問題圖式:培養(yǎng)學生問題解決能力的基石

關(guān)鍵詞：問題圖式；問題表征；圖式歸納；產(chǎn)生式知識；條件化知識；元認知能力

摘 要：問題圖式具有知識的概括性、認知資源的經(jīng)濟性、未知變量的可推理性和廣泛的遷移性等特點。是學生用以組織知識和應(yīng)用知識的有效方式。而在知識學習和問題解決過程中能否歸納出問題圖式和對圖式進行改進是提高學生問題解決能力的關(guān)鍵。為形成有效的問題圖式，在教學申應(yīng)注重對知識進行復(fù)迷、精加工和組織，以形成條件化知識；要對問題進行深層結(jié)構(gòu)表征，并加強元認知能力的訓練和培養(yǎng)及樣例的學習，以加強學生問題解決過程申的圖式建立、運用、綜合能力，提高學生解決問題的效率。

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1009—4474(2010)06—0115—05

現(xiàn)代認知心理學研究表明，知識在提高人的整體素質(zhì)方面具有無可替代的基礎(chǔ)性地位，知識教育在素質(zhì)教育中始終具有重要的作用。學生問題解決能力的高低，不僅取決于學生掌握知識的數(shù)量，更取決于學生對知識的理解和應(yīng)用。一個具有良好知識結(jié)構(gòu)的人，能將知識按層次分門別類組織起來，形成穩(wěn)定、清晰的知識結(jié)構(gòu)，便于快速、準確地提取知識以解決問題。而問題圖式作為一種結(jié)構(gòu)良好的知識，可使問題清晰化、思維經(jīng)濟化、知識條件化和結(jié)構(gòu)動態(tài)化，能大大地提高學生問題解決的能力。本文力圖探討問題圖式與學生問題解決能力的內(nèi)在關(guān)系、問題圖式的形成與改進過程以及課堂教學中促進學生問題圖式形成與改進的策略。

一、問題圖式與學生問題解決能力的關(guān)系

問題圖式是問題解決研究中的重要概念。專門用于問題解決的圖式稱為“問題圖式”。它是由與問題類型有關(guān)的概念、原理、關(guān)系、規(guī)則、操作方法、操作程序構(gòu)成的知識綜合體，其中既有陳述性知識、程序性知識和策略性知識，還有許多有待填充的“空位”。問題圖式的表征靈活，就是同一個問題，不同的學生也會形成不同的問題圖式。且隨著學習的深入，問題圖式也會不斷改組、發(fā)展和完善。

問題圖式和問題解決是相互影響的。學生對問題圖式歸納水平的高低會直接影響其解決問題的速度和質(zhì)量，問題解決又是構(gòu)建問題圖式的主要途徑。在解決新問題時，人們會調(diào)用相關(guān)問題圖式來指導問題解決；而在問題解決過程中，問題圖式又得以修正、概括化和精細化，進而形成新的更有實效性的問題圖式。

問題圖式對學生問題解決能力的培養(yǎng)具有重要作用。首先，問題圖式是對已有問題解決成功樣例的抽象和概括，既表征了抽取出來的一般性命題，又具有附屬于命題的具體解決思路。因此，利用圖式可以建構(gòu)對問題的理解和解釋，有助于學生抓住問題的關(guān)鍵，然后對問題作出合理的問題表征，并迅速理解問題的本質(zhì)。

其次，問題圖式是由若干相互聯(lián)系的節(jié)點組織而成的語義網(wǎng)絡(luò)，問題提供的信息可以激活其中的一些節(jié)點，進而激活相關(guān)圖式。圖式一旦被激活，問題解決者便可利用圖式提供的相關(guān)知識和意義對問題缺失和隱藏的信息作出推論，預(yù)測或猜測某些未知覺到的線索。

最后，問題圖式發(fā)揮著過濾器的作用。那些不能被同化的信息被過濾掉以后形成的問題圖式具有高度的知識概括性和認知資源的經(jīng)濟性，從而達到解決問題的去情境化而產(chǎn)生廣泛的遷移。

