认知主义的学习理论

二、认知主义的学习理论

认知心理学认为，刺激和反应的联结，是以主体的某种“结构”为中介的，即认知结构。学习过程是学生原有认知结构中的有关知识和新学内容相互作用，形成新的认知结构的过程。主要包括格式塔学派的认知顿悟理论、加涅的信息加工理论、布鲁纳的认知发现理论、奥苏贝尔的认知同化学习理论等。下面我们对认知主义有代表性的学习理论进行概述，体会认知主义学习理论对小学生数学学习的启示。

1．格式塔学派的认知顿悟理论

格式塔，是德语Gestalt的译音，意即完形。他们认为学习的过程不是试尝错误的过程，而是顿悟的过程，即结合当前整个情境对问题的突然解决。格式塔理论是现代认知主义学习理论的先驱，于本世纪初由德国心理学家韦特墨（M．Wetheimer）、苛勒（W．kohler）和考夫卡（K．Koffka）在研究似动现象的基础上创立的。该学派反对把心理还原为基本元素，把行为还原为刺激—反应联结。他们认为思维是整体的、有意义的知觉，而不是联结起来的表象的简单集合；主张学习是在于构成一种完形，是改变一个完形为另一完形。

顿悟实验——“接竿问题”实验：实验时，大猩猩被关在笼内。大猩猩喜欢吃的香蕉放在笼外不远的地方（即用一根竹竿够不着，两根竹竿接起来可以够得着的地方）。笼内有一根较短的竹竿，笼外有一根较长的竹竿。大猩猩为了取得香蕉，起初用那根较短的竹竿去够香蕉，但竹竿太短，够不到。猩猩常常将竹竿扔向香蕉，连竹竿也丢了。在用一只取名为“苏丹”的大猩猩做实验时，出现了一个戏剧性的场面：苏丹为了取得香蕉，用较短的竹竿拨到了另一根竹竿。当它玩弄这两根竹竿时，好像突然明白了什么，然后将两根竹竿接起来（用较细的竹竿插入较粗的竹竿），用这根接起来的竹竿够到了香蕉。这个过程是缓慢的，起初把两根竹竿放在一起，苏丹一看到两根竹竿处于这种关系，就能够突然地发现这种关系，然后一次又一次地反复把一根竹竿插入另一根竹竿，从而够到远处的香蕉。

格式塔心理学家认为，通过学习，会在头脑中留下记忆痕迹，但这些痕迹不是孤立的要素，而是一个有组织的整体，即完形。对数学学习的启示是：

（1）引导学生对学习情境的整体把握

学习数学要注意把新旧知识联系起来，良好的知识结构既能保证知识“链条”不被破坏，又能保证数学知识的系统性。对学习情境的整体把握，不仅利于顿悟的产生，也有利于知识的迁移。在数学解题时，我们经常会百思不得其解，这时，就需要对整个题目进行分析把握，力图从整体的知识结构图中寻找一种合适的联系，经过探索，常常会出现顿悟。

（2）顿悟学习的核心是把握事物的本质

顿悟是指对事物之间关系的基本感受或认识。在数学学习中，表现为冥思苦想的问题猛然间茅塞顿开。其间离不开对问题的分析和思考，但核心是对事物本质的把握，而不是无关的细节。顿悟是创造性表现，有赖于知识结构的整体性、系统性和对事物本质的认识。比如，把149162536496481写在一张卡片上，要求被试看15秒钟，然后试图回忆它。这是一项相当困难的任务。在一般情况下，没有人能全部记住。但有一名被试突然发现这一组数的规律：这些数原是用1到9的平方排列起来的，回忆就不成问题了。

（3）注重学习的迁移

学校学习的目的，是把习得的内容进行迁移。通过机械记忆习得的内容，只能被用于非常具体的情境中，即应用于类似于最初学习时的情境中，只有形成整体知识组块，才能成为学生认知的一部分，随时可用于任何情境中的类似的问题。比如，探索平行四边形面积公式的求法，如果将矩形看作平行四边形的一类，就可以将面积公式进行迁移，通过割补法得出平行四边形面积公式。

2．加涅的信息加工学习理论

加涅是美国心理学家，被认为是行为主义与认知心理学派的折中主义者。他认为，学习是一个有始有终的过程，这一过程可分成若干阶段，每一阶段需进行不同的信息加工。与此相应，教学过程既要根据学生的内部加工过程，又要影响这一过程。因而，教学阶段与学习阶段是完全对应的。他实际上不是论述一种新的学习理论，而是把学习理论研究的结果运用于教学设计。加涅认为，“学习是人的倾向或能力的改变”，学习是主体把新输入的信息和已有的知识经验联系起来，经过加工、调整、联结从而形成一个新的认知结构。他提出了影响深远的信息加工的学习模式（见图2-1）。

图2-1　学习的信息加工模式

资料来源：R．M加涅著，皮连生等译：《学习的条件和教学论》，华东师范大学出版社1999年版，第90页。

（1）接受阶段。学生从环境中接受刺激，刺激推动感受器，并转变为神经信息。这个信息进入感觉登记，这是非常短暂的记忆储存，一般在百分之几秒内就可把来自各感受器的信息登记完毕。有些部分登记了，其余部分很快就消逝了，这涉及注意或选择性知觉的问题。被视觉登记的信息很快进入短时记忆，信息在这里可以持续二三十秒。短时记忆的容量很有限，一般只能储存7个左右的信息项目。一旦超过了这个数目，新的信息进来，就会把部分原有信息赶走。(https://www.daowen.com)

