小学科学教育的有效性研究成果

（一）认知心理学概述

认知心理学是认知科学和心理学的一个重要分支，它对一切认知或认知过程进行研究，包括感知觉、注意、记忆、思维和语言等。认知心理学有广义、狭义之分，广义的认知心理学是指凡是研究人的认识过程的，都属于认知心理学，而目前西方心理学界通常所指的认知心理学，是指狭义的认知心理学，即所谓的信息加工心理学，它是指用信息加工的观点和术语，通过与计算机相类比，用模拟、验证等方法来研究人的认知过程，认为人的认知过程就是信息的接受、编码、贮存、交换、操作、检索、提取和使用的过程，并将这一过程归纳为四种系统模式，即感知系统、记忆系统、控制系统和反应系统。强调人已有的知识和知识结构对他的行为和当前的认知活动起决定作用。其最重大的成果是在记忆和思维领域的突破性研究。二十世纪五六十年代，认知心理学登上历史舞台，之后便以其独特的理论视角影响着心理学。不同的研究机构从20世纪90年代就开始部署“脑的十年”（由《科学》发表的一份宣言），《科学》期刊于2005年在其125周年的纪念刊中列举了125个科学前沿问题，其中与认知心理学相关的“意识的生物学基础”“记忆的存储和提取”“合作行为的演化”都被列在前25名。由此可见，心理学，尤其是认知心理学及其相关学科，对人类了解自身和外部世界的关系发挥着重要作用。

（二）认知心理学的发展和研究取向

认知心理学研究人的高级心理过程，主要是认识过程。在认知心理学中存在着不同的观点，它们各有不同的研究途径。当前从信息加工观点研究认知过程是认知心理学的主流。当代认知心理学（这里指信息加工理论）是建立在一种隐喻上的：人脑在许多方面都像一架程序控制的计算机。这意味着把人的心智过程看成是一种信息加工系统。它对来自各方面的包括内部和外部的信息进行变换、简约、加工、存储和使用，以实现不同的认知目的。由此可见，个人的知识与经验在信息加工过程中起到十分重要的作用。^[1]

认知心理学认为：人的信息加工系统主要由三个子系统构成。

第一，认知系统，它是一个有限的、多阶段的信息加工系统，说它“有限”主要是由于选择性知觉和每一阶段对信息处理能力或容量的限制。因此，人们必须发展和培养有效的认知策略来提高各阶段信息加工的能力，目前把认知策略纳入认知系统正为人们所接受。

第二，认知监控系统，又称元认知系统，它是对认知过程或信息加工的自我监控，主要由三方面内容构成：①自我监控的知识；②自我监控体验；③自我监控实施。三方面相互作用紧密联系构成自我监控能力，表现为知道自己具有何种知识与何种策略，同时又能依照情境的需要，有能力使用特定的知识和策略去处理特定的心智问题。

第三，反应系统，它控制着一个系统从运动动作到语言和表情的全部输出。人们对三大系统的认识是在大量心理学实验研究后才意识到的。其中，当代认知心理学在知识领域中的一项重要研究即“专家与新手”的比较，能很好地说明上述理论假设。该项研究认为，在知识领域内，专家与新手的差异除了专业知识上的差别外，重要的是在认知加工过程中个体认知策略以及自我监控（元认知）能力上的差异。正因为如此，它已成为后来教学心理学研究的重要领域。

基于上述观点，当代认知心理对人心智能力的探讨有三种取向：①探讨人类的知识与经验是如何获得的；②贮存在头脑中的知识与经验是如何表征的；③知识和经验是如何与来自各方面的信息产生相互作用，以达到各种不同心智运作和认知的目的。经过30多年的理论与实验研究，基本内容的框架已凸现出来。目前，第一个问题研究主要依据奥苏伯尔的“认知结构同化论”，诺曼和鲁梅哈特等人的“图式理论”以及安德森的“激活论”。第二个问题研究主要是依据“命题网络理论”“图式理论”“产生式系统理论”以及佩维奥的“双编码理论”。第三个问题研究除了上述理论支持外，主要还有元认知理论。正是这三个取向和相应的研究成果改变了教学观念和研究思路。