綜上，問題圖式具有知識的概括性、認知資源的經(jīng)濟性、未知變量的可推理性和廣泛的遷移性等特點，是學生用以組織知識和應(yīng)用知識的有效方式。學生掌握了各類基本問題圖式結(jié)構(gòu)，不僅有助于問題表征的形成，而且可以提高問題解決的效率。

二、問題圖式的形成與改進過程

問題圖式的形成不是直線型的或一蹴而就的。問題種類繁多，且處于不斷變化中，每一類型問題包含多種具體特點，因此單一的例題顯示不能有效地揭示約束條件之間的關(guān)聯(lián)。圖式的形成必須在多種問題解決情境下，通過對問題最基本內(nèi)容或問題情境要旨的抽象才能形成。這是一個循環(huán)往復(fù)、沒有終點的過程，是人類智慧的充分體現(xiàn)，是人類學習的最高境界。在此，筆者力圖探尋問題圖式形成的機制，為問題圖式教學策略提供科學依據(jù)。

問題圖式是在問題解決過程中，在對問題發(fā)生的情況進行思考的過程中不斷調(diào)整而逐漸形成的。雖然每一個學生形成問題圖式的過程不盡相同，但仍有其規(guī)律可循。當學生面對一個具體問題情境時，首先要對問題進行分析和理解，即進行問題表征，分析問題的起始狀態(tài)和目標狀態(tài)，了解問題的要求和約束條件，發(fā)現(xiàn)它們之間的聯(lián)系，進而建構(gòu)問題空間，從貯存于長時記憶系統(tǒng)中的原有知識結(jié)構(gòu)或初步問題圖式中提取有關(guān)信息，將當前問題與原有知識結(jié)構(gòu)適當?shù)亟Y(jié)合起來。在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生解決問題的產(chǎn)生式，找到解決問題的辦法和程序。經(jīng)過這樣的問題解決過程的多次加工，在元認知的監(jiān)控下，形成、豐富和發(fā)展問題圖式。

圖式歸納既是結(jié)果，也是過程。作為結(jié)果的問題圖式是快速形成正確的問題表征的基礎(chǔ)，這時圖式起到了利用先前知識接納新事實的框架作用。同時，問題表征和產(chǎn)生式形成過程也是圖式歸納和完善的過程。在此過程中，要對初步問題圖式或先前經(jīng)驗進行改組和精致化，對其中的“空位”作適當填充，使之適合于當前問題情境，形成更為精致的問題圖式，以方便提取和遷移。問題圖式具體的形成與改進過程見圖1。

三、形成和改進問題圖式的教學策略

學生解決問題的過程就是選擇和啟用合適的問題圖式的過程，而學生對問題圖式歸納的優(yōu)劣會直接影響到問題解決的質(zhì)量。因此，提高學生問題圖式的歸納水平就顯得非常重要。而問題圖式的歸納水平是可以通過有效的教學策略來提高的。

1 對知識進行復(fù)述、精加工和組織，形成條件化知識

知識是問題圖式獲得的心理基礎(chǔ)。專家在自己的專業(yè)領(lǐng)域里是效率非常高的問題解決者。研究者經(jīng)過長達40年的專家知識研究表明：與新手相比，專家擁有雄厚的知識儲備和獨特的知識組織方式。因而，專家在解決問題時不僅擁有大量的經(jīng)過精細加工和組織化的陳述性知識，還以自己的方式存儲大量的程序性知識和策略性知識，所以能迅速形成問題圖式以解決問題。因此，要想盡快、更好地解決問題，就要加強專門知識的學習，并在知識學習中促進問題圖式的形成和發(fā)展。

為提高學生問題圖式的歸納能力，在教學時，教師首先要讓學生對知識進行復(fù)述、精加工和組織，將分散的、孤立的知識集合成一個整體，在大腦深處形成因果、源流、主次、輕重、隸屬、對比等有機協(xié)調(diào)的學科知識邏輯體系，以提高學科知識的組織化程度，讓學生在大腦中形成按層次性結(jié)構(gòu)方式組織起來的高度抽象與概括的學科問題圖式。

