第五章 程序性知识的学与教

第五章程序性知识的学与教2009.11本章内容概览第一节程序性知识的学习概述第二节程序性知识的学习过程与迁移第三节程序性知识的教学策略第一节程序性知识的学习概述一、程序性知识的概念与表征（一）程序性知识的概念程序性知识是关于“怎样做”的知识，是个体用于完成某项任务或解决某类问题的程序或一套行为步骤。传统上的技能即程序性知识，包括智力技能和动作技能。例如，面积的计算方法、文章的写作步骤等（二）程序性知识的表征程序性知识是以产生式及其系统来表征的。产生式是表征程序性知识的最小单位。1970年，Newell&Simon将计算机科学的产生式概念引入心理学，用于表征技能Anderson(1976,1983)提出，程序性知识是以产生式及其系统来表征的1.产生式产生式是一系列以如果-那么形式表示的规则。一个产生式是一个由条件（conditions）和动作(actions)组成的指令，即C-A规则。条件是产生式必须具备的情况概述（用if从句表示）动作则指由条件引起的外部行为或在记忆中发生的变化（用then从句表示）产生式举例1：识别圆如果图形是两维的且图形是封闭的且图形上各点距中心的长度相等那么判断该图形为圆，并说出这是“圆”产生式举例2：强化如果目标是增加儿童的注意行为且儿童注意时间比以前稍微延长那么对儿童进行表扬2.产生式的C-A规则与行为主义的S-R的异同相同点：每当S出现或C满足时，就产生反应（R）或活动（A）。不同点：产生式中的C是保持在短时记忆中的信息，而非外部刺激；A既可以是外显动作反应，也可以是内在的心理活动或运算。3.产生式与命题的区别：以三角形的定义为例以命题形式贮存，可以回答“什么是三角形”：三角形是三条边首尾相连组成的闭合图形。以产生式的形式贮存，人们能对呈现出的图形是不是三角形做出判断。如果已知一个图形是两维的且该图形有三条边且该图形是封闭的那么识别此图形是“三角形”因此，以命题形式贮存的陈述性知识是再现信息能力的基础；以产生式贮存的程序性知识是操作信息能力的基础。4.产生式系统简单的产生式只能完成单一的活动。经过练习，多个产生式可以组成复杂的产生式系统当产生式1的活动/动作为产生式2的发生提供了条件时，互相联系的产生式构成了产生式系统。产生式系统是复杂技能的心理机制。例子：分数的加法1/2+1/3=？½+1/3633/6程序性知识具有自动化的特点产生式贮存于长时记忆之中，只要遇到符合它的条件，就会被激活，后面的产生式会依次执行其动作项，直到完成所有步骤，得出结果。产生式系统中的条件和动作之间的联系熟练化后，能在无意识中自动运行。二、程序性知识的分类（一）运动技能与智力技能（二）模式识别程序与动作序列程序（三）加涅的智力技能层次论（一）运动技能和智力技能1.运动技能运动技能：即动作技能，指借助于对骨骼肌肉系统的协调而实现的外部操作活动方式。例如，开车、写字、跳舞等。2.智力技能智力技能：即认知技能，指借助于内部言语在头脑中进行认知活动的心智操作方式。如默读、心算、写作等3.动作技能和心智技能的关系（1）区别：动作技能具有物质性、外显性和扩展性，主要表现为外显的肌肉骨骼的操作活动；心智技能具有观念性、内隐性和简缩性，表现为内隐的思维操作活动。（2）联系：心智技能是动作技能的调解者和必要的组成部分，动作技能是心智技能形成的最初依据和外部体现的标志。两者相辅相成、相互制约、相互促进。（二）模式识别和动作序列程序1.模式识别程序：是对特定的内部和外部刺激模式进行识别、分类和判断。学会准确把握产生式的条件项2.动作序列程序：指顺利执行、完成一项活动的一系列操作步骤。形成清晰的产生式，对产生式进行综合。是实际运用规则的能力。模式识别程序与动作序列程序是不可分离的，模式识别是完成动作序列的前提条件。产生式：模式识别程序—例1产生式：模式识别程序例2动作序列程序例1(4)饲养在野外抓到的青蛙。产生式：动作序列程序例2(6)作y=3x+5的坐标图。