Ｏｓｂｅｌｌ理論啟示下的知識遷移研究
2007-12-31 00:00:00曹秀華
物理教學探討 2007年17期
摘 要：借鑒Osbell理論，引導學生通過對已有知識的概括和對生活經驗的總結，達到獨立知識的遷移，不斷用原有的知識解決新課題的遷移的目的。
關鍵詞：有意學習；陳述性知識；正遷移和負遷移
中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2007)9(S)-0029-4
20世紀60年代，美國認知教育心理學家奧蘇伯爾（Osbell）提出有意義言語學習理論，把學生原有知識在新的學習中的作用強調到唯一重要的地位。他說：“假如讓我把全部教育心理學僅僅歸結為一條原理的話，那么我將一言以蔽之：影響學習的唯一最重要的因素，就是學習者已經知道了什么。要探明這一點并應據此進行教學。”在日常生活中，我們可以觀察到學會了騎自行車有助于學習駕駛摩托車，這是一種動作技能的遷移；學會了一種語言有助于掌握另一種語言，這是一種知識的遷移；良好學習習慣的養成有助于在其它方面培養好的習慣，這是情感和態度的遷移。確切的遷移應為一種學習對另一種學習的影響，凡有學習的地方就會有遷移，因為孤立的彼此互不影響的學習是不存在的。從教育目標著眼，學習需要正遷移，正遷移愈多，說明學生通過學習所產生新的學習情境或解決問題的能力就越強，教學改革也就越好。
1 有意學習的條件
1.1 外部條件(outside condition)
主要包括教材和教師提供的有意義的、經過組織的信息。
1.2 原有知識和技能(previously existed knowledge and skill)
儲存于長時記憶中的原有知識和技能是新的學習的重要內部條件。關于原有知識在新的學習中的作用，我國古代有“以其所知，喻其不知，使其知之”的說法。德國教育家、哲學家兼心理學家赫爾巴特（J.H.Herbart，1776年～1841年）根據統覺論，認為新知識必須融匯于原有統覺團內，新知識才能習得。他接受了萊布尼茲關于靈魂單子具有活動特性的觀點，認為觀念也是活動的，同時他也吸收了英國聯想主義和力學中引力和斥力的概念來說明觀念相互吸引和排斥的關系。他還提出了“意識閾”（conscious threshold）和統覺團（apperception mass）的概念來進一步揭示觀念相互作用的規律。在意識閾以下的觀念，只有那些與意識的統一相調和的觀念才可能不遇阻力而升入閾限之上，進入意識的觀念便可引起統覺。一個觀念的統覺不僅使這個觀念成為意識的，而且使之能被意識觀念的整體所同化，該整體就稱為統覺團。
1.3 具有相應的固定點（起固定作用的觀念anchoring idea）
新舊知識之間并不一定是上下關系，還有平行關系。海上視野中有許多船只，有的走，有的停，有的進。而為什么有的開走呢？因為沒有可以使它固定的停泊點鉤住或拋錨，正如頭腦中的知識要有使之固定的停泊點，即原有知識的來龍去脈、已知公式、已理解的概念。現代信息加工心理學家們都十分強調原有知識在新的學習中的關鍵作用。可惜這一觀點在我國目前的教育理論研究中被忽視了。維特羅克認為：“人們傾向于生成與以前的學習相一致的知覺與意義。”他的生成學習模型中的四個要素是生成、動機、注意和先前的知識經驗。梅耶和加涅都認為，教新知識之前，先必須激活學生長時記憶中相關的原有知識。這與當代認知心理學家強調教新知識之前激活學生認知結構中的原有相關知識（學生頭腦中原有圖式在同化新的學習任務中的作用）的觀點如出一轍。
2 陳述性知識的分類
知識有三種分類：陳述性知識（即知識的狹義應用）、程序性知識（又可稱為智慧技能）和策略性知識（也稱認知策略）。
奧蘇伯爾對知識進行了區分，他認為最簡單的知識是建立事物與符號的表征關系即符號表征學習；較復雜的知識是獲得同類事物的概念即概念學習；更高一級的知識是習得表示事物之間關系的命題。
2.1 符號表征學習
符號表征學習（labels representationallearning），指學習單個符號或一組符號的意義，或者說學習他們代表什么。符號表征學習的主要內容是詞匯學習（vocabulary learning），即學習單詞代表什么。在任何言語中，單詞可以代表物理世界、社會世界和觀念世界的對象、情景、概念或其他符號，這種代表關系是約定俗成的。對于新生者來說某個單詞代表什么他們最初是完全無知的，他們必須學會這些單詞代表什么。
