知识的组织及其对学习的重要性

现在谈论一下专家的知识是如何组织的，又是怎样影响理解和表征问题的能力的。专家的知识不仅仅是对相关领域的事实和公式的罗列，相反它是围绕核心概念或“大观点”（big ideas）组织的，这些概念和观点引导他们去思考自己的领域。

在一个物理学的例子中，要求专家和具有潜能的初学者（大学生）口头描述他们用以解决物理问题的方法。专家常常提到能够用来解决问题的主要原理或定律，连同为什么这些定律用在这个问题上和如何应用这些定律的理据（Chi et al.，1981）。反之，具有潜能的初学者极少用到物理学上的主要原理和定律，而是非常典型地描述他们所应用的等式和等式运算的方法（Larkin，1981，1983）。

专家似乎围绕物理学上的大观点思考问题，如牛顿的第二定律及其应用，而新手则倾向于把物理问题的解决知觉为记忆、回忆和求解的公式运算。在解决问题时，物理专家往往先画一张简明的定性表——而不仅仅是把数字代入公式，为了寻找有效的解决问题的途径，该表常常需要精心设计（如，参见Larkin et al.，1980；Larkin and Simon，1987；Simon and Simon，1987）。

让物理专家和新手根据所采用的解决问题方法去梳理索引卡上的问题，他们在解题方法上的差异是显而易见的（Chi et al.，1987）。专家根据解决问题的原理对问题进行分类，新手则根据表面特征对问题进行归类。例如，在物理学的分支学科力学方面，专家的分类是按照能量守恒原理进行的，而新手则是按斜面来分类的，参见图2.4。依照问题的表面特征做出反应不太管用，因为解决具有相同物体和相似特征的两个问题的途径实际上可能大相径庭。

一些对物理专家和新手的研究指向个体不同组别的知识结构组织（Chi et al.，1982），参见图2.5。在表征斜面图式方面，新手的图式主要涵盖斜面的表面特征。相反，专家的图式直接把斜面的概念与物理法则和法则应用的条件联系起来。

停顿次数也被用来推断诸如在国际象棋和物理领域的专家的知识结构。物理专家似乎能够忆起一系列相关的方程式，一个方程式的回忆能立即激活其他需要提取的相关方程式（Larkin，1979）。相反，新手用大致相同的时间提取每个方程式，这说明他们应用了记忆的系列搜索。专家在加工有效的知识组织时，采用意义的联系方式把相关成分组合成相关的单元，这些单元受基本概念和原理所支配，参见背景资料2.3。在专业知识的图例中，“知道得越多”意味着在记忆中拥有的概念模块就越多，界定模块的关系或特征也越多，模块间的联系以及有效提取相关模块的方法和在问题——解决情景中应用这些信息单位的步骤也越多（Chi et al.，1981）。

图2.4　新手与专家将物理问题分类的例子以上的每一幅图表征一个图解。该图解摘自物理学导论课本中的物理问题图例。在这项研究中，让新手与专家将问题按解决方法的相似性进行分类。专家与新手的分类方案形成了鲜明的对照。新手倾向于依照解决方法的相似性、表面相同来将物理问题分类（也就是拥有相同的表层特征），而专家则根据能运用于解决问题的主要原则来分类。

资料来源：摘自Chi et al.（1981）。

解释

新手1：这些与斜面上的木块有关。

新手5：斜面的问题、摩擦系数。

新手6：在几个角度的斜面上的木块。

解释

专家2：能量守恒。

专家3：功理论原理。它们都是直截了当的问题。(www.xing528.com)

专家4：从能量的角度考虑，这些问题是可以解决的。要么知道能量守恒原理，要么功在某处消失。

图2.5　新手与专家对斜面图的网络表征

资料来源：Chi et al.（1982：1958）。

背景资料2.3　理解和解决问题

在做数学题时，专家比新手更倾向于首先去理解题目，而非仅仅把数字代入公式。在一项研究中（Paige and Simon，1996），要求专家与新手解决代数应用题，如：