产生式：（三）加涅的智力技能层次论运用几条规则完成某项任务运用单一规则完成某项任务运用概念的定义特征对事物分类识别具有共同特征的同类物体区分具体刺激物之间的不同点动作序列程序模式识别程序四、概念、规则与程序性知识（一）概念1.概念的界定符号所代表的具有共同关键特征的事物或性质。例如，三角形2.概念的四个要素（1）概念名称：用语词命名（2）概念例子：正例或肯定例证、反例或否定例证（3）概念属性：即关键特征，是概念正例的共同本质特征（4）概念定义：对同类事物共同本质属性的概括3.概念学习：概括出同类事物的共同本质特征，即关键特征；概念学习的最终结果是识别概念的新例子。（二）规则/原理规则是反映某些事物之间必然联系的概括性命题，具有规律性。包括公式、法则、原理、定律等。规则学习的实质是学生能在体现规则变化的情境中适当应用规则，成为“动作序列程序”。（三）概念和规则的两种形态1.陈述性形态：以命题网络形式贮存2.程序性形态：以产生式方式贮存3.对教学的指导意义防止两种偏向：一是偏重概念与规则的知识掌握，忽视实际应用二是偏重技能培养，忽视知识与技能之间的关系概念与规则作为程序性知识的应用是由对概念与规则方面的陈述性知识转化来的。五、陈述性知识与程序性知识的关系（一）区别：1.陈述性知识是关于是什么的知识，是对事实、原理、特点的描述；而程序性知识是关于怎么做的知识，是用来解决问题的。2.表征方式不同：陈述性知识是以命题或命题网络表征，而程序性知识是以产生式或产生式系统表征。3.陈述性知识是相对静态的知识，是输入信息的再现，程序性知识是在动态操作过程中的知识，要对信息进行转换和运算，不同于输入的信息。4.陈述性知识的提取是有意地、主动地激活有关命题的过程，激活速度慢；程序性知识是自动执行，激活速度快。5.从学习和遗忘来看，陈述性知识习得和遗忘速度都快，程序性知识习得和遗忘速度都慢。（二）联系1.陈述性知识是程序性知识形成的基础。2.程序性知识的掌握促进陈述性知识的深化。第二节陈述性知识的学习过程与迁移一、程序性知识学习的一般过程二、运动技能与智力技能的学习过程三、模式识别程序与动作序列程序的学习过程一、程序性知识学习的一般过程1.陈述性知识获得阶段掌握对程序性知识的陈述性表述，理解概念、规则和行动步骤的意义，并以命题网络形式纳入知识结构中。2.转化阶段通过在各种情况下练习应用某规则，使该规则的陈述性形式向程序性形式转化。3.自动化阶段程序性知识学习的最高阶段，此时技能达到相对自动化的程度。二、运动技能和智力技能的学习过程（一）运动技能的形成过程1.认知阶段理解学习任务，形成目标意象和目标期望。2.联系形成阶段3.自动化阶段（二）智力技能的学习过程加里培林的智力技能阶段理论智力技能的形成是一个由外部的物质活动向内部的心理活动转化的过程1.活动定向阶段2.物质活动和物质化活动阶段3.出声的外部言语阶段4.无声的外部言语阶段5.内部言语阶段自动化阶段转化阶段陈述性知识阶段1.活动的定向阶段给学生提供活动的原型，说明活动的目的、方法及操作程序让学生明确活动的方向2.物质活动和物质化活动阶段物质活动是指对实物进行操作的活动物质化活动是指运用实物的模像、图片、模型、示意图等进行操作的活动。学习者以具体的、可见的实物或实物图片等为支柱，把完成该操作的脑中的内部操作活动以外显的动作表现出来。3.出声的外部言语阶段该阶段不直接依赖实物而借助出声言语进行心智活动。智力活动摆脱了实物，以出声言语充当内部操作的支持物是从外部物质活动向内部活动转化的第一阶段例如，减法：11-9=？4.无声的外部言语阶段活动的完成是以不出声的外部言语来进行的，即喉头、舌、嘴唇在动，只是未出声。以声音表象、动觉表象为支柱进行智力活动该阶段的外部形式及其实质内容与儿童的出声言语无任何区别。5.内部言语阶段该阶段智力活动简约化、自动化、熟练化，似乎不需要意识的参与而进行智力活动，自己常常觉察不到其进程。