中学化学课程中的程序性知识及其教学

王云生

摘要：从理论和教学实践两个方面阐述高中化学课程程序性知识教学的重要性、主要内容和教学程序。认为要增强程序性知识教学的意识，了解程序性知识教学的基本程序，研究促成陈述性知识向程序性知识转化的策略。

关键词：化学课程；程序性知识；程序性知识教学

文章编号：1005–6629（2014）1–0012–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

现代认知心理学将知识划分为陈述性知识（回答事实、定义、程序、规则是什么的知识）、程序性知识（回答怎么办、如何行动的知识）和策略性知识（用于调控自身认知过程的反省认知知识）。中学化学课程所包含的知识也不例外。在中学化学新课程的实施过程中，由于传统知识观的影响，还存在比较严重的重陈述性知识、轻程序性知识的倾向。研究并加强程序性知识的教学，是提高化学教学质量的重要问题。

1 中学化学课程中的程序性知识

1.1 程序性知识的特征和类型

程序性知识不同于陈述性知识。后者以命题、表象、线形序列和图式表征，程序性知识则以产生式和产生式系统表征，“如果…那么就”的形式是其结构特点。中学化学课程中的程序性知识，既有跨越不同学习领域的一般性程序性知识，如有效推理的能力、批判性思维能力，也有化学科学领域特有的程序性知识，如化学反应基本规律的应用能力。后者在化学学习中尤其常见，也尤为重要。

心理学认为程序性知识按其复杂水平，可分为由低到高的五个层次：

辨别：对作用于个体的感觉器官的两个事物或物体进行对比，找出其不同之处。如化学学习中能识别氧化还原反应和非氧化还原反应。

具体概念：能概括出以具体对象来表示的同类事物的共同本质特征。如形成关于氧化还原反应本质的概念：反应物中元素原子（离子）间有电子转移发生的反应。

定义性概念：能概括出一些包含抽象关系的同类事物的本质特征。例如，建立氧化还原反应的定义性概念：凡是反应中有电子得失或电子转移的化学反应都属于氧化还原反应。

规则：包括事物分类的标准和指导人们如何办事的规则。规则是程序性知识的核心，人们能够在某种刺激情境下作出相适应举动的能力，来自于对规则的理解和掌握。例如，能依据氧化还原反应的定义性概念，建立判断某种反应是否为氧化还原反应的规则，并能依此判断原电池反应的两个电极间（通过外电路）有电子转移发生，是氧化还原反应。

高级规则：规则一般指运用单一规则办事的能力，高级规则特指同时运用几条规则来处理问题。例如，能运用电化学腐蚀的原理，调用若干条有关规则理解为什么可以用牺牲阳极的电化学保护法防止河道上钢铁闸门的电化学腐蚀。即能从钢铁的组成特点、河水中溶有氧气或带有微酸性的情景中，运用相关规则，判断在该条件下浸在河水中的钢铁闸门中的铁原子能把电子转移给碳，被氧化腐蚀，而溶液中的氢离子或者溶解氧的分子则从碳上结合电子。再利用电化学腐蚀中发生腐蚀的金属的规则作出推断，把钢铁闸门和一块浸在河水中（或埋在湿地中）的锌板用导线连接，锌板将替代钢铁失去电子被氧化腐蚀，从而保护钢铁闸门不被腐蚀。

1.2 化学课程中程序性知识的形式

程序性知识有两种不同的表现形态， 一是可以用语言明确阐述的解决问题的程序、规则，能以命题网络形式保持在脑中。一是需要以实际操作的方式通过演示、练习来传授、学习的知识。概念和规则并不能自动以行为的方式表现出来，需要把以命题网络形式呈现的程序性知识转化为以产生式为表征的程序性知识。程序性知识的学习，需要两种知识的融合。

化学教学要帮助学生认识规则及其适用的范围，完成某项任务所需的条件，知道如果某个条件符合就可以表现出相应的行为。给学习者提供适当的变式练习，让他们熟知规则适用的各种不同情境，并能在条件符合的情况下表现出受规则支配的行为，在脑中建立起产生式，习得程序性知识。

