基于信息加工理论的高考化学试题解题及教学研究

黎华琼 卢运

【摘 要】本文结合化学学科的特点，以 2019 年高考全国卷 Ⅲ 理综第 26 题为例，论述将加涅的信息加工理论应用于高考化学试题解题的一般流程，并提出了具体的教学策略，为化学学科教学提供参考。

【关键词】高考化学 信息加工理论 解题 教学策略

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）30-0153-03

近年来，高考化学试题日趋重视考查学生在特定情境或真实情境中运用化学思想方法、化学思维能力等来解决实际问题。纵观独立命题的各个省市及全国卷的化学高考题，试卷页面平均达 6 页，阅读字数甚多。学生普遍反映题目太难，题目太长。这些题目大多有文字有图形，看不出重点，也看不下去，看不懂。导致这种现象的根本原因在于学生缺乏提取信息、组织并加工信息以帮助解决问题的方法与能力。

有关青少年如何学习方面，心理学家提出过很多理论以解释学生的认知发展特点，信息加工理论是其中之一。教师运用信息加工理论可以找到学生出现阅读困难的原因，进而找出针对性的策略以解决这种现象，有效提高学生的成绩。本文尝试将信息加工理论应用到高考化试题解答中，幫助学生掌握一定的解题策略，提高学生解决问题的能力。

一、信息加工理论概述

加涅的信息加工理论的基本取向是学习的过程包括信息接收与使用，它是学习者内部加工的过程，同时也是学习者与环境互动的结果。加涅把学习者加工信息的过程概括为注意、记忆以及问题解决与推理三个基本环节，其中注意意味着信息的输入，记忆意味着信息加工以及提取，问题解决与推理意味着信息转换输出。加涅在多重记忆模式中详细描述了个体的信息加工系统，这个系统实际上是学习者与环境联动的过程，涉及感觉登记、短时记忆、长时记忆三个各有独特作用的部分，具体模型图见图 1 所示。大多数的记忆模式中还包括执行控制过程（即加涅学习分类中的元认知），通过执行控制，学习者可以计划和调控信息加工过程，并在适当时机选择适当的策略。

（一）信息加工流程

信息加工理论指导下解决问题的流程简单来说，包括注意—— 提取记忆—— 问题解决三个环节，也可以详述成如图 2 所示的过程。学习者从环境中接受刺激，刺激激活感觉器并转化成神经冲动。这些冲动流入感觉登记器并短时存储，在这里冲动被登记或被加工成可以理解的信息及其特征或特性。有的信息被登记，有的被遗弃消逝，这个过程即注意。被登记的信息很快流入到短时记忆中，有的信息经过复述后被送入长时记忆编码予以保留，有的信息则在短时记忆中因为短时记忆容量问题被更替，这个过程即记忆。当需要使用信息时，学习者就可以从长时记忆中检索提取（也可以从短时记忆检索，但短时记忆容量有限，故检索提取的信息只占少部分）。这些被检索提取出来的信息可以刺激反应发生器，从而产生反应，并最终激活效应器进而作出一定的表现，这也意味着问题的解决。

（二）执行控制过程

加涅认为大多数记忆模式中还包括一个重要的组成部分—— 执行控制过程。执行控制过程，加涅也将其称之为认知策略或者元认知，是计划或调控外部信息处理的循环往复的过程。它决定着何种信息被登记，信息进入何种记忆方式以及信息该如何编码和如何提取，以便学习者完成各种具体的学习任务。一般来说，执行控制过程影响着问题的解决。对于不同的外部环境以及不同类型的问题，执行控制过程可能采取不同的解决步骤，但一般会包括 7 个步骤：（1）识别问题的存在;（2）定义该问题;（3）表征和组织关于问题的信息;（4）设计或选择一个问题解决的策略;（5）分配问题解决的资源;（6）监控问题的解决;（7）对问题的解决方案进行评估。

二、基于信息加工理论的具体解题步骤

以 2019 年高考全国卷 Ⅲ 理综第 26 题为例，阐述基于信息加工理论的具体解题步骤。全国卷 Ⅲ 理综第 26 题原题如下：

高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如图 3 所示。回答下列问题：

相关金属离子[c0（Mn+）=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下：

根据信息加工流程，我们可以简单地从注意—— 提取记忆—— 问题解决三个环节进行解题，并在问题解决环节调用执行控制。

（一）注意

引起注意的前提是将信息输入感觉登记，因此首先需要通读材料，提取题目中的有效信息。这道高考题给出的材料信息以文字和图表两种不同形式呈现，故而可以采用相应的策略对有效信息进行提取。

