习者的行为看作反应，学习是刺激与反应之间联结的建立或习惯和技能的形成。行为主义学习理论十分关注环境在学习者学习中的重要作用，非常重视学习环境的设计与分析。它强调当学习者对特定刺激作出适当反应时，对学习的结果应进行适当强化，以巩固学习的成果。

美国著名心理学家斯金纳（B.F.Skinner）于20世纪50年代创建的程序教学便是将行为主义学习理论运用于课堂教学的产物。教学设计中的一些重要方法，如行为目标、通过必要的措施发展教学、对教学效果的测定等都来源于程序教学理论。程序教学中的学习方式为教学设计中的教学组织形式提供了可效仿的样例，使大家对如何设计教学步骤、如何使用学习者的反应以及如何解决学习者的学习错误等问题具有比较清晰的认识。

二、认知学派学习理论简介

认知心理学家认为，学习是个体作用于环境，而不是环境引起人的行为。个体根据自己的心理结构对环境刺激加以选择，当新的经验改变了学习者现有的心理结构时学习就发生了。

与行为主义学习理论相比，认知学派学习理论更强调学习者内部的因素，认为学习是学习者对情境的认知、顿悟和理解，是学习者知觉的再构造或认知结构的变化。认知学派学习理论特别重视认知结构和认知过程。有学者认为，认知结构和认知过程就是教学刺激与学习者之间相互作用的过程与产物，在学习过程中学习者是学习活动的主体，并在其中起着非常重要的作用。

认知学派学习理论对教学设计理论基础形成的影响，主要体现在以下几个方面：（1）学习中存在不同水平的认知过程；（2）学习的积累及其合理、恰当与否，取决于学习者已有的认知结构；（3）学习是知识在人们头脑中不断组织和表征的过程，学习过程应是学习者一种积极的建构过程；（4）在教学设计过程中，要根据认知的过程对学习的任务和行为进行分析。^[18]

行为主义学习理论和认知学派学习理论虽然对学习产生的情境的理解与解释有所不同，但它们都为教学设计的实践提供了相应的理论基础（下面介绍的学习分类理论大多数属于认知学派学习理论）。随着人们对学习活动认识的不断深入，这两个理论体系有着逐渐接近的趋势。

三、学习分类理论简介

对人类的学习进行分类研究乃是学习心理学对教学的重大贡献。现代学习理论认为，学习存在不同的类型，不同类型的学习具有不同的内部过程，需要不同的内部条件，教学应匹配相应的学习过程（外部条件）才能取得良好的效果。

国际上著名心理学家的学习分类理论简介如下。

1.布卢姆的教育目标分类

教育目标分类研究始于20世纪初的美国，是为适应教育评价的需要发展起来的。基于多年教育目标分类的合作研究，美国著名心理学家、教育学家布卢姆（Benjamin S.Bloom）于1956年主编出版了《教育目标分类学　第一分册：知识领域》。该书奠定了教育目标分类理论的基础，先后被译成22种语言，对世界各国的教育理论与实践产生了巨大的影响。

布卢姆等人将教育目标划分为认知、动作和情感三个领域。需要注意的是，中学化学实验技能属于认知领域。因为动手能力差的学生并不是无法协调肌肉来完成实验任务，而是因缺乏相应的智慧技能，不知如何用手来完成一定的智力任务，其本质仍然是认知领域中的“知识与技能”存在问题，而不是动作领域中的动作技能存在问题。

布卢姆的教育目标分类学又把认知领域的教育目标分为六大类别，按由简单到复杂的次序排列为：知识、领会、运用、分析、综合与评价。除了运用之外，每个大类再细分出若干个亚类，并对每个类别都作了术语上的严格规定。

知识是对具体事物和原理、方法和过程、模式结构或框架的回忆，所要求的心理过程主要是记忆。凡是测验情境与原先学习情境相同或只有细微变化，测量的便是知识。

领会是最低层次的理解，指能用与原先学习情境不同的方式或自己的方式呈现所学内容的能力。例如，在化学学习中如果能用自己的语言陈述化学概念、规律或对概念、规律的适用条件作出说明，或能用图像表达某个化学规律，就达到了领会水平。

运用是指把所学知识（概念、原理、规律、方法）应用于新情境的能力。要注意运用与领会的区别，领会仅限于对所学知识本身条件、结论的理解；在化学学习中若学生能够主要使用所学的某种概念、规律解决具体问题，说明对该概念、规律达到了运用水平。

分析是指把复杂知识的整体材料分解成若干部分，并理解各部分之间联系的能力。要素分析、关系分析（各要素组成部分的联结和相互关系分析）和组织原理分析（将相关内容组合起来、系统排列和结构的分析）是其中的三个亚类。

