中學化學課程中的程序性知識及其教學

王云生

摘要：從理論和教學實踐兩個方面闡述高中化學課程程序性知識教學的重要性、主要內容和教學程序。認為要增強程序性知識教學的意識，了解程序性知識教學的基本程序，研究促成陳述性知識向程序性知識轉化的策略。

關鍵詞：化學課程；程序性知識；程序性知識教學

文章編號：1005–6629（2014）1–0012–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

現代認知心理學將知識劃分為陳述性知識（回答事實、定義、程序、規則是什么的知識）、程序性知識（回答怎么辦、如何行動的知識）和策略性知識（用于調控自身認知過程的反省認知知識）。中學化學課程所包含的知識也不例外。在中學化學新課程的實施過程中，由于傳統知識觀的影響，還存在比較嚴重的重陳述性知識、輕程序性知識的傾向。研究并加強程序性知識的教學，是提高化學教學質量的重要問題。

1 中學化學課程中的程序性知識

1.1 程序性知識的特征和類型

程序性知識不同于陳述性知識。后者以命題、表象、線形序列和圖式表征，程序性知識則以產生式和產生式系統表征，“如果…那么就”的形式是其結構特點。中學化學課程中的程序性知識，既有跨越不同學習領域的一般性程序性知識，如有效推理的能力、批判性思維能力，也有化學科學領域特有的程序性知識，如化學反應基本規律的應用能力。后者在化學學習中尤其常見，也尤為重要。

心理學認為程序性知識按其復雜水平，可分為由低到高的五個層次：

辨別：對作用于個體的感覺器官的兩個事物或物體進行對比，找出其不同之處。如化學學習中能識別氧化還原反應和非氧化還原反應。

具體概念：能概括出以具體對象來表示的同類事物的共同本質特征。如形成關于氧化還原反應本質的概念：反應物中元素原子（離子）間有電子轉移發生的反應。

定義性概念：能概括出一些包含抽象關系的同類事物的本質特征。例如，建立氧化還原反應的定義性概念：凡是反應中有電子得失或電子轉移的化學反應都屬于氧化還原反應。

規則：包括事物分類的標準和指導人們如何辦事的規則。規則是程序性知識的核心，人們能夠在某種刺激情境下作出相適應舉動的能力，來自于對規則的理解和掌握。例如，能依據氧化還原反應的定義性概念，建立判斷某種反應是否為氧化還原反應的規則，并能依此判斷原電池反應的兩個電極間（通過外電路）有電子轉移發生，是氧化還原反應。

高級規則：規則一般指運用單一規則辦事的能力，高級規則特指同時運用幾條規則來處理問題。例如，能運用電化學腐蝕的原理，調用若干條有關規則理解為什么可以用犧牲陽極的電化學保護法防止河道上鋼鐵閘門的電化學腐蝕。即能從鋼鐵的組成特點、河水中溶有氧氣或帶有微酸性的情景中，運用相關規則，判斷在該條件下浸在河水中的鋼鐵閘門中的鐵原子能把電子轉移給碳，被氧化腐蝕，而溶液中的氫離子或者溶解氧的分子則從碳上結合電子。再利用電化學腐蝕中發生腐蝕的金屬的規則作出推斷，把鋼鐵閘門和一塊浸在河水中（或埋在濕地中）的鋅板用導線連接，鋅板將替代鋼鐵失去電子被氧化腐蝕，從而保護鋼鐵閘門不被腐蝕。

1.2 化學課程中程序性知識的形式

程序性知識有兩種不同的表現形態， 一是可以用語言明確闡述的解決問題的程序、規則，能以命題網絡形式保持在腦中。一是需要以實際操作的方式通過演示、練習來傳授、學習的知識。概念和規則并不能自動以行為的方式表現出來，需要把以命題網絡形式呈現的程序性知識轉化為以產生式為表征的程序性知識。程序性知識的學習，需要兩種知識的融合。

化學教學要幫助學生認識規則及其適用的范圍，完成某項任務所需的條件，知道如果某個條件符合就可以表現出相應的行為。給學習者提供適當的變式練習，讓他們熟知規則適用的各種不同情境，并能在條件符合的情況下表現出受規則支配的行為，在腦中建立起產生式，習得程序性知識。