2.2 概念學習
意義學習的另一種較高級的形式叫概念學習（conceptlearning）。概念學習實質上是掌握同類事物的共同的關鍵特征。例如“電場”這個概念，就是掌握電荷的周圍有電場和電場對放入其中的電荷有力的作用這兩個特征，而與它的形狀、顏色無關。如果“電場”這個符號對某個學習者來說，已經具有這種一般意義，那么它就成了一個概念，成了代表概念的名詞。同類事物的關鍵特征可以由學習者從大量的同類事物的不同例證中獨立發現，這種獲得概念的方式叫概念形成（conceptformation）。
2.3 命題學習
意義學習的第三種類型是命題學習（propositionallearning）。有意義言語學習理論強調新的命題與認知結構中起固定作用的觀念可構成三種關系的遷移。遷移是個普遍的心理現象，它不僅發生在學習知識的過程中，學生解答問題時有關知識的重現是在感知課題中的條件和問題的基礎上通過聯想而實現的，將課題中的具體對象轉化為物理模型——模化，須聯想和運用頭腦中已有的知識系統。可見，在知識重現和模化及問題解決時都有知識和原理原則、動作技能、習慣、態度等的遷移效應。
2.3.1 按遷移的內在機制劃分，有同類知識的遷移和異類知識的遷移。
把已有的知識經驗運用到新的同類對象中，達到認識新對象的實質，從而把新對象納入到已有的知識、經驗系統之中，這就是對同類知識的遷移。同類物理問題有其基本規律即通律；受基本規律制約的同類問題有其相通的基本方法即通法。運用通律、通法進行物理教學將收到較好的效果。例如，杠桿原理與滑輪和滑輪組。又如，電場強度與磁感應強度的定義，電位移矢量與磁場強度矢量，電通量與磁通量，電矩與磁矩，電場中的高斯定理、場強環流定律與磁場中的高斯定理、安培環路定律。因此把教學的重點放在電場部分的知識點上就會促成同類知識的遷移。
為了把已有的知識經驗運用到異類對象中，就要重新調整已有的認知結構，以求形成能夠包括新對象的知識系統，這就是對于異類問題的知識遷移，使思維發散。例如，“一個瓶子里裝有某種氣體，瓶上有一個小孔與外面大氣相通，原來瓶里的溫度為15℃，如果把它加熱到207℃，瓶里保留的氣體質量是原來質量的幾分之幾？”。學生解此題時注意到瓶內氣體質量發生了變化，不能直接運用一定質量氣體的狀態方程，而這時下一節的克拉伯龍方程還未學到，因此只有把氣態方程調整為能求解變質量氣體的問題才行。在分析時，可以設想在瓶口蒙上一個能伸縮的軟膜，它接受從瓶中逸出的氣體，且膜內氣體的壓強和溫度跟命題條件相同。這樣，狀態變化就滿足了質量不變的條件，則p1V1/T1=p2V2/T2，在方程兩邊同除以氣體質量m，得到 p1/（D1T1）=p2/（D2T2）。式中，氣體密度D=m/V能反映瓶內氣體質量的變化，它不受氣體質量不變的限制。由于本題中壓強p1=p2，故解題所用的方程為D1T1= D2T2， 由此使新的問題納入了調整后的知識系統之中。
2.3.2 按遷移的邏輯結構劃分，有上位（superordinate ）與下位(subordinate)的知識遷移和同位(combinatorial)的知識遷移。
心理研究表明，所有遷移都必須通過概括這一智力活動才能實現。有的知識概括性較高，在形成的心理結構中是一種上位結構。概括性較低的知識處于下位結構。上、下位結構的關系是包含關系，上位知識的外延范圍大。上、下不同層次之間的相互影響叫做垂直遷移。概括性為同一水平的知識在心理結構中處于同一層次，它們之間的相互影響叫做水平遷移。
2.3.3 按遷移的影響劃分，有正遷移和負遷移。
學生對知識的認識應呈現一種螺旋式上升的趨勢，任何新知識的學習都是在牢固掌握舊知識的基礎上進行的。教師如能在深鉆教材的基礎上，找準新、舊知識的“結合點”，運用課件設置情境，將新、舊知識建立實質性的聯系，使教學富有整體性、有序性、概括性，就能促進知識的正遷移，加速學生的認識和理解。例如，教學“長方體的認識”，可以作這樣的設計：屏幕顯示長方體木盒、電視機、冰箱等物體，讓學生初步感知。然后省略非本質特征，抽象出長方體模型。再通過閃爍平移等手段使學生認識長、寬、高，又通過顏色的填補顯示各個面的情況。緊接著長方體逐漸縮短，變成一個正方體。經過以上長方體知識的教學，學生馬上可觀察得知此時長寬高均相同，六個面的面積也相等，對正方體的認識也就水到渠成了。