文字材料：先快速浏览，锁定材料的主题，然后仔细阅读并标画出有用信息或关键词。如，通过浏览，可以锁定本题的主题为“二氧化锰粉与硫化锰矿制备硫酸锰”，关键词包括题干中的“硫酸锰”“还含 Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si 等元素”以及问题中的“二氧化锰与硫化锰反应”“铁和铝”“目的是除去 Zn2+和 Ni2+”“酸度过高，Mg2+ 沉淀不完全”等。

图表材料：首先判断图表类型，图是二氧化锰粉与硫化锰矿制备硫酸锰的工艺流程图，涉及制备和除杂过程。其中较为关键且陌生的字眼有“溶浸”“沉锰”。“溶浸”是指采矿中，采用化学试剂或化工原料溶解、浸出矿石中主要有用组分。“沉锰”顾名思义是将锰元素以某种形式的沉淀分离出来，结合图中信息，该形式为 MnCO3。表给出的是杂质离子形成氢氧化物沉淀的 pH 数据，与之相匹配的信息是流程图中的“氨水调 pH”。

信息编码：编码整合上述提取得到的信息可得以下结论：“溶浸”过程分离出 SiO2、氨水调 pH 使 Fe 和 Al 变成氢氧化物沉淀、加入 Na2S 使 Zn2+ 和 Ni2+ 变成硫化物沉淀、加入 F- 使 Mg2+ 沉淀、“沉锰”过程得到 MnCO3。

（二）提取记忆

首先，以已提取的有效信息或者关键词为依据，大致匹配书本的知识并粗略定位至哪本书哪个章节;其次，以编码整合的信息为依据，检索记忆中的信息并初步定位至必修 2 第四章第一节《开发利用金属矿物和海水资源》、选修 4 第三章第四节《难溶电解质的溶解平衡》等章节的知识;最后，根据具体的问题再从这些章节中提取更多的信息，并将其与记忆中与问题相关的元素化合物知识结合进行问题解答。

（三）问题解决

在实际的解题过程中，可以按照上文所提的执行控制过程的 7 个步骤，一步步地执行直至问题解决。倘若运用熟练，亦可根据需要灵活调整，或变换顺序或统合几个步骤或跳跃某些步骤以快速解决问题，同时这也意味着学习者需反复练习强化执行控制过程。本题可以参考下述流程调用执行控制以提高得分率。

1.识别问题的存在。要求抓住问题的关键词，领悟出题者的意图，这一步骤实际上和注意是一致的。

2.定义该问题，即定义问题的性质。阅读问题可以发现，本题共分为 7 小问，可分成三个类别，分别为方程式的书写（如，写出“溶浸”过程的化学方程式、“沉锰”的离子方程式）、除杂物质的推断（如，判断“滤渣 1”和“滤渣 3”的成分、解释“氧化”中添加 MnO2 的作用、“调 pH 值”的范围以及“除杂 2”酸度过高使得 Mg2+ 沉淀不完全的原因）、化合价相关求解。

3.表征问题信息。此步骤可以与 7 步骤中的第 4 步以及第 6 步统合起来。首先，表征问题并同时选取问题解决的策略以快速理解问题;其次，从记忆中抽取更详细的线索以便深入加工信息;最后，为了避免遗漏已提取的与问题解决相关的信息，可以进行简单罗列，这也方便最后的评估检查。如，第 5 小问解释“除杂 2”酸度过高使得 Mg2+ 沉淀不完全的原因。根据题意，我们可以提取出脑海中 HF 的相关知识，联想到当酸度过高时，F- 会与 H+ 结合形成 HF，从而破坏 MgF2 的溶解平衡使得沉淀不完全。

4.对问题的解决方案进行评估，检查答案，最终解决问题。

三、信息加工理论指导下的化学教学策略

（一）培养学生提取、整理化学信息能力

通过调查以及观察学生的做题情况，可以发现，学生答题效率不高、得分率低与未能准确提取材料隐含的线索有一定的关系。参阅历年化学高考试题，几乎只有文字和图像两种形式的材料，因此在实际的教学中教师应有意识地培养学生从此类材料中获取有效线索的能力。