中学化学课程中，有许多辨别和概念形态的程序性知识。上面谈到学生要习得判断和分析氧化还原反应的程序性知识，需要先认知氧化还原反应的特征（反应物中元素化合价有改变，本质上是反应物间有电子转移发生），并以命题形式表征。而后，通过典型例子的分析和练习，把这一命题转变为规则和产生式，能判断反应物中是否有元素化合价的变化，会分析元素化合价变化的原因、元素原子间电子得失的方向和数目。再通过必要的练习和适时、适当的反馈，协调程序各部分间的联系，达到熟练程度，形成自动化的产生式系统——能自动地判断、分析氧化还原反应中的电子得失，并正确地描述。真正实现理解深刻、应用灵活。

1.3 三维学习目标与化学程序性知识

中学化学课程的三维学习目标圆融了陈述性、程序性和策略性知识的学习要求。三维目标中，“知识与技能”指化学学科最基础的核心知识、化学学习和研究必备的基本技能，而“过程与方法”学习目标的达成，则要求了解所学知识的形成过程，了解、体会化学科学的学习研究方法，并内化为解决实际问题的能力。

课程标准要求在中学化学教学中整体设计教学目标，做到三维目标的有机融合。“知识与技能”、“过程与方法”学习目标的融合，可以有效地帮助学生理解、掌握化学科学中最基础的核心知识、技能和方法，既要掌握有关物质及其变化的典型事实、理解有关物质及其变化的各种基本的概念、原理等陈述性知识，了解、体会学习研究化学科学的方法，同时要在头脑中建立并贮存各种分析、说明、解决各种化学问题的产生式和产生式系统，才可能解决和解答化学实际问题。

2 化学程序性知识的教学是提高化学教学质量的重要环节

程序性知识是化学核心知识的重要组成部分。程序性知识的学习和掌握可以促进那些可以转化的陈述性知识转化为程序性知识，作出解决问题的反应或行为。这是学习者能把所学习的陈述性知识迁移应用达到举一反三，提高灵活运用知识能力的根本。

学生化学学习中出现的一些问题或障碍，往往和程序性知识掌握不好有关。例如，一些学生听得懂老师讲解的习题范例，还可能会说明应该用什么方法作解答。但遇到实际问题，自己就无法解决。他们能通过言语信息，以陈述性知识的形式来陈述规则，却未必能运用规则于实践，未必能作出受规则支配的行为以解决实际问题。一些学生能解答曾经解答过的同类型习题，遇到新情景中的或不同类型的问题，却难于解答。他们在解决问题的实践中获得了一些解题经验，把解决问题的过程保存在记忆中。遇到类似的问题，可以作出受规则支配的一系列行为。但他们不能运用外部语言表述出这些规则，没有意识到完成该问题的解决方案和操作方法是基于何种原理。他们只会机械照搬已有的经验来解决问题。上述两种学习障碍都说明他们没有真正习得程序性知识。一些教师，没有意识到这些学生在程序性知识学习中存在问题，往往认为问题出在练习太少、题型见得不多。他们一味强调要学生多练、苦练，愿意花许多精力给学生总结、让学生记忆各种题型的解答模式和技巧。结果往往事倍功半，让学生不堪重负。

3 强化程序性知识教学的建议

强化程序性知识的教学，一要增强程序性知识教学的意识；二要认识并掌握程序性知识教学的基本程序；三要在教学过程中采取适当的教学方式、方法，提供一定的时间和空间，让学生参与并体验如何把以命题网络形式呈现的程序性知识转化为以产生式为表征的程序性知识。

3.1 增强程序性知识教学的意识

一些教师缺乏程序性知识的观念，忽视程序性知识的教和学。因而产生“化学知识掌握不少，解决化学问题的能力提高不多”的弊病。有些教师没有意识到“知识与技能”、“过程与方法”既包含了陈述性知识，也包含了程序性知识的学习目标。有些教师把“过程和方法”仅仅看作为掌握陈述性知识的工具。有些教师把程序性知识简单等同于实验基本技能、化学计算基本技能，以为学生能表述实验步骤、方法，能记住依据化学式和化学方程式的计算程序和方法，会模仿解答有关化学计算问题，就算是掌握了化学科学的程序性知识。