综合是指把各种要素和组成部分组合成一个整体的能力。当学生面对一个复杂的化学问题时，首先需要从不同角度设法理解问题的情境，这是分析；然后选择、排列、组合必要的化学概念、原理、规律等展开问题解决，这是综合。分析和综合是反映学生解决复杂问题能力的两个侧面，往往很难将它们区分并独立进行考察。

评价是指为了特定目的，依据准则和标准，对材料和方法的价值、符合准则的程度作出定性和定量判断的能力。依据内在证据进行判断和依据外部准则进行判断是评价的两个亚类。

布卢姆教育目标分类学的一个基本前提假设是：掌握简单类别是掌握复杂类别的基础，认知目标的实现有很强的累积性和序列性。他开创的此种理论用学生的外显行为来陈述目标，极大地影响了全球的教育，为教师的教学设计、教学以及教学评价提供了强有力的帮助，但也有其局限性。

为了使这种理论更好地指导教育实践，随着心理学理论的发展，著名心理学家、教育家对布卢姆教育目标分类进行多次修订，其中由安德森（L.W.Anderson，课程与教学专家）和克拉斯沃（D.R.Krathwohl，曾与布卢姆合作研制教育目标分类学的测量评价专家）共同主持，近10位专家学者历时数年的全面修订成果《面向学习、教学和评价的分类学——布卢姆教育目标分类学的修订》一书于2001年问世。

该书的修订版既吸收了原版中的精华，又借鉴教育心理学和认知心理学等众多学科对学习研究的新进展，其最大变化是将原来一维的教育目标修改为两个维度：知识维度和认知过程维度（如图1-5所示）。

图1-5　布卢姆认知领域教育目标分类的对照比较（两个版本）

知识维度是把原版中的“知识”单独画出来而成的，这个维度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。事实性知识是学习者在掌握某一学科或解决问题时必须知道的基本要素。概念性知识是指某个整体结构中基本要素之间的关系，包括类别与分类、原理与理论、模式与结构的知识。程序性知识是指如何做事的知识和探究的方法等，包括具体学科的技能和算法、技巧和方法、确定何时运用适当程序的知识。元认知知识是指关于一般的认知知识和自我认知的知识，包括策略性知识，认知任务知识和自我知识。认知过程维度与原版类似，仍分为六大类，但把原版的知识改为记忆（即从长时记忆中提取相关的知识），领会修订为理解（即从教学信息中建构意义），综合修订为创造（即将要素整合为一个内在一致或功能统一的整体，这一整体往往是新的“产品”），并与评价交换位置，形成记忆、理解、应用、分析、评价、创造六个由低到高的层次。^[19]

修订版更多地从学生的学习角度进行考虑，注重学生在认知过程中的理解和创造；从原来关注考试测评转向面向教学的全过程，将学习、教学和评价紧密联系起来，突出其一致性……修订后的分类学强调区分三种学习结果：既不能记住，也不能理解或应用的是“无效学习”；虽然能记住，但没有理解也不会应用，则是“机械学习”；不仅能记住，更善于应用和迁移，便是“意义学习”。在进行教学设计时，知识维度可以协助教师确定所教的知识类型，不同类型知识的特点不同，认知过程也不同。事实性知识和记忆、概念性知识和理解、程序性知识和应用相互关联，元认知知识的学习相当复杂，通常离不开分析、评价和创造的认知过程。认知过程维度主要帮助教师明确促进学生达成学习目标的阶段历程，更加合理地规划教学过程，实现意义学习。

2.加涅的学习结果分类

美国教育心理学家加涅（R.M.Gagné）被誉为当代教学设计大师，他的代表作《学习的条件和教学论》《教学设计原理》是当代心理学与学校教育结合的典范。自20世纪60年代起加涅便对学习进行分类研究。他认为教学只不过是为学习的发生创造外部条件，不同类型学习的内部条件一旦被阐明，那么教学设计便有了可靠的基础。

加涅认为学习的结果能导致人的能力和倾向发生变化，这些性能作为人的行为表现而被观察到。他把人类习得的性能称为学习结果。加涅依据学习者学习后外显行为的不同变化，推测内在能力的不同，据此将学习结果分为言语信息、智慧技能、认知策略、动作技能和态度五类。