中學化學課程中，有許多辨別和概念形態的程序性知識。上面談到學生要習得判斷和分析氧化還原反應的程序性知識，需要先認知氧化還原反應的特征（反應物中元素化合價有改變，本質上是反應物間有電子轉移發生），并以命題形式表征。而后，通過典型例子的分析和練習，把這一命題轉變為規則和產生式，能判斷反應物中是否有元素化合價的變化，會分析元素化合價變化的原因、元素原子間電子得失的方向和數目。再通過必要的練習和適時、適當的反饋，協調程序各部分間的聯系，達到熟練程度，形成自動化的產生式系統——能自動地判斷、分析氧化還原反應中的電子得失，并正確地描述。真正實現理解深刻、應用靈活。

1.3 三維學習目標與化學程序性知識

中學化學課程的三維學習目標圓融了陳述性、程序性和策略性知識的學習要求。三維目標中，“知識與技能”指化學學科最基礎的核心知識、化學學習和研究必備的基本技能，而“過程與方法”學習目標的達成，則要求了解所學知識的形成過程，了解、體會化學科學的學習研究方法，并內化為解決實際問題的能力。

課程標準要求在中學化學教學中整體設計教學目標，做到三維目標的有機融合。“知識與技能”、“過程與方法”學習目標的融合，可以有效地幫助學生理解、掌握化學科學中最基礎的核心知識、技能和方法，既要掌握有關物質及其變化的典型事實、理解有關物質及其變化的各種基本的概念、原理等陳述性知識，了解、體會學習研究化學科學的方法，同時要在頭腦中建立并貯存各種分析、說明、解決各種化學問題的產生式和產生式系統，才可能解決和解答化學實際問題。

2 化學程序性知識的教學是提高化學教學質量的重要環節

程序性知識是化學核心知識的重要組成部分。程序性知識的學習和掌握可以促進那些可以轉化的陳述性知識轉化為程序性知識，作出解決問題的反應或行為。這是學習者能把所學習的陳述性知識遷移應用達到舉一反三，提高靈活運用知識能力的根本。

學生化學學習中出現的一些問題或障礙，往往和程序性知識掌握不好有關。例如，一些學生聽得懂老師講解的習題范例，還可能會說明應該用什么方法作解答。但遇到實際問題，自己就無法解決。他們能通過言語信息，以陳述性知識的形式來陳述規則，卻未必能運用規則于實踐，未必能作出受規則支配的行為以解決實際問題。一些學生能解答曾經解答過的同類型習題，遇到新情景中的或不同類型的問題，卻難于解答。他們在解決問題的實踐中獲得了一些解題經驗，把解決問題的過程保存在記憶中。遇到類似的問題，可以作出受規則支配的一系列行為。但他們不能運用外部語言表述出這些規則，沒有意識到完成該問題的解決方案和操作方法是基于何種原理。他們只會機械照搬已有的經驗來解決問題。上述兩種學習障礙都說明他們沒有真正習得程序性知識。一些教師，沒有意識到這些學生在程序性知識學習中存在問題，往往認為問題出在練習太少、題型見得不多。他們一味強調要學生多練、苦練，愿意花許多精力給學生總結、讓學生記憶各種題型的解答模式和技巧。結果往往事倍功半，讓學生不堪重負。

3 強化程序性知識教學的建議

強化程序性知識的教學，一要增強程序性知識教學的意識；二要認識并掌握程序性知識教學的基本程序；三要在教學過程中采取適當的教學方式、方法，提供一定的時間和空間，讓學生參與并體驗如何把以命題網絡形式呈現的程序性知識轉化為以產生式為表征的程序性知識。

3.1 增強程序性知識教學的意識

一些教師缺乏程序性知識的觀念，忽視程序性知識的教和學。因而產生“化學知識掌握不少，解決化學問題的能力提高不多”的弊病。有些教師沒有意識到“知識與技能”、“過程與方法”既包含了陳述性知識，也包含了程序性知識的學習目標。有些教師把“過程和方法”僅僅看作為掌握陳述性知識的工具。有些教師把程序性知識簡單等同于實驗基本技能、化學計算基本技能，以為學生能表述實驗步驟、方法，能記住依據化學式和化學方程式的計算程序和方法，會模仿解答有關化學計算問題，就算是掌握了化學科學的程序性知識。