三、模式识别程序与动作序列程序的学习过程（一）模式识别程序的学习过程1.概括化(generalization)2.分化(discrimination)1.概括化概括化是对不同的同类刺激作出相同的反应。概括化需要在同类刺激中抽取出共同的特征。安德森认为，概括化就是产生式的变化，当具有相同动作的两个产生式同时被激活时，就自动出现概括化。概括化的结果：两个产生式条件中的共同部分保留，构成一个新的产生式的条件，动作部分与以前相同。(1)如果图形为平面的，且所有的边相等，且边数少于8条，那么将该图形分类为正多边形。(2)如果图形为平面的，且所有的边相等，且边数多于或等于8条，那么将该图形分类为正多边形。(3)如果图形为平面的，且所有的边相等，那么将该图形分类为正多边形。2.分化分化是对不同的刺激作出不同的反应，分化需要找出两个以上刺激间的差异。安德森(1980)认为，概括化使某个程序的适用范围扩大，而分化使某个程序的适用范围缩小。分化也是产生式的变化，其结果为产生式的条件增加。动作序列程序是在试误与重复的过程中通过程序化和程序的组合两个阶段完成。1.程序化程序化指将动作序列从陈述性知识的表征转换成程序性知识表征的过程，程序化之后执行某个动作不再需要提取陈述性知识。第一步是把动作的各个步骤以命题的形式来记忆，学生通过阅读、听讲或观察他人记住各个步骤，在练习时一边想一边做。第二步是以产生式来表征各个步骤。促进程序化的基本条件是练习与反馈。（二）动作序列程序安德森(1982)通过大声思维的方法研究了新的动作序列程序的习得过程，证实了程序化的过程是实际存在的。先让学生阅读两个三角形全等的边夹角的规则，然后让学生运用这一规则来解题。2.程序的组合指经过练习把若干个产生式合成为一个产生式，把简单的产生式变换成复杂的产生式。程序组合的基本条件是有关联的两个产生式同时进入工作记忆，第一个产生式的行为项成为第二个产生式的条件项，那么第一个产生式的条件项保留，两个产生式的行为项合起来成为行为项，这就形成了一个新的复杂的产生式。程序组合的作用：•产生式数量的减少使激活的时间缩短，而产生式条件项的减少节省了工作记忆的容量，只要在工作记忆中激活产生式的条件项就会自动唤起一系列的动作。•组合后的程序会使行为操作流畅快捷，但也会使人形成定势。举例：合成新的产生式：（一）奥斯古德的三维迁移模式可预测动作技能的学习迁移，但难以解释复杂技能的迁移。（二）安德森迁移的产生式理论（1989）安德森提出：先后两项技能学习产生迁移的原因是两项技能之间产生式的重叠。重叠越多，迁移量越大。迁移的产生式理论是桑代克相同要素说的现代化，桑代克用刺激-反应表征人的技能，不能反映技能学习的本质，信息加工心理学家用产生式和产生式系统表征人的技能，抓住了迁移的心理实质。四、程序性知识的学习迁移安德森等人的实验（Singley,1989)利用不同计算机文本编辑程序的学习来证实他的迁移理论。实验中的被试为打字熟练的秘书人员，他们能理解文本编辑的含义。被试分三组：•A组在学习编辑程序(被称为EMACS编辑器)之前，先根据已经作好标记的文本练习打字；•B组先练习另一种编辑程序，后练习EMACS编辑器；•C组为控制组，从第一天起至最后一天(即第6天)一直学习EMACS编辑器。说明：打字和文本编辑之间没有共同产生式，但两种文本编辑之间有许多共同的产生式。天数第三节程序性知识的教学策略（一）选择和设计学习课题的教学策略（二）促进程序性知识理解的教学策略（三）指导练习的教学策略加涅的智力技能层次论，认为高一级智力技能的学习是以低一级智力技能的学习为必要条件的。因此，教师在选择和设计学习课题时：首先，鉴别该学科所要达到的终极目标，然后，针对每个目标鉴别相应的子目标，最后，将这些目标由低级到高级排列程最佳迁移结构，低级目标放前，高级目标放后。（一）选择和设计学习课题的教学策略教师的示范、讲解对学生掌握程序性知识具有很大促进作用。戴