（三）认知心理学与小学科学教学观念的更新与思考

行为主义认为，教学过程只涉及两个因素：教育者的教学操纵，学习者的结果操作，这两者都是外部可观察的事件。教学研究的任务，就是研究“教学操纵”如何影响“结果操作”，探讨这两者之间的关系。行为主义进一步认为，“结果操作”是由“教学操纵”直接决定的，这就完全排除学习者内部因素，如知识与经验的作用。当代认知心理学的教学观不仅要研究教学操纵和结果操作等外部事件之间的关系，更重视外部事件和内部事件之间的关系。内部事件主要指学习者特征、学习过程和学习结果。

认知心理学的教学观认为教学过程中至少涉及五种因素：①教学操纵；②学习者特征；③学习信息加工过程；④学习结果获得什么类型知识；⑤结果操作。

由此可见，认知心理学的教学观把教与学有机地结合在一起。加涅把它称为匹配关系。加涅进一步指出，“教”是用来激活、支持和完善内部学习过程的外部事件安排，“学”是指由于经验而引起学习者行为和潜能（知识）的变化。梅耶认为，教学是理解教学环境和学习者特征如何相互作用，从而导致学习者认知生长的活动。

基于上述认知心理学观点，小学科学教学应注意以下几方面内容：

1.教学要重视对学生已有知识经验的分析

现代认知心理学认为，学生已有的知识经验是新学习的基础。学习是新旧知识发生相互作用，新材料在学习者的头脑中获得新的意义，即认知结构的组织和重新组织。运用于小学科学教学中，教师要有效施教，必须以了解学生原有的认知结构为前提。因为，学生头脑中已有的地理知识网络及该知识网络达到的水平是学生进行新知识学习的基础。教师了解了学生头脑中的知识网络结构，就可以有针对性地开展教学，帮助学生完善认知结构。信息加工心理学认为，教学目的之一就是要促使学生头脑中所具有的知识网络逐步完善、逐步深化，更加系统化，使之既有利于新知识的获得与储存，又有利于知识能迅速而准确地回忆起来。

现代认知心理学的知识观认为，程序性知识不能像陈述性知识那样，可以直接陈述，它只能借助活动的形式来间接推测。最常用的考查学生程序性知识的方法是谈话法和问卷调查。平时，教师可以通过向学生提一些此类的问题，如“你是怎样思考的”“你这样做的原因是什么”，或让学生写出详细的答题步骤等方式，对学生的程序性知识进行一定了解。

2.教学要考虑知识的类型，进行有针对性的指导学习(www.xing528.com)

现代认知心理学对陈述性知识和程序性知识习得过程和条件的研究，尤其是对程序性知识（平常所指的技能和方法）习得的解剖，对在教学过程中如何开展教学，促使学生在掌握知识的同时，又学会了学习、发展了技能以及思维，具有重要的指导意义。

在传统教学中，经常把科学能力的发展与科学知识的学习分割开来，认为它们是平行发展的，即教师把科学能力培养独立在科学知识的学习之外，认为是教学的两个不同任务。而现代认知心理学知识观揭示出两者存在重要的依存关系，掌握了程序性的科学知识就是发展了学生的能力。现代认知心理学的知识观还指导教学中将知识向能力转化的具体过程和操作方法。要让学生习得技能和方法，首先，教师要有意识地向学生传授有关的知识，使之以陈述性知识形式贮存在学生原有的知识网络中；其次，有意识创设一系列的练习，使这些知识条件化，转化成“如果/则”形式的产生式；最后，通过更加复杂和综合的情境，使习得的众多分散、孤立的产生式在头脑中建构成一个具有连锁反应的产生式系统，知识达到自动化程度。

上述理念落实到具体的教学中，对于陈述性的科学知识（一般的概念、原理、规则），教学只需做到学生理解了其意义，并有效地保持、巩固这些知识。而对于程序性科学知识的教学，就不能仅限于了解概念、规则，还要有意识地创设一些情境，进行变式练习，使学生能运用这些概念、规则分析问题和解决问题。

3.教学要重视学生主体性的发挥

现代认知心理学的知识观揭示出知识不是对客观世界的直观反映，而是认知主体在与客体接触中主动建构其意义的过程。这一启示，在小学科学教学中，学生对教学活动的主动参与是学生真正习得知识的前提，即学习的主体不是教师，而是学生。