其次，教師要讓學生始終注意把所學知識與該知識應(yīng)用的“觸發(fā)”條件結(jié)合起來，形成條件化知識。在教學中如果缺乏抽象知識在具體問題情境中的應(yīng)用，學生即便掌握了按照學科體系的邏輯關(guān)系組織起來的許多學科知識，也不能針對具體問題情境加以靈活應(yīng)用。現(xiàn)代認知心理學研究表明，學生產(chǎn)生式知識的形成必須經(jīng)過練習達到十分熟練的程度，甚至達到自動化程度，才能變成一種心智技能。要促進學生形成條件化知識，在教學上必須要編制產(chǎn)生式樣例題，讓學生進行樣例學習；還要向?qū)W生介紹一些與現(xiàn)實生活相關(guān)的知識，提高知識在解決實際問題中的可檢索性和應(yīng)用性。

2 對問題進行深層結(jié)構(gòu)表征

問題表征是指通過對問題的初始條件、目標任務(wù)及其構(gòu)成要素的覺察和分析，建構(gòu)出對問題的個人化理解。成功地解決問題離不開相關(guān)知識和策略等的遷移，而遷移是以對問題深層結(jié)構(gòu)的表征為前提的。問題表征中要獲取的主要信息是問題的深層結(jié)構(gòu)信息，如何透過問題的表層意義把握其深層結(jié)構(gòu)信息是問題表征的關(guān)鍵。

Gick＆HolyoaL認為，形成圖式需要在具體的問題解決過程中從問題表層向深層不斷排除、概括和構(gòu)建。表征問題時，應(yīng)注意排除表層描述中不重要的或無關(guān)的信息，找出問題情境中的關(guān)系變量及其規(guī)則，并對其加以改造，使儲存的信息量降低；對未直接表述的蘊含信息要進行分析和推斷；要將已知關(guān)系變量、推斷結(jié)論及規(guī)則填人圖式中，形成動態(tài)的情境表征。采用步步構(gòu)建圖式的方法，并結(jié)合每一個子圖式形成的最后圖式，具有很高的概括性和統(tǒng)攝性，能夠解決大量的同類問題，實現(xiàn)廣泛的遷移。在此過程中，要有意識地訓練學生做如下練習，以減少盲目搜索，提高解題速度：第一，對問題進行識別和歸類；第二，根據(jù)問題特點選擇合適的表征方式，如符號、表格、圖形、視覺意向和語言等；第三，辨別問題的相關(guān)信息和無關(guān)信息。

3 加強元認知能力的訓練和培養(yǎng)

元認知能力貫穿整個問題解決過程。從知識學習過程中條件化知識的形成、問題表征、提取圖式背景知識、問題解決的產(chǎn)生式的形成到最后形成更為精致的問題圖式，都離不開元認知能力。元認知是一個人對自己的學習、記憶或思維活動的知識和控制，即人對認知的知識和監(jiān)控調(diào)節(jié)。問題圖式的形成和提取是一個主體在自我意識監(jiān)控下的認知建構(gòu)過程，如何將有關(guān)陳述性知識、程序性知識和策略性知識有機地結(jié)合在一起，形成清晰度和穩(wěn)定性較高的問題圖式，需要具備較強的元認知能力。