化学程序性知识的习得，要求学生在遇到需要解决的化学实际问题时，要知道怎样做、会做、能做。能依据实际的问题情景运用已学的知识和技能，提出解决问题的计划或方案，并动手解决。可见，化学程序性知识的习得，就是习得分析、解决化学问题的方法和程序，包括掌握“怎么办”的知识，也包括获得依据实际条件有效和及时地运用存贮于头脑中的一系列产生式知识，作出反映和解决问题的行为。这种能力包括动作技能（通过机体或器官的运动完成任务）、认知技能（智慧技能，通过思维活动完成任务，解决简单化学问题的能力），而且更多表现为智慧技能。

3.2 了解程序性知识教学的基本程序

程序性知识的获得一般要经过三个阶段：认知阶段、联系阶段、自动化阶段。

第一阶段（认知阶段），要求学习者对某个有关怎么办的技能作出陈述性解释，对技能的各项条件及行动能以陈述性知识的形式表征，以命题网络的方式保持下来。在化学教学中，要帮助学生在理解的基础上把看待化学事物的观念、解决（解答）化学问题的方法加以归纳说明，并以陈述性知识的形式建立命题网络。

认知阶段是获得程序性知识的前提。以言传的陈述性形式传授给学生，有利于学生以产生式贮存并支配他的行为。规则的掌握能帮助个体用某种适当类别的行为对某类刺激作出反应。教师要努力寻找用陈述性知识的形式呈现程序性知识的方法，明确地陈述一系列技术规则。例如，在习题教学中要通过典型例题分析解答过程，梳理、归纳解答思路及其思维过程，用陈述性知识的形式做解释说明。

第二阶段（联系阶段），通过针对性的变式练习让学生弄清程序性知识获得的条件，并在练习中领悟、体会，能自觉地提炼出解决问题的“共同过程”，把解决（解答）化学问题的方法的命题网络转化为以产生式为表征的程序性知识，增强程序性知识中各部分产生式间的联结。这个学习阶段是程序性学习非常关键的一步，而又往往易被忽略。许多教师在教学中都知道练习（包括模仿和变式练习）在学会灵活运用知识中的重要性，但没有意识到它之所以重要，在于能帮助学习者在练习中领悟、体会，并掌握解决问题的“共同过程”，把握解决（解答）化学问题的方法。

第三阶段（自动化阶段），通过适当的练习和适时、适当的反馈，进一步协调程序各部分间的联系，使学习者能熟练、灵活地运用所贮存的以产生式系统为表征的程序性知识去解决问题。从联系阶段到自动化阶段的发展，是自动化的产生式系统形成所必不可少的。因为个体的程序性知识总是从未能达到熟练化的、不能自动激活的产生式系统构成的知识，经过充分练习逐步向程序性知识发展的。此外，一项高级规则应用技能的习得，需要把它逐级分解为若干层次的子技能。在教学中需要正确地确定所需分解的子技能的层级，让学生按自己所能接受的进度学习，给学生提供将小程序组合成大程序的机会，逐步形成小产生式，再帮助学生练习整个程序中所含的一系列产生式步骤，实现程序化，成为能够在解决问题中连续处于激活状态的组合式的产生式知识系统。

例如，要让学生学会运用“同分异构体”的概念辨别两种物质是否为同分异构体，需要教师按以下层级帮助学生逐步建立有关的产生式，通过适当练习，形成自动化的产生式系统，能灵活地解决同分异构体的辨别和判断的问题。

（1）帮助学生在学习什么是“同分异构体”的陈述性知识的基础上，学会以陈述性知识的形式建立有关辨别和判断“同分异构体”的命题和命题网络。例如，辨别某两种有机化合物是否是“同分异构体”的命题；判断以某个分子式表示的有机化合物可能有几种同分异构体的命题网络。