言语信息。指可以用言语符号或文字符号表达的信息，包括符号、事实、有组织的整体性知识，即传统意义的狭义知识。

智慧技能。指运用符号对外办事的能力。它是有一定层级次序的。智慧技能的层级由低到高依次是辨别、概念、规则和高级规则。高层级技能的获得以低一级技能的获得为基础。辨别是指区分事物差异的能力。概念是指学习和运用概念（低级的具体概念和高级的定义性概念）的能力。规则是指学习和运用规则（包括原理、定理、定律等）办事的能力。加涅认为，当某学生能陈述规律内容时，并不表明他习得了规则，只有当他表现出“受规则支配的行为”，才能推断他习得了规则。“高级规则产生于学习者在问题解决情景中的思维，在试图解决一个具体问题时，学习者可能会为了得到一个可解决该问题的高级规则而将不同内容领域的两个或两个以上的规则予以组合”“通过学习可以将规则结合成更复杂的规则，称为高级规则”。^[20]加涅更加关注的不是由简单规则结合而成的高级规则本身，而是考察高级规则形成的心理机制——问题解决。

认知策略。指运用规则调节和控制自己的学习、记忆和思维等认知过程的能力。它是以提高认知加工效率为目的的活动。加涅认为，学生能否解决问题，既取决于掌握的有关规则，也取决于控制自身思维过程的策略。认知策略与智慧技能往往是同一学习过程中的两个方面，学生在学习智慧技能的同时，也形成了调节学习、记忆和思维的方式。

动作技能。指运用规则调控自身肌肉协调的能力。在教学活动中，动作技能只有经过长期不断的练习，才能日益精确和连贯。

态度。指通过后天学习形成的，能影响和调节个体行为选择的内部倾向，也可以把它定义为个体对人、对己、对事、对物的行为选择倾向。态度一般要经过相当长的时间才能逐渐形成或改变，而不是作为单一经验的结果突然发生的。

加涅所述的五种学习结果可以归入认知、情感和心因动作三个领域：言语信息、智慧技能和认知策略属于认知领域；态度属于情感领域；动作技能属于心因动作领域，呈现如图1-6所示的层次结构（心因动作意指该动作技能是学习的结果，不是先天的或因人的自然成熟而能学会的）。^[21]

图1-6　关于学习结果的概念层次

加涅的学习结果分类是得到国际公认的一种分类框架，不同的学习结果对应的是不同的学习类型。加涅阐明了五类学习结果的不同学习条件——内部条件和外部条件，还区分了学习的必要条件（指如果缺少，学习就不可能发生的条件）和支持性条件（指有助于学习发生的条件，包含学生的注意、动机等），强调教学就是要利用学生的内部条件，并创造必要的外部条件来促进学生的学习。这些是教学设计的重要科学依据。

3.安德森的知识分类

在加涅学习结果分类的基础上，当代认知心理学家进一步发展了知识分类理论。安德森从知识的本质出发，把知识分为陈述性知识和程序性知识，这是当今被普遍认可并用得比较多的知识分类。

陈述性知识又称为描述性知识，是一类以命题或命题网络表征的事实性知识，指的是个人具有的有关世界“是什么”的知识。学生具备该类知识的外在表现是学生能“陈述什么”，所以陈述性知识可以通俗地认为是可以用言语表达的知识。在认知领域中被大家称为“知识”的内容属于陈述性知识，加涅的学习结果分类中的“言语信息”属于陈述性知识（如图1-6所示）。陈述性知识要求的心理过程主要是记忆，此类知识的获得是指新知识进入学习者原有的命题网络，与原有知识形成联系。

程序性知识是以产生式系统表征的知识。产生式是指在某一条件下会产生某一动作的规则，它由条件项“如果”与动作项“那么”构成，是个人所具有的有关“怎么办”的知识，通常能够无意识地自动提取。学生具备此类知识的外在表现是他能做什么，根据某人会做什么推知他所具有的知识，就是程序性知识。在认知领域中被大家称为“技能”的内容属于程序性知识，加涅的学习结果分类里的智慧技能、认知策略和动作技能都属于程序性知识。

安德森还进一步将程序性知识区分为狭义程序性知识和策略性知识。狭义程序性知识可通过练习习得，其操作能达到相对自动化程度。策略性知识是受意识控制而难以达到自动化程度的程序性知识，其主要作用是调节认知活动的效率，又被称为认知策略。^[22]陈述性知识是程序性知识的基础或起步阶段，程序性知识有助于陈述性知识的获得。

陈述性知识是构成习得能力的重要方面，在中学化学课程中陈述性知识的学习占很大比重，除了符号学习、事实性知识学习外，最重要的是有组织的整体知识学习。有组织的整体知识学习过程是学生建立新知识内部联系和新旧知识之间联系的过程，是意义学习的主要类型。

程序性知识的学习更多地与教师的“教”发生关系，怎样有效地将知识转化为学生个体的技能？不同类型的程序性知识，学习过程和学习条件不同，相应的教学策略应随之发生变化，成为我们开展教学设计的主要着力点。