化學程序性知識的習得，要求學生在遇到需要解決的化學實際問題時，要知道怎樣做、會做、能做。能依據實際的問題情景運用已學的知識和技能，提出解決問題的計劃或方案，并動手解決。可見，化學程序性知識的習得，就是習得分析、解決化學問題的方法和程序，包括掌握“怎么辦”的知識，也包括獲得依據實際條件有效和及時地運用存貯于頭腦中的一系列產生式知識，作出反映和解決問題的行為。這種能力包括動作技能（通過機體或器官的運動完成任務）、認知技能（智慧技能，通過思維活動完成任務，解決簡單化學問題的能力），而且更多表現為智慧技能。

3.2 了解程序性知識教學的基本程序

程序性知識的獲得一般要經過三個階段：認知階段、聯系階段、自動化階段。

第一階段（認知階段），要求學習者對某個有關怎么辦的技能作出陳述性解釋，對技能的各項條件及行動能以陳述性知識的形式表征，以命題網絡的方式保持下來。在化學教學中，要幫助學生在理解的基礎上把看待化學事物的觀念、解決（解答）化學問題的方法加以歸納說明，并以陳述性知識的形式建立命題網絡。

認知階段是獲得程序性知識的前提。以言傳的陳述性形式傳授給學生，有利于學生以產生式貯存并支配他的行為。規則的掌握能幫助個體用某種適當類別的行為對某類刺激作出反應。教師要努力尋找用陳述性知識的形式呈現程序性知識的方法，明確地陳述一系列技術規則。例如，在習題教學中要通過典型例題分析解答過程，梳理、歸納解答思路及其思維過程，用陳述性知識的形式做解釋說明。

第二階段（聯系階段），通過針對性的變式練習讓學生弄清程序性知識獲得的條件，并在練習中領悟、體會，能自覺地提煉出解決問題的“共同過程”，把解決（解答）化學問題的方法的命題網絡轉化為以產生式為表征的程序性知識，增強程序性知識中各部分產生式間的聯結。這個學習階段是程序性學習非常關鍵的一步，而又往往易被忽略。許多教師在教學中都知道練習（包括模仿和變式練習）在學會靈活運用知識中的重要性，但沒有意識到它之所以重要，在于能幫助學習者在練習中領悟、體會，并掌握解決問題的“共同過程”，把握解決（解答）化學問題的方法。

第三階段（自動化階段），通過適當的練習和適時、適當的反饋，進一步協調程序各部分間的聯系，使學習者能熟練、靈活地運用所貯存的以產生式系統為表征的程序性知識去解決問題。從聯系階段到自動化階段的發展，是自動化的產生式系統形成所必不可少的。因為個體的程序性知識總是從未能達到熟練化的、不能自動激活的產生式系統構成的知識，經過充分練習逐步向程序性知識發展的。此外，一項高級規則應用技能的習得，需要把它逐級分解為若干層次的子技能。在教學中需要正確地確定所需分解的子技能的層級，讓學生按自己所能接受的進度學習，給學生提供將小程序組合成大程序的機會，逐步形成小產生式，再幫助學生練習整個程序中所含的一系列產生式步驟，實現程序化，成為能夠在解決問題中連續處于激活狀態的組合式的產生式知識系統。

例如，要讓學生學會運用“同分異構體”的概念辨別兩種物質是否為同分異構體，需要教師按以下層級幫助學生逐步建立有關的產生式，通過適當練習，形成自動化的產生式系統，能靈活地解決同分異構體的辨別和判斷的問題。

（1）幫助學生在學習什么是“同分異構體”的陳述性知識的基礎上，學會以陳述性知識的形式建立有關辨別和判斷“同分異構體”的命題和命題網絡。例如，辨別某兩種有機化合物是否是“同分異構體”的命題；判斷以某個分子式表示的有機化合物可能有幾種同分異構體的命題網絡。

（2）認識辨認分子組成是否相同的規則。知道如何判斷這些分子的組成元素、各元素的原子數是否相同。

（3）認識分子式（分子組成）相同的有機化合物分子形成不同結構的規則。知道組成分子的各元素原子的連接方式、連接順序和所處的空間位置可以發生怎樣的變化，因而形成不同的結構。知道有機化合物形成不同結構的規則，如碳結構改變的規則（直鏈改變為帶一個或若干個支鏈或成環狀碳鏈的可能性，改變分子中碳碳雙鍵或叁鍵位置的可能性等等）、含不同類型官能團結構的可能性、官能團在碳鏈中位置變化的可能性。在頭腦中建立一系列判斷結構差異的產生式。