把一块木板锯成两块。一块的长度是整块的三分之二，但比第二块短四英尺。问木板在锯开前的长度是多少？

专家立刻意识到所述问题在逻辑上是不可能的。尽管有些学生也能意识到这一点，但是其他学生只能运用公式计算。结果得出一个负长度的答案（负数）。

另一个相似的例子来自一项对成人和儿童的研究（Reusser 1993），他们被问到：

船上有26只羊，10只山羊。船长年纪多大？

大部分成年人具备足够的专业知识，能意识到这个问题是无法解答的，但是许多学龄儿童没有意识到这一点。在研究中，有四分之三以上的儿童试图用数字来解答这些问题。他们反问自己，这到底是加法、减法、乘法还是除法问题，而不是问这个问题是否有意义。正如一个五年级学生在给出答案“36”之后，解释说：“噢，你需要使用加法或减法或乘法，而这个问题用加法来算最好。”（Bransford and Stein 1993：196）

有关专家与非专家在组织知识方面的差别在诸如历史领域也有例证（Wineburg，1991）。首先让一组历史学家与一组资质好，在历史分班考试中取得高分的高中学生参加美国革命史实的考试。具备美国历史知识背景的历史学家熟悉大多数题目。然而，一些专业与此无关的历史学家只会做三分之一的题目。有几位学生在史实知识考试中成绩超过某些历史学家。该项研究比较历史学家与学生是如何解读历史资料的。结果表明，无论实际采用何种标准，其差异颇具戏剧性。历史学家在理解的详尽性方面表现出色。也就是说，这种详尽性在他们对事件做出选择性解释的能力和对实证的运用中得到了发展。在理解的深度上，亚洲史专家和中世纪史学者与美国史学家没有什么差别。

让专家和学生在三张图片中选出一张最能反映他们对莱辛顿（Lexington）战役理解程度的图片，历史学家与学生的差异大相径庭。历史学家十分细致地比较书面文件集与三张战场图片的关系。对他们来说，图片选择任务是最典型的认识性练习，也是一项探究历史知识局限性的任务。他们明白，单凭一份文件或一张图片是不能了解历史事件的。因此他们对选择绞尽脑汁。反之，学生一般只是看一下图片，便当机立断、不附带任何条件地做出选择。对学生来说，这一过程与多项选择题没有什么两样。

总而言之，尽管学生在史实方面成绩突出，但是他们对真正历史思维的探究模式十分陌生。他们还没有具备解读矛盾论点的系统方法。面对一大堆需要梳理的有争议性的论点并要形成合理的解释，学生总的来说却处境不妙。他们欠缺专家那种对历史文件形成合理解释的解读深度。在其他社会科学领域的专家也是以大观点为中心组织其问题的解决的（如Voss et al.，1984）。

专家的知识是围绕重要观点或概念来组织的，这意味着课程亦应按概念理解的方式组织。许多课程设计的方法使得学生难以进行有意义的知识组织，通常在转入下一主题前，只是能触及到一些表面性的事实知识。没有时间形成重要的、组织起来的知识。历史课文有时仅强调事实知识，而没有提供理解的支持（如Beck et al.，1989，1991）。许多传授科学的方法也过分强调事实性知识（美国科学促进会，1989；国家研究院，1996）。

第三期国际数学与科学观察杂志（TIMSS）（Schmidt et al.，1997）对课程持批评态度，认为课程有“一英里宽，一英寸深”，这在美国比大多数国家更成问题。专业知识的研究显示，这一领域中的许多主题涉及面不深，不利于培养学生为未来学习和工作做准备的能力。帮助学生组织其知识的观点也表明，新手或许可以从反映专家如何应付问题解决的模式中受益，特别是接受相似策略的指导（Brown et al.，1989；这一问题在第三章和第七章有详细讨论）。