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1、认知结构理论的教学设计原理初探毛景焕 李蓓春（南京师范大学 教育科学学院，江苏 南京210097）摘要: 本文欲对有关认知结构的这一渗透于其他理论之中的理论进行纵向梳理和横向概括，目的在于对由众多的心理学家加以阐述的认知结构有一个多角度、多层次的认识。明确它的多种的形成过程和最优的形成机制，认识它优化了的内容结构的特点及其在后继学习中的作用机制和重要性。以便发挥它在教学设计中的条件作用和目标作用，为教学找到一条能尽可能发挥学生主体的设计之路。关键词: 认知结构理论；教学设计原理；学生主体地位论 “凡事预则立，不预则废”，教学设计就是教学的“预”，它在整个教学过程中发挥着前导与定向功能，是教学目
2、的的具体预演。它的优劣直接决定着教学过程和教学效果的优化与否。科学的教学设计应遵循臬的原则和这些原则所依据的科学规律是什么，都是值得探讨的问题。本文对有关认知结构的理论作了粗浅的概括，以期发现其中蕴涵的科学的教学设计原理。认知结构理论是指关于认知结构的理论。这种理论具有两大特点，一，它并不是由某一位心理学家单独提出并详加阐述的完整的理论体系，它散见于许多心理学理论特别是认知心理学理论之中。许多心理学家从不同的角度对它进行了独特的理解和阐述，因此它丰富而不统一。二，它以认知结构为研究核心，而不是仅仅研究刺激与反应之间的联结，充分体现了对学生主体的重视。基于以上两点认识，我们认为对其进行历史的梳理
3、、纵向抽取和综合概括，挖掘其内在的科学性，将在助于我们对认知结构有一个完整而全面的认识，有助于在教学设计的过程中贯彻科学的方法和学生主体的思想。一、对认知结构理论的历史梳理认知结构指在感知理解客观现实的基础上，在头脑中形成的一种心理结构，是个人的全部知识的内容和组织。1不同的心理学家从不同的角度使用这一术语，具有不同的含义，它体现了认知结构理论的发展的过程。J皮亚杰从认知发展的观点看待这一术语，他认为儿童智慧能力的发展是主体在环境的作用下，借助于其随身携带的两种功能（同化和顺应）改变认知图式的过程。这里的图式与结构大致同义。2皮亚杰的发生认识论可以说是关于认知结构的发展理论。把认知结构理解为一
4、个动态的转换体系，体现了认知结构发展的本质。认知结构理论的体系化者是JS布鲁纳，他用类目及其编码系统来描述这一术语。布鲁纳从最一般的意义上把存在于头脑中的所有知识看作是整体的认知结构，对认知结构作了最抽象的概括。他认为，认知结构是知识的有组织结构，它们以编码系统式的结构结合在一起。编码系统的一个重要特征是对相关的类别作出有层次的结构的安排，这种结构对新习得的知识加以一般编码并作出解释，决定这种新知识能否获得意义。他对认知结构进行了较为系统的阐述，他的学习理论被称为认知结构学习理论，3足见他对认知结构理论作出的突出贡献。奥苏贝尔是认知结构理论的具体化的实用化者。他通俗地认为认知结构就是书本知识在
5、学生头脑中地再现形式，是有意义学习的结果和条件。他着重强调了概括性强、清晰、牢固、具有可辨别性和可利用性的认知结构在学习过程中的作用，并把建立学习者对教材的清晰、牢固、认知结构作为教学的主要任务。奥苏贝尔的有意义学习理论着重强调了认知结构的地位，围绕着认知结构提出的上位学习、下位学习、相关类属学习、并列结合学习和创造学习等几种学习类型，为新旧知识是如何组织的提供了一条较有说服力的解释。自他之后，认知结构理论才真正引起人们的重视并为人们广泛理解。与此同时，布卢姆的掌握学习理论为知识的重要性和意义作了侧面的佐证。他认为如果学生对某一学习任务缺乏必要的认知准备，那么再好的教学质量也不可能使学生就这一
6、学习任务达到掌握水平。近20年来，认知心理学派特别是信息加工理论对认知结构作了更加全面和动态的阐述和开放式的研究。他们认为认知结构的理论可概括为三个方面的命题：知识在头脑中的表征方式，知识的类型和知识的组织。他们把知识的类型分为描述性知识、程序性知识和策略性知识（Mayer, 1981）形成了一种大知识观。他们用信息流的观点把认知结构的形成和使用看作是知识的输入、编码、译码、储存和提取的过程，对过程的各个环节作了深入细致的机制层面的分析。他们对认知结构的形成、保持和激活所作的细微的策略研究，使理论有了更强的操作性。纵观认知结构的理论发展，可大致划分为三个时期。早期形成时期，包括皮亚杰的图式理论
7、，早期格式塔的经验基础上的顿悟理论以及托尔蔓的认知地图理论。他们相对于行为主义来说，逐步由对外部刺激与行为反应的研究转向对内部认知过程的研究，开始了对学习者内产啐知的科学的研究。系统深化时期，主要指布鲁纳和奥苏贝尔的理论。他们对认知结构的形成过程和内在机制作了粗略但系统的研究，使认知结构成为完整的立体的和动态的事物。扩展化时期。主要指当代众多认知心理学家对认知结构理论的新发展。他们扩充了认知结构的内涵，展开了并正在展开着对过程和机制的具体而细微的研究，为真实的课堂教学提供了广泛而具体的指导。二、对认知结构理论的横向概括以上心理学家对认知结构的研究虽然是从不同的角度进行的，使用的术语也不一样，但
8、抛开纷繁的术语持其本质，我们可以抽取出其中合理的部分，为认知结构找出丰富的特质。对认知结构理论作综合概括可得出以下结论。1认知结构具有建构的性质几乎所有的认知结构理论都认为学习过程就是认知结构不断变化和重新组织的过程，存在于人头脑中的认知结构始终处于变动与建构之中，其中，环境和学习者的个体特征是两个决定性因素。皮亚杰用同化、顺化、平衡等过程表征认知结构建构的机制。他的建构主义学习论强调了外在整体环境的重要性，认为环境为学习者提供的丰富、良好的多重刺激是促使认知结构完善和发生变化的根本条件。现代建构主义者认为，完善的环境应包括真实的问题情境，先进的物质设备环境，经过精心组织的教材环境和教师创造的
9、和谐的心理环境。它们共同为学习者的自由探索和自主学习提供具有支持和促进作用的场所。现代认知心理学家奈瑟认为，认知过程是建构性质的，它包括两个过程：个体对外界刺激产生反应的过程（基本过程）和学习者有意识地控制、转换和建构观念的映象的过程（二级过程）。建构来自于外界与主体的相互作用。认知建构就是在外在刺激和学习者个体特征相结合的情况下进行具有渐进和累积性自我建构的过程。2良好的认知结构在学习中具有重要的作用，是学习的核心这句话包含两层意思，形成良好的认知结构是学习的核心任务，已经形成的良好的认知结构查后继学习的核心条件，根据研究发现，良好的认知结构的作用可体现为下列功能：搜索与预测功能、建构与理解
