化学问题解决的表征及其分析

摘要：本文通过化学问题解决过程的分析，揭示了化学问题解决过程中有关陈述性知识和程序性知识的认知过程。对化学问题解决的教学过程给予理论上的探讨。
　　
　　关键词：信息加工；问题表征；问题解决；自我监控；反省认知
　　
　　信息加工心理学认为在问题解决过程中，常常将解决问题的过程分为四个部分：问题表征、设计问题解决计划、执行问题解决计划和监控。问题表征多指形成问题空间，包括明确问题的给定条件、目标和允许的操作。也就是说问题表征等于审题即了解题意的过程。设计解题计划也就是指解题的一般步骤，如重新描述问题，使之转化为更加熟悉的问题，建立问题的子目标的梯级关系。执行解题计划就是指采取一系列的行动贯彻解题计划，如实验、操作、运算等。监控是指问题解决者分析问题解决的过程并确定自己的行动是否适合解题计划，实际上也是解题者对自己行为的反省认知。
　　
　　例如，有一道如下的题目：
　　
　　20℃时，氢氧化钙的溶解度为0.17克，在50克水中放入多少克氧化钙才能恰好全部溶解并且得到氢氧化钙饱和溶液?
　　
　　一、问题表征
　　
　　1、题的字面理解
　　
　　解题者必须逐字逐句读懂问题描述的每一个句子。而读懂的标志是他能用自己的语言来重述问题的条件。如上题中，问题可以转化为100克水中溶解了0.17克氢氧化钙溶质。50克水要与氧化钙反应，消耗了一定的水，剩下的水和氢氧化钙的比例应当是100∶0.17。问题的字面理解需要两种知识：一是语词知识，如果解题者对“溶解度”的概念不理解，他就不可能读懂题意，二是事实的知识，在上述问题中，学生必须知道100克水溶解0.17克氢氧化钙意味着是一种比例。
　　
　　2、问题的深层理解
　　
　　问题的深层理解也称问题的综合。指在问题表层理解基础上，进一步把问题的每一陈述综合成条件目标统一的心理表征。要识别问题的类型和区分问题的有关信息与无关信息。
　　
　　问题深层理解需要问题图式的知识。所谓图式是人脑对事物或事件的一般特征的概括，贮存在人的长时记忆中。现代认知心理学认为，人之所以能识别某种事物或事件，是由于通过学习和长期的经验积累，人脑贮存了该事物或事件的图式的缘故。在解化学题时学生头脑中必须贮存了相关的题目的图式，这样才能迅速识别题型，并且在所给题目的信息不足时能补充必要的信息。如上题中，题给的是氢氧化钙的饱和溶液，但是要求的是加入多少氧化钙，学生必须有氧化钙与水反应可生成氢氧化钙的知识，同时能注意到这些量的变化。
　　
　　此题的常规解法是：设需加入Ｘ克氧化钙，由此推算跟氧化钙反应的水的质量和生成的氢氧化钙的质量以及剩余的水的质量，再利用氢氧化钙的溶解度数据列出比例式，解得答案。
　　
　　但是，若能从另外的一个角度去看问题，即从溶液与溶解度的关系看，问题的表征可以为0.17∶(100+0.17)，设加入Ｘ克氧化钙，则氢氧化钙为(74/56)×Ｘ克，可立即列出等式为0.17∶(100+0.17)=(74/56)×Ｘ∶(50+Ｘ)，这样就可以很快的得出答案。
　　
　　上述说明，解题者在对题型有一定的表征以后，解题就有了保证。
　　
　　二、设计解题计划与监控
　　
　　计划是在理解了问题的条件和目标后，设想出一套解题方案。设计解题方案包括将终点目标分解成一系列子目标。解题方案的建构和子目标的分解总是受解题者总目标调节与控制的。所以有效的解题计划的形成是解题者受问题终点目标的指引，同时考虑已知条件，选择合理的运算步骤的过程。它需要解题者具有解题策略的知识。如在上述例题中，可以把问题分解成如下几个步骤：(1)写出化学方程式，(2)求出氢氧化钙和消耗的水的质量的表达式，(3)列出比例，(4)建立方程式，(5)求解。
　　
　　认知心理学认为，认知策略是人们所掌握的关于如何学习、记忆、思维和解决问题的方式方法的知识构成的。如问题解决学习策略常常要根据已有知识经验把问题变换成适当的形式，在作出假设时也比较多地应用已有化学知识经验；这种策略模式可表示为：
　　
　　感知问题、变换、假设、收集资料(阅读、观察、实验等)、检验、概括(化学知识、技能、化学学习经验)。在检验过程中，解题者总要反复地将解题过程进行有意识的监控。现代认知心理学把这种个人对自己的思维过程的意识监控称为反省认知。这种反省认知水平的高低往往能区分出良好的解决问题者和不良的问题解决者。学生的认知策略和反省认知水平都可以通过系统和长期的教学而得到改善。
　　
　　三、执行解题计划
　　
　　执行解题计划是利用化学原理进行一系列的运算和操作，最后求得答案的过程。
　　
　　在上述问题中，学生必须迅速和正确地进行相关的运算。根据现代认知心理学的原理，这种进行运算和分类的方法是由人的程序性知识支配的。教师教学的任务就是要在学生的认知结构中输入适当的运算法则，这些法则通过反复练习和使用，变成一种熟练的、能自动激活的程序。对于化学计算技能的学习一般可通过如下的过程教学：
　　
　　1、获得有关知识和形成映像。学习者通过阅读或听课激活有关物质和化学反应的知识，获得有关计算的方法和原理，相关的知识和算法。
　　
　　2、练习。通过模仿练习，逐步掌握化学计算的基本模式，初步形成化学计算技能。
　　
　　3、联系阶段。明确所学化学计算技能跟其他化学计算技能和化学知识的差别和联系，使它在研究、认识物质及其化学变化的方法体系中定位、类化。
　　
　　4、应用和熟练阶段。在基本类型的各种变式中，在综合性逐步增强的情境中应用所学习的化学计算技能，实现技能的巩固、熟练和发展，进一步实现化学计算技能的内化和概括化。
　　
　　以上我们讨论的题目，可以分解为应用三类知识的能力：问题的表征，即问题的表层和深层理解需要第一类知识即陈述性知识，这里涉及语词知识、事实知识和问题类型知识；解题计划的执行需要第二类知识即程序性知识，这里是化学运算技能；解题计划的设计与监控需要运用策略性知识，包括反省认知知识。