（2）认识辨认分子组成是否相同的规则。知道如何判断这些分子的组成元素、各元素的原子数是否相同。

（3）认识分子式（分子组成）相同的有机化合物分子形成不同结构的规则。知道组成分子的各元素原子的连接方式、连接顺序和所处的空间位置可以发生怎样的变化，因而形成不同的结构。知道有机化合物形成不同结构的规则，如碳结构改变的规则（直链改变为带一个或若干个支链或成环状碳链的可能性，改变分子中碳碳双键或叁键位置的可能性等等）、含不同类型官能团结构的可能性、官能团在碳链中位置变化的可能性。在头脑中建立一系列判断结构差异的产生式。

（4）通过练习，掌握依据实际情景综合考虑，形成并能灵活运用一系列的产生式和产生式系统作出相应的反应，解答问题。

例如，已知分子式为C5H10O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，在不考虑立体异构的前提下，要求判断若这些酸和醇重新组合可形成几种酯。

问题的解答，需要先依据C5H10O2能在酸性条件下水解为酸和醇的命题，判断它属于酯类，进而依据酯的结构特点（由羧酸的酰基和醇的氧烃基以酯键结合而成），考虑符合题设组成的酯有几种同分异构体，分析这些酯水解后可得到哪几种羧酸和醇，最后判断这些羧酸和醇一共可以形成几种酯。学生解答问题首先必须运用的是从酯化反应或酯的水解反应命题中转化形成的一个简单的产生式：“如果酸和醇酯化，就可以得到酯，酯分子所含碳原子数是生成它的酸、醇分子中的碳原子数之和”，或“酯发生水解就可以得到酸和醇，它们分子中碳原子数的总和与该酯分子中的碳原子数相等”。在此基础上，建立解答问题的一系列产生式：

“碳原子数是5的酯水解，生成的酸的原子数可以是1、2、3、4，相应的醇分子中碳原子数对应可以是4、3、2、1”；

“碳原子数为1、2、3、4的羧酸，有甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸5种”；

“碳原子数为1、2、3、4的饱和一元醇，可以是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基丙醇、2-甲基2-丙醇，共8种”；

“如果这5种羧酸和8种醇，分别发生酯化得到的酯会有8×5种”。

这一解答过程所运用的一系列产生式，是由相应的陈述性知识（饱和一元醇、饱和一元羧酸、酯的组成、结构特点，酯化、酯的水解等概念和命题）转化而来的。

3.3 研究促成陈述性知识向程序性知识转化的策略

如何帮助学生在头脑中形成并贮存一系列规则和产生式，经过练习，将一系列简单产生式组合成复杂的产生式系统，并能在实际情景中运用适当的产生式，顺畅地解决问题，是程序性知识教学的难点。

化学教学中，练习和练习的批改、评析，往往占用了许多教学时间，但效果却不理想。教师要把握典型例题的分析、讨论的目的，帮助学生清醒地认识解答问题所涉及的陈述性知识（事实、定义、程序、规则等），帮助学生学会用陈述性知识的形式对解答过程进行说明和解释。组织学生作适当的变式练习，目的在于从中体会、领悟如何依据习题提供的条件，把陈述性知识形态的程序性知识转化为解决问题的产生式系统，并作出解决问题的行为。

在新课程实施中，教师积累了不少程序性知识教学的经验。通过反思、总结、提升，获得自觉的带有规律性的认识，是十分必要的。例如，倡导探究学习的方式、用问题链和问题解决的方法开展教学。创设可让学生自己学习、探究的情境，把教学内容设计成一个个环环相扣的问题，形成问题链，通过问题引发学习兴趣，利用问题链引导学生学习，在探究中发现问题、解决问题，得到结论，获取知识。学生了解了知识是在什么背景下、在解决何种问题中，通过什么途径、方法来解决问题，通过抽象、归纳、论证建立概念、概念网络和命题，能有效地理解、掌握陈述性知识，并习得程序性知识。

有强烈的程序性知识教学的意识，能持之以恒、坚持不懈地在教学实践中研究、探索，掌握程序性知识教学的策略，就一定能实现以能力培养为主旨的化学教学。

参考文献：

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