在教授學生解決問題過程中，要讓學生懂得時時監(jiān)控自己的認知活動是否符合目的、是否有效，發(fā)現(xiàn)偏差后能及時進行調(diào)節(jié)等。要通過加強問題解決過程中的意識性、方法性、執(zhí)行性和問題解決之后的反饋性、總結(jié)性和補救性等自我監(jiān)控成分，促進學生與圖式運用相聯(lián)系的元認知能力的形成和發(fā)展。在此教學過程中，應(yīng)注重以下幾點：第一，要使學生充分認識到元認知能力對于問題圖式形成的重要性，使他們有意識地、主動地培養(yǎng)和使用元認知監(jiān)控進行自我調(diào)節(jié)。第二，增強學生的元認知加王體驗，這是培養(yǎng)元認知能力的重要途徑。弗萊維爾認為，元認知的功能主要表現(xiàn)為對認知過程的監(jiān)視。主要包括四種成分：元認知知識、元認知體驗、目標(或任務(wù))、行動(或策略)。其中，元認知體驗是最活躍的因素，它能夠?qū)ζ渌麕讉€因素產(chǎn)生強烈的影響，能夠激起對目標和元認知知識的意識和修正，能夠激活策略的使用。第三，探索快速高效地培養(yǎng)元認知能力的方法，對學生進行元認知的訓練。培養(yǎng)元認知能力的方法靈活多樣，許多理論和實踐工作者進行了嘗試，探索出了目標明確、主動發(fā)展、直接指導、嘗試和修正、示范、出聲思維、繪制流程圖、經(jīng)常性反思等教學方法，對于促進學生主動控制問題解決過程具有參考價值。教師可以根據(jù)不同的教學內(nèi)容、不同學生的具體情況，適時、適當?shù)夭扇∠鄳?yīng)策略培養(yǎng)學生的元認知能力，促進學生從他控向自控轉(zhuǎn)化，把教學過程中教師的提示轉(zhuǎn)化成學生的自我監(jiān)控。

4 進行樣例學習

樣例學習是指從具有詳細解答步驟的例題中歸納出隱含其中的抽象知識來解決問題。大量實驗證明，樣例學習能夠促進圖式知識的形成，還能節(jié)約教學時間。在樣例學習過程中如何防止行為主義強化訓練傾向，歸納出問題解決的圖式，是提高學生問題解決能力的關(guān)鍵。

借鑒馬歇爾基于計算機培訓的圖式訓練計劃中的教學模式和本人的教學實踐探索，認為樣例學習可按以下程序和方法進行。

首先，向?qū)W生呈現(xiàn)新問題，要求其建立與之相配的圖式原型。可使用一系列具有相似表面特征的實例對相關(guān)原理進行闡述，建立圖式原型并訓練學生對其加以區(qū)分。

其次，進行圖式精加工。為訓練學生明確圖式的細節(jié)，每次提供一個圖式，使用具有不同表面特征的例子概括潛藏其下的圖式要素，抓住圖式的關(guān)鍵元素，將樣例信息細化并整合人圖式原型中，并向?qū)W生呈現(xiàn)抽象的信息(定義或原理)，以促進其更為有效地學習。每兩次建立圖式的課程之后，安排一次圖式間辨別比較的練習。

再次，建立元認知技能。主要任務(wù)是發(fā)展學生與圖式運用相聯(lián)系的計劃和監(jiān)控能力，教會學生制定解決問題的策略，包括何時選擇某一圖式，選擇的原因是什么等。一些復(fù)雜的問題可能需要若干個圖式，也可能需要對圖式進行改變或重組，這時應(yīng)注意引導學生應(yīng)用多個圖式解決復(fù)雜問題。要鼓勵學生運用元認知能力制定問題解決的步驟和過程，并根據(jù)需要適當調(diào)整。

最后，問題解決。要求學生建立與各圖式相聯(lián)系的問題解決程序。學生在確定了選擇何種圖式用于問題解決之后，要調(diào)用其元認知能力解決具體的問題。在此過程中，教師需要給學生提供及時的反饋，以加速其問題解決的進程。此外，在問題還沒有完全解決的時候，還應(yīng)根據(jù)需要采取適當?shù)难a救措施，以使問題得到完滿的解決。