請看下面一個流體靜力學的佯謬：
如圖1所示的容器，底面積為S，內裝密度為ρ的流體，液柱高為H，下部容器高為h。求容器底部所受的液體對它的壓力。
對此問題有兩種不同的結論。
一種解法是因為直柱容器內液體對容器底部的壓力等于液柱的重量。故：
F=G液=ρShg+ρS1(H-h)g。
另一種解法是根據液體內部的壓強p=ρgH，故液體對容器底部的壓力：
F=pS=ρgSH>G液。
兩種答案究竟誰對誰錯呢？
第一種答案是錯誤的，第二種答案是正確的。因為液體的重量是由于地球對它的吸引而產生的，它與液體對容器底部的壓力是兩種不同的力，它們沒有必然的量值相等的關系。后者必須根據液體的受力情況和平衡條件來決定。我們設想將液體分成三部分A，B，C， 對A部分液體根據受力平衡條件有：NA-mAg-fA=0 。而fA =ρg(H-h)SA，故NA=mAg+fA=ρgSAh+ρg(H-h)SA= ρgHSA。
同理對B 部分液體有：NB-mBg=0 ， NB =ρgHSB 。對C 部分液體有：NC-mCg-fC=0， 而fC =ρg(H-h)SC ，所以，NC=mCg+fc=ρgSch+ρg(H-h)SC= ρgHSC 。容器底部所受液體的壓力：F=NA + NB +NC=ρgH(SA +SB +SC )= ρgSH ，結論與第二種答案完全一致。
本題錯解的根源是：液體對容器底部的壓力與液體的重力沒有弄清楚。這就是壓力與重力在兩種情況下的不同的行為，切不可混淆，以免發生知識的負遷移。
請看下面三個正遷移的例子：
例1:位置→角量θ，
位移Δ→角位移Δθ，
平均速度=ΔΔt→平均角速度=ΔθΔt，
瞬時速度=1imΔt→0ΔΔt=ddt→瞬時角速度ω=1imΔt→0ΔθΔt=dθdt。
平均加速度=ΔΔt→平均角加速度β=ΔωΔt。
瞬時加速度=1imΔt→0ΔΔt=ddt→瞬時角加速度β=1imΔt→0ΔωΔt=dωdt。
例2:對變速圓周運動：
勻速圓周運動遷移變速圓周運動遷移曲線運動。
上面已經提到遷移有同、異類和正、負及上、下位之分等。此外，還可以區分出側向遷移（lateraltransfer）和縱向遷移（verticaltransfer）。前者指知識或技能在相同水平上的遷移，如學習哺乳動物概念后，把這一概念用于對不熟悉的鯨或海豚的識別。縱向遷移指低水平的技能向高水平技能的遷移，如加、減法運算的規則學習用于乘除法運算規則的學習。也有心理學家提出遠遷移和近遷移的劃分。前者指已習得的知識在新的不相似的情境中的運用，如學生在數學中學習到的邏輯推理規則運用于物理或化學問題的解決。后者指已習得的知識在與原先學習情境相似的情境中的運用。如學習“簡諧交流電”這類的變量時，先學“簡諧運動”的三個特殊量即頻率、峰值、位相，可以遷移到交流電電動勢、電流、電壓的學習。也可以區分一般遷移與特殊遷移。前者指一般概念、原理或態度的遷移，后者指特殊知識與技能的遷移。
現代社會需要能夠適應社會發展的現代人才，需要集知識與能力于一身的立體式的人才。學是為了用，這是我們基本的教育觀。作為教育者來說，應做到葉圣陶先生所說的“故教師之為教，不在全盤授予，而在相機誘導。必令學生運其才智，勤其練習，領悟之源廣開，純熟之功彌深，乃為善教者也”。用原有的知識去解決新課題是一種思維能力的訓練，這樣有利于促進知識的遷移，有利于培養思路敏捷、富有創造力的人才。新穎的學習和復習方法是一種良性的刺激，使學生的求知欲得到滿足，使他們始終保持一種旺盛的學習積極性。
參考文獻：
［1］邵瑞珍，皮連生，吳慶麟，《教育心理學》，上海教育出版社，2002
［2］皮連生，楊心德，吳紅耘，《學與教的心理學》，華師大出版社，1997
(欄目編輯鄧 磊)
注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