4.奥苏贝尔的学习分类

美国认知心理学家奥苏贝尔（David P.Ausubel）从两个维度对学习方式进行分类：根据学生学习的方式把学习分为接受学习与发现学习；根据学生习得意义与否把学习分为机械学习与意义学习。机械学习的性质是形成文字符号的表面联系，其心理机制是联想，所以重复练习是影响学习和保持的主要因素。意义学习是个体通过自己的努力，将以语言和文字为载体把人类有意义的材料转化为自己心理意义的过程，其结果是形成良好的认知结构。意义学习的心理机制是同化（即利用原有知识理解新知识的过程），原有认知结构变量是影响新的学习和保持的主要因素。意义习得的主要形式是接受和发现。

上述四种学习类型通过交叉组合形成四种典型的学习方式：机械接受学习、意义接受学习、机械发现学习、意义发现学习（如图1-7所示）。^[23]

图1-7　四种学习方式的关系

其中意义接受学习在学校教学中使用最多，奥苏贝尔因此对它进行了深入研究，提出了意义接受学习的四种主要类型。

（1）表征学习。学习的是符号代表什么。学习的心理机制是符号和它们所代表的事物或观念在学习者认知结构中建立相应的关系。例如，用文字“氧化物”表示含有两种元素，且其中一种为氧元素的化合物；用符号“K”表示化学平衡常数。学习后的外显行为是学生能用正确的符号称谓特定的对象。

（2）概念学习。是学习者认识一类事物共同本质特征的学习。概念学习的方式有概念形成和概念同化。某类事物的关键特征可以由学习者从大量同类事物的不同例证中独立发现，这种获得概念的方法是概念形成；也可以用定义的方式直接向学习者呈现，学习者利用认知结构中原有的概念理解新概念，这种获得概念的方式称为概念同化。

（3）命题学习。心理学的研究表明，人是用命题而非句子存储言语信息的。命题是词语表达意义的最小单元，它一般由论题和关系项组成。例如，“水由氢、氧两种元素组成”是一个命题，其中“水”“氢、氧两种元素”是这一命题的两个论题，“由……组成”是关系项，表明这两个论题之间的关系。化学概念和规律的学习本质上就是命题学习，命题学习必须以概念学习作为前提。奥苏贝尔认为，新学的命题与学生已有命题之间可以构成如下表所示的三种类型的关系。^[24]

新旧知识间的三种建构形式表

下位学习（subordinate learning，又译类属学习）。即新学习的知识类属于学生认知结构中原有的、包摄性较广的概念。下位学习有两种形式，一种是派生类属学习，即新的学习内容是原有知识的派生物（作为原有知识的特例或证据）；另一种是相关类属学习，即新知识能使原有概念得到扩展、修饰或限制，并使其精确化。

上位学习（superordinate learning，又译总括学习）。在原有概念的基础上学习一个概括和抽象水平更高的命题或概念，便产生上位学习。

并列结合学习（combinatorial learning）。当新的概念或命题与认知结构中原有概念既不是类属关系，也不是总括关系，而是并列关系（即因具有某些共同的关键特征而呈现并列关系）时，便产生并列结合学习。

（4）发现学习。奥苏贝尔认为，发现学习是这样一种学习类型：学习内容不是以定论的方式呈现给学生，而是要求学生在把最终结果纳入认知结构之前，先要从事某些心理活动。因此，发现学习可以在上述三种类型的学习中发生，还涉及运用、问题解决和创造三种层次不同的学习类型。运用是指把已有知识直接转换到类似的新情境中。问题解决则是学生必须通过一些策略，将已有知识进行多次、有序的转换，再使用于新的情境中。创造应表现一定的综合水平，凡是能把各种要素综合在一起，产生某种新的产品，或者对学生来说是新的，或者在人类认识意义上来说是新的，都应该被视为创造性行为。

奥苏贝尔的学习理论又称为同化论，他认为学生的学习是在理解的基础上实现新旧知识的同化，在头脑中建构新的认知网络结构。他将学习类型、学习者心理变化、意义习得的心理过程联系起来，不仅能使教师理解意义学习后学生的外显行为，而且能指导教师把握意义习得的过程和所需要的条件，减少教学的盲目性。

现代学习理论从不同角度对人类学习现象进行分析和分类，帮助我们找出不同类型学习的特殊规律，深入认识与之匹配的学习过程与条件，为教学设计提供有科学依据的指导。由于学习是一种极为复杂的现象，许多学习同时包含几种不同类型的学习，化学学习也不例外。而广大一线化学教师习惯用诸如化学概念课、化学理论课、有机化学课、化学实验课、化学复习课等对中学化学课堂教学进行分类，因此本书虽然试图针对不同类型的化学学习过程探讨相应的教学设计，但是仍将按照大家熟悉的方式，以中学化学不同的课型为载体展开教学设计讨论。