在此過程中，要注意樣例學習的方法，具體步驟如下：

第一，加強學生的出聲思考訓練。通過出聲思考訓練，讓學生能順暢地陳述自己的思維方式、心理圖式、知識狀態(tài)的變化等隱性知識。許多學者研究發(fā)現(xiàn)，言語活動有利于減少學生思維的盲目性，能引發(fā)執(zhí)行的控制加工過程，使注意集中于問題的突出方面或關(guān)鍵因素。因此教師在教學中應(yīng)要求學生明確描述問題間的結(jié)構(gòu)相似性，幫助學生對同類問題和問題的變式進行概括和歸納。教師可運用出聲思考法或繪制問題行為圖表述其問題解決的過程，或把專家解決問題的過程錄制下來放給學生觀看，使學生明了應(yīng)用圖式解決問題的每一個細節(jié)，使其內(nèi)在思維過程外部言語化。教師要對不同問題解決水平的學生在問題解決時的內(nèi)在思維過程進行對比分析，揭示他們在問題表征、知識結(jié)構(gòu)、認知策略等方面的差異及產(chǎn)生的原因。對問題解決能力低的學生采取知識的或策略的補救措施，以彌補其起點行為的不足。在進行出聲思考訓練時，應(yīng)該為學生創(chuàng)造一個民主、寬松、融洽的課堂環(huán)境，使學生喜歡、愿意而且敢于用言語表達其看法。

第二，進行變式練習。問題圖式是對某一類別具體問題的要素的抽象。對問題的抽象有不同的水平。cickHolyoak認為，最佳的抽象水平應(yīng)該是“兩個表征之間的相似最大，差異最小”。從圖式形成來看，必須有同樣規(guī)律的信息經(jīng)常引起學生的注意，并進入學生的記憶中，在學生的加工記錄中反復(fù)出現(xiàn)，才能有助于學生消除與規(guī)律無關(guān)的信息或加工環(huán)節(jié)，抽象出問題本質(zhì)成分。這就必須進行變式練習。

在進行變式練習時，教師要教學生確認屬于一定范疇的各樣例的相似性，提供在無關(guān)特征方面廣為變化的正例，以及與正例相匹配的反例。幫助學生舍棄樣例中的無關(guān)特征，確認關(guān)鍵性信息并作出表征，以減輕工作記憶的負擔。當出現(xiàn)與現(xiàn)有圖式不能適用的沖突情況時，教師要引導學生尋找沖突的情況與圖式能夠適用的情況之間的差異，并將這種差異結(jié)合進原有圖式，使認知結(jié)構(gòu)擴大，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的知識結(jié)構(gòu)。教師或教材應(yīng)給學生提供造成原有圖式誤用的沖突情境，促進學生去尋找對某一圖式的更精確的理解。變式應(yīng)圍繞規(guī)則展開，要讓學生能通過變化著的問題情境進行規(guī)則的概括和提煉，內(nèi)化為自己特定的知識結(jié)構(gòu)。變式練習可以圍繞預(yù)設(shè)的圖式，隨著概念、原理的學習進行積累性的練習，也可以在概念、原理學習過程中的適當時段，進行相對集中的練習，然后以小時段形成的小圖式連成大時段的大圖式。通過這樣的練習，學生頭腦中就會形成初步的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖式。隨著學習水平的提高，圖式還會進一步擴大、完善和發(fā)展。雖然問題是無法窮盡的，但是有了這樣的圖式，學生就可以解決相當多的同類別中的問題。

第三，進行開放式訓練。圖式概括性強、遷移范圍廣，在樣例學習中如果能夠從某一情境進行輻射，將同類操作模式結(jié)成網(wǎng)絡(luò)，將有利于形成學科領(lǐng)域問題圖式。這種通過輻射、連接同類問題的訓練策略稱之為問題圖式的開放式訓練策略。樣例學習進行到一定程度，可以采取開放式訓練策略進行總結(jié)和概括。在理科問題解決訓練中，可以采取“無特殊條件”和“無特殊問題”兩種方式。無特殊條件的題目要求學生在沒有具體條件的情況下解決問題。如在平面幾何中，證明三角形相似有幾種方法?這就要求學生對解題思路進行歸納，形成某一學科領(lǐng)域的問題圖式。無特殊問題的訓練是只提供條件、不指出特定問題的方式，這類問題情境減少了問題或目標的特殊性，可以促使學生盡可能地去尋找問題可能涉及的已知量和未知量及其關(guān)系。類似訓練在文科教學中同樣有廣泛的效用。如作文寫作，可以圍繞某一主題進行立意訓練，也可以某種寫作手法為主進行訓練等。這樣一種半規(guī)定半發(fā)散的訓練方法，可以促進學生問題圖式的有效形成。

責任編輯 舒莉霞