（2）储存阶段。当信息从短时记忆进入长时记忆时，信息发生了关键性转变，即要经过编码过程。所谓编码，不是把有关信息收集在一起，而是用各种方式把信息组织起来。信息是经编码形式储存在长时记忆中的。一般认为，长时记忆是个永久性的信息储存库。

（3）检索阶段。当需要使用信息时，需经过检索提取信息。被提取出来的信息可以直接通向反应发生器，从而产生反应，也可以再回到短时记忆，对该信息的合适性作进一步的考虑，结果可能是进一步寻找信息，也可能是通过反应发生器作出反应。

期望事项是指学生期望达到的目标，即学习的动机。正是因为学生对学习有某种期望，教师给予的反馈才会具有强化作用。因为反馈能肯定学生的期望。执行控制即加涅学习分类中的认知策略，执行控制过程决定哪些信息从感觉登记进入短时记忆，如何进行编码、采用何种提取策略等。所以，期望事项与执行控制在信息加工过程中起着极为重要的作用。

根据上述学习和记忆的信息加工模式，加涅提出了累积学习的模式，一般称为学习层次理论。这8类学习是：信号学习、刺激—反应学习、连锁学习、言语连结、辨别学习、概念学习、法则学习、问题解决。加涅认为学习的过程是逐渐累积的过程，他坚持认为复杂的学习要以简单的学习为基础。加涅的理论对数学学习的启示是：

（1）把数学学习过程看作信息传递过程，有利于对数学学习过程的研究。

（2）层次学习理论启示我们在数学学习中应重视原认知结构的作用。例如，让学生求带分数与的差。如果一些内部条件具备，学生会很容易计算这个问题，这一下位具体技能是：①异分母分数相加减，化为同分母；②分子分母同乘以一个数形成等分数，即③同分母分数相加减的法则。如果学生已先前习得这些技能，并形成知识组块，储存在记忆中，提取相关信息，则新技能的学习会顺利进行。

（3）揭示了学习发展的层次，有利于数学学习的计划安排。

3．布鲁纳的认知发现理论

布鲁纳是美国哈佛大学认知研究中心的主任，是西方认知心理学的代表人物。他认为学习是通过认知、获得意义和表象，从而形成认知结构的过程。布鲁纳认为，学生在掌握学科的基本结构的同时，还应掌握学习该学科的基本方法，其中发现法是最重要的方法之一。

所谓发现，不止局限于发现人类尚未知晓的事物，而且包括自己头脑亲自获得知识的一切形式。发现法的主要特征有：1）强调学习的过程。在教学过程中，学生是一个积极的探索者，教师的作用是创设一种学生独立探索的情境。2）强调直觉思维。布鲁纳认为，直觉思维对科学发现活动极为重要，无论科学家还是小学生都可以进行直觉思维，性质都一样，只是程度不同。3）强调内在动机。他和他的同事们进行了大量的数学学习实验，从中总结出了四个数学学习原理。

（1）建构原理。建构原理说的是学生开始学习一个数学概念、原理或法则时，要以最合适的方法建构其代表。年龄较大的学生，可以通过呈现较抽象的代数掌握数学概念。但对大多数中学生，特别是低年级学生，应该建构他们自己的代表，特别应从具体的形象的代表开始。例如，讲这一概念时，可用“要多小有多小”的形象描述让学生理解。

（2）符号原理。符号原理表明，如果学生掌握了适合于他们智力发展的符号，那么就能在认知上形成早期的结构。符号采用适合学生的水平就容易被学生理解。例如，对于低年级学生，用□＝2△＋3（其中□和△代表自然数）表示函数；初三时用y＝2x＋3来表示函数，最后用y＝f（x）表示函数。简单地说，符号原理就是要根据学生的智力发展水平，使其达到相应的抽象水平。

（3）比较和变式原理。比较和变式原理表明，从概念的具体形式到抽象形式的过渡，需要比较和变式，要通过比较和变式来学习数学概念。例如，在三角形教学中，比较直角三角形、锐角三角形、钝角三角形，能使学生对这些概念理解得更清楚。

（4）关联原理。关联原理指的是应把各种概念、原理联系起来，在统一的系统中学习。在数学教学中，教师不仅要帮助学生发现数学结构间的差别，而且也要帮助学生发现各种数学结构间的联系，以形成知识体系。

4．奥苏贝尔的认知同化学习理论

认知学习理论家重视认知结构，尤以奥苏贝尔的观点最为突出。他曾在其《教育心理学》（1978年）一书的扉页上写道：“如果我不得不把教育心理学还原为一条原理的话，我将会说，影响学习最重要的因素是学习者已经知道了什么。根据学生的原有知识状况进行教学。”

奥苏贝尔认为学习过程是在原有认知结构基础上形成新的认知结构的过程。新知识与学生头脑中已有的认知结构相互作用，进而被同化到已有认知结构中去。其结果不仅使新知识获得意义，而且原有的认知结构也得到补充或修正。因此，认知结构既是学生学习的结果，又是学生进行学习的基础。

奥苏贝尔提出的另一个重要概念是对有意义学习的描述。在他看来，学生的学习如果要有价值，应尽可能有意义。他反复强调，认为接受学习必然是机械的，发现学习必然是有意义的，这是毫无根据的。有意