10、功能、推论与补充功能、整合与迁移功能、指导与笄功能。认知结构的核心地位来自于它的重要作用。在近年来有关专家和新手的解决问题的比较研究中发现，专家之所以能迅速的解决问题，就在于专家头脑中有某类知识的大约520万个知识组块，这些知识组块按层次网络的方式排列，这使得志谊在解决问题时能更注意问题的结构。而新手却相反，他们有关的知识较少，知识之间是零散和孤立水平排列状态，在解决问题时更多的注意问题的细节。4对学习落后新生学生的研究表明，特定知识与技能的缺陷是导致学习能力低下的主要原因（BrownCAMPIONE，1986）。可见，认知结构的确在学习中发挥着强大的作用，特别是良好建构的认知结构在学习中更是
11、必不可少的。布鲁纳主张学习应最先建立学科基本结构即学科的知识体系所能抽象概括的具有普遍和强有力适应性的、能广泛迁移的系统构架，奥苏贝尔把建立概括性强的认知结构作为教学的主要任务，都是有一定道理的。3认知结构理论突出了学生中心的思想认知结构理论明显由对教师教的研究转向对学生学的研究，把学生作为研究的中心。对认知结构的阐述包含的理论前提是，学生才是决定学习到什么的关键和直接因素，教材、教法，环境条件社会影响等一切外部条件虽然是重要的，但都是间接的因素。对学生的研究以对学生认知结构的研究为起点，不仅研究学生的认知过程、认知策略、认知条件等，还研究认知活动展开的支持系统如情感、意志等。对认知结构的研究
12、影射到对学生整体的研究。这种研究使得对学生的重视不再仪在思想或经验的水平而是深入到科学行动的阶段，它为科学的发挥学生的主体性提供了科学的依据和实用的操作原理和方法。认知结构与学生主体思想相互印证，相互促进，相得益彰，它随着学生主体思想的发展而发展起来并不断深化下去，突出了学生自主建构的必要性和意义。三、基于认知结构理论的教学设计原理揭示丰富的认知结构理论为我们进行科学的教学和科学课堂教学设计提供了广阔的理论空间。根据这些理论我们可以总结出在进行教学设计时要遵循的科学原则。1教学设计要以利用和形成学生良好的认知结构作为价值取向和目标指向基于认知结构的广泛内涵和重要作用，教师在进行各方面的设计时要
13、以激发和形成学生良好的认知结构为目标。这些设计包括环境设计、课程内容设计、学生活动设计等，它们的总体目标是为学生提供条件，让其自主的进行认知结构的建构。这不仅是学习知识的需要，更是培养学生的主体性和创造性的需要，是基于学生主体思想所作出的必然选择。只有这样才能贴近实际地教学，并且能更有长远目标地教学。2教学设计要重视环境的设计环境可以促发学生的认知结构使其处于激活状态，为新旧知识提供接触点。“实际上有意义学习并不一定渐次地从单个任务成分地练习发展到复杂的物质任务背景的操作，而往往是在支持环境中在大背景下训练子任务所需的技能”（Robert Gleser）。5在环境的设计上，以布兰斯福特为代表的
14、“抛锚式教学”的理论和实践为我们提供了生动的例子。他们主张把学生引入模拟的故事情境中以解决故事中的问题的方式进行学习，实验证明这种方法使学生的学习效率大为提高。环境设计的原则是，习量马学习情境并入真实的生活情境中去，让学习与生活接壤；尽量用先进的技术设备模拟问题情境，使学生在情境中感知，加强语义知识和形象知识的连接；尽量创造和谐、民主的人际环境，加强师生之间的交流，促进师生、生生之间的互动。3教学内容的设计要以条理化、结构化和整合化为原则这一原理并不是要求教学必须从基本的概念和原理教起，而是要以形成结构化、层次化的认知结构为最终目标和总的设计原则。根据认知建构理论所揭示的原理，教学内容的设计可
15、采取两条互逆的途径：由一般到特殊和由特殊到一般的设计顺序，即遵循逐步分化和逐步统合的原则（奥苏贝尔的观点）。运用这两条途径的共同前提是，教师对学科的基本结构和各部分的相互关系能精细了解并且始终以形成学生优质的认知结构为目标。前苏联在60、70年代出现的“单元教学法”使用的是从一般到具体的设计方案。在实际的教学设计中，两条途径一般进行交叉使用。在奥苏贝尔的多种学习分类中，在他的逐渐分化和统整协调的内容设计原则中，明显的体现了交叉使用的原则。斯皮诺（Raan Spiro 1991）的概念与案例构成多维与非线性的“十字交叉”形状的知识表征理论认为双重表征知识能加强学习的认知弹性，促进语义表征和图象表
16、征的结合，清除单纯语义表征的弊端。这一观点为我们提供对二者交叉使用的又一理论依据。4设计中要处处体现学生主体和自主的原则这也是由认知结构的特性决定的。教学设计要为学生的自主活动留有余地，以学生的现有认知结构为起点，以学生自主建构的良好认知结构为终点。在空间设计上注意广延性、开放性；时间设计上要求有弹性，少讲多练，为学生的自学和思考留下足够事物的时间；方法设计上注意以教法促学法，教会学生学的方法和策略；内容设计上要循序渐进，以旧知促新知，让学生能够自主吸纳，自主建构。总之要学生做到建构性的学，累积式的学，目标指引式的学，反思性的学。5教学中要进行有关认知结构的专门策略设计的原则教学设计不仅要考虑
17、从宏观上对内容、情境进行设计，还要考虑从微观对策略进行设计。这些策略包括激活原有认知结构的策略，巩固新建认知结构的策略，促进认知结构条件化、结构化、整合化的策略等。认知结构理论特别强调认知结构的作用，但认知结构并不是时时处于活动状态，也不是一经建立就能永久保持的。为此，进行上术策略的设计就尤为必要。围绕认知所进行的设计都是发挥学生主体性，培养学生主体性的表现。参考文献 1朱智贤主编心理学大扁Z北京：北京师范大学出版社，1985年，537 2顾明远主编教育大辞典（教育心理学卷）Z上海：上海教育出版社，19 3施良方学习论学习心理学的理论与原理M北京：人民教育出版社，1994，179 4张庆林主编