学生主体地位的树立，教学的重心必然发展转变，由传统的重视教师传授向重视学生的参与转变。如何去调动学生的主体性？现代认知心理学十分强调学习的情境性和社会性。小学科学教学内容密切联系生活，身边的很多事物和现象都可以引入课堂作为素材，教师要善于观察和收集，对它们精心设计，把它们作为创设学习情境的良好素材，这既能让学生感受到科学学习的价值，激发学习兴趣，调动学生的主动参与性，又使学生获得了完整的知识。同时，教师还要重视合作学习的开展，因为知识不仅是个体在与客观环境相互作用中建构起来的，社会性的作用同样重要，甚至更加重要。人的高级心理机能的发展是社会性相互作用内化的结果。另外，每个学习者都有自己的经验世界，受学生个体认知经验、文化生活背景等因素的影响，对同一问题的认识也会有不同的思维方式和看法见解，不同学习者可以对某种问题形成不同的假设和推论。合作学习通过学习者之间相互沟通和交流、相互争辩和讨论，有助于学习者建构起新的、对问题更丰富、更灵活的理解；同时，也为学习者知识建构创设了一个广泛的学习共同体。在这个学习共同体中，每个成员完成认知的一部分，既能使学生体验到自己是学习的主人，也能使学习者完成单个学习者难以完成的复杂学习任务，减轻了不必要的竞争压力，不仅提高了学习效率，还培养了学生的协作精神。

4.教学要重视学生良好认知结构的形成

现代认知心理学的研究表明：良好的认知结构有利于知识的迁移和新知识的有效学习。知识传授和学习对学生素质的发展毫无疑义是非常重要的，但并不意味着头脑中的知识越多，解决问题的能力越强。实践研究表明，如果学生没有良好的认知结构，即使头脑中贮存了解决某个问题所需的知识，也不一定能保证解决问题。因此，教师教学必须从传统重知识的数量向重知识的质量和结构转变，从传统重教材知识的逻辑结构向重学生头脑的知识组织结构转变。良好的认知结构主要表现在知识条件化、结构化、自动化以及策略化等方面。

（1）知识条件化

很多时候，学生有知识，但是不懂得运用，用现代认知心理学的解释，学生对知识的掌握仅处于陈述性知识阶段。要使学生会运用，还必须由陈述性知识向程序性知识转化，即将知识与知识运用的情境结合，形成条件化知识，即以“如果/则”形式贮存的产生式。

（2）知识结构化

实验研究表明，“专家”和“新手”之间的知识组织、结构差异主要是“专家”的头脑中知识按层次排列，“新手”则采用水平排列，且零散和孤立。因此，解决问题时，“专家”更注意问题结构，而“新手”更多注意问题的表面细节。要使学生知识结构化，教师在教学中，必须重视对知识的小结化，即用纲要图或流程图等形式把所传授知识之间的内在联系表达出来，展示给学生，使学生对所学知识形成很好的组织。

（3）知识自动化

人的记忆容量有限致使许多问题得不到及时和很好的解决。如果，一个知识的各个方面经过练习而紧密地结合在一起，并达到自动化的熟练程度，那么，这个知识可以在头脑中表征为一个具有组块性的知识网络。在运用时只需占据较少的工作记忆空间，从而使更多的空间空余出来用以考虑问题的其他方面。实验研究也表明，“专家”的知识表征组块多，工作记忆就有更多的空余时间。要使知识自动化，唯一的办法就是精练，在课堂上精讲多练，练习要注意一定变式的运用，以拓宽知识适应的范围，使条件化的知识达到熟练的自动化程度。

（4）知识策略化

策略化是指头脑中要贮存关于如何学习和思维的策略性知识，并且在“执行的控制过程”之中，运用策略知识去监控自己学习和思维的信息加工过程。如何在教学过程中，训练学会学习和学会思维？首先，要重视策略性知识，即方法知识的传授学习，如合理复习的方法、思维的方式等；其次，是结合练习，使抽象的方法知识条件化；最后，是条件化的策略性知识达到熟练的自动化程度。