（4）通過練習，掌握依據實際情景綜合考慮，形成并能靈活運用一系列的產生式和產生式系統作出相應的反應，解答問題。

例如，已知分子式為C5H10O2的有機物在酸性條件下可水解為酸和醇，在不考慮立體異構的前提下，要求判斷若這些酸和醇重新組合可形成幾種酯。

問題的解答，需要先依據C5H10O2能在酸性條件下水解為酸和醇的命題，判斷它屬于酯類，進而依據酯的結構特點（由羧酸的酰基和醇的氧烴基以酯鍵結合而成），考慮符合題設組成的酯有幾種同分異構體，分析這些酯水解后可得到哪幾種羧酸和醇，最后判斷這些羧酸和醇一共可以形成幾種酯。學生解答問題首先必須運用的是從酯化反應或酯的水解反應命題中轉化形成的一個簡單的產生式：“如果酸和醇酯化，就可以得到酯，酯分子所含碳原子數是生成它的酸、醇分子中的碳原子數之和”，或“酯發生水解就可以得到酸和醇，它們分子中碳原子數的總和與該酯分子中的碳原子數相等”。在此基礎上，建立解答問題的一系列產生式：

“碳原子數是5的酯水解，生成的酸的原子數可以是1、2、3、4，相應的醇分子中碳原子數對應可以是4、3、2、1”；

“碳原子數為1、2、3、4的羧酸，有甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸5種”；

“碳原子數為1、2、3、4的飽和一元醇，可以是甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基丙醇、2-甲基2-丙醇，共8種”；

“如果這5種羧酸和8種醇，分別發生酯化得到的酯會有8×5種”。

這一解答過程所運用的一系列產生式，是由相應的陳述性知識（飽和一元醇、飽和一元羧酸、酯的組成、結構特點，酯化、酯的水解等概念和命題）轉化而來的。

3.3 研究促成陳述性知識向程序性知識轉化的策略

如何幫助學生在頭腦中形成并貯存一系列規則和產生式，經過練習，將一系列簡單產生式組合成復雜的產生式系統，并能在實際情景中運用適當的產生式，順暢地解決問題，是程序性知識教學的難點。

化學教學中，練習和練習的批改、評析，往往占用了許多教學時間，但效果卻不理想。教師要把握典型例題的分析、討論的目的，幫助學生清醒地認識解答問題所涉及的陳述性知識（事實、定義、程序、規則等），幫助學生學會用陳述性知識的形式對解答過程進行說明和解釋。組織學生作適當的變式練習，目的在于從中體會、領悟如何依據習題提供的條件，把陳述性知識形態的程序性知識轉化為解決問題的產生式系統，并作出解決問題的行為。

在新課程實施中，教師積累了不少程序性知識教學的經驗。通過反思、總結、提升，獲得自覺的帶有規律性的認識，是十分必要的。例如，倡導探究學習的方式、用問題鏈和問題解決的方法開展教學。創設可讓學生自己學習、探究的情境，把教學內容設計成一個個環環相扣的問題，形成問題鏈，通過問題引發學習興趣，利用問題鏈引導學生學習，在探究中發現問題、解決問題，得到結論，獲取知識。學生了解了知識是在什么背景下、在解決何種問題中，通過什么途徑、方法來解決問題，通過抽象、歸納、論證建立概念、概念網絡和命題，能有效地理解、掌握陳述性知識，并習得程序性知識。

有強烈的程序性知識教學的意識，能持之以恒、堅持不懈地在教學實踐中研究、探索，掌握程序性知識教學的策略，就一定能實現以能力培養為主旨的化學教學。

參考文獻：

[1] R. M.加涅著，皮連生等譯.學習的條件和教學論[M].上海：華東師范大學出版社，1999.

[2]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[3]周志平.論程序性知識及其教學[J].教育理論與實踐，2001，（4）：50～53.

[4]胡誼，郝寧.教育心理學理論與實踐的整合觀[M].上海：華東師范大學出版社，2009.