18、当代认知心理学在教学中的应用M重庆：西南师范大学出版社，1995，67 5毛新勇建构主义的环境设计J外国教育资料，1999，(1)（责任编辑 石尧） 待添加的隐藏文字内容1 Editors note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I
19、 will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear the faint beeps of the worlds first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those even
20、ts were way before my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorologist, Ive still seen many important weather a
21、nd space events, but right now, if you were sitting next to me, youd hear my foot tapping rapidly under my desk. Im anxious for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexico desert.Its like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space.You and I will have the
22、chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live.The (lack of) air up there Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the s
23、ky to test the winds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line we would be go for launch.I feel this mission was created for me because I am also a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing the envelope into unc
24、harted territory.The guy who is going to do this, Felix Baumgartner, must have that same feeling, at a level I will never reach. However, it did not stop me from feeling his pain when a gust of swirling wind kicked up and twisted the partially filled balloon that would take him to the upper end of o
25、ur atmosphere. As soon as the 40-acre balloon, with skin no thicker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew it was over.How claustrophobia almost grounded supersonic skydiverWith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the face of the current record holder and capcom (
26、capsule communications), Col. Joe Kittinger. He hung his head low in mission control as he told Baumgartner the disappointing news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunday.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to b
27、e very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/
28、8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 f
29、eet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, Fearless Felix will unclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too har
30、d. Still, hell be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 second
31、s. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes its
32、not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses
33、 consciousness at mach speeds.Even if everything goes as planned, it wont. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).It might not be the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way Id miss this.