1.加强对文字材料的选择性注意，形成化学信息的敏感性。高考化学试题中的文字材料一般包括某些化学事物的描述（例如，2019 年全国卷第 35 题拉维斯相的 MgCu2 等）、某些化学现象的描述（例如，2016 年全国卷 Ⅱ 第 28 题等）以及某些化学新概念的简介（例如，2017 年全国卷 Ⅱ 电子亲和能等），等等，给出的信息大多与解题有关，也有少部分是干扰信息。因此，教师在平时的训练中，除了教给学生从文字材料提取有效信息的技巧外，还要加强培养学生对文字材料的选择性注意，让学生形成重点化学信息的敏感性。在平时的课堂中，当学生表述某一化学现象时，教师要指导学生使用规范化学术语，纠正不当用语。

2.巧授读图、析图技巧，学会图文、文图以及图图的灵活转换。图表在化学高考试题中属于“重头戏”，且考查势头强劲，很多与解题有关的信息被糅合在工艺流程图、实验装置图、物质结构图、表格数据、设备图、数轴图等图表中，想要完全提取有一定的困难。如果遗漏了图表中的某些线索，很大概率会导致答题不全面而失掉许多分。因此，教师在实际的教学中，可以与学生多总结高考化学试题常考题型中出现的图表，并充分利用这些已有的圖表培养学生读图、析图的能力，让学生在比较、综合、分析、概括推理中全面把握图表，进行灵活变换。

（二）培养学生化学知识迁移能力

学以致用是学习的最终目标，运用所学解决实际化学问题离不开迁移能力的应用。因此，在教学中培养学生化学知识迁移能力成为重中之重。

1.整合知识、多维复述，变短时记忆为长时记忆。只有对脑海里的知识熟练掌握，才有可能迁移知识以解决问题。而对知识熟练掌握的前提是脑海里要有知识，因此要培养迁移能力需先让学生化学知识记忆力过关。信息加工理论给出的启示是，学生从环境习得的知识会被登记输入到短时记忆中，但短时记忆的容量极为有限，如果不及时把知识输入长时记忆，那么这些知识很快就会被新信息更替掉从而被学生遗忘。因此要想变短时记忆为长时记忆，最简单的方式就是不断重复。需要注意的是，如果只是机械重复，那么获取的长时记忆很可能是零碎的、脱节的，这不利于学生的长期发展。因此可以采用思维导图、价类图等方式对信息进行编码，将知识整合，形成板块，并采用多维复述将短时记忆输入长时记忆中。

2.举一反三、多变多练，寻共性、觅差异。全国高考理综化学部分虽日趋重视考查创新能力以及读取和运用信息的能力，却没有太多偏题、难题和怪题。形式虽多变，但万变不离其宗，化学知识点以及试题类型相对固定。因此教师应多梳理高考化学试题的命题偏好，让学生多练典型的习题，加强题型之间的因果变换;也可以多让学生进行题型变换训练。例如，同一题目进行多种变式训练或者反思能否尝试多种解答。在这样的训练中寻共性、觅差异，进而谋求思路的多样化发展，促进学生对化学知识的深度理解以及迁移应用。

本文从实际教学中存在的问题出发，即在考试中，学生解答化学问题时无法从繁杂的材料信息中准确快速找出关键信息并结合所学知识解决实际问题这一实际出发，结合信息加工理论，总结了高考化学试题解题的一般流程，并提出了一些教学策略。但本文仅就一道高考化学试题结合信息加工理论进行说明，具有一定的局限性。然而不可否认，加涅的信息加工理论在信息提取、解决实际问题，尤其是解题方面具有重要的促进作用。

【参考文献】

[1]R.M.加涅.学习的条件和教学论.[M].上海：华东师范大学出版社，1999.

[2]赵志颖.基于信息加工理论的地理高考解题及教学策略[D].长沙：湖南师范大学，2018.

[3]张 攀，仲玉英.基于加涅信息加工学习理论框架下的小学英语课堂教学设计[J].现代教育科学，2010（5）.

【作者简介】黎华琼（1989— ）女，汉族，广西北流人，中学二级教师，大学本科学历，研究方向：化学教育与教学。卢 运（1992— ），男，汉族，广西玉林人，广西师范大学在读研究生，研究方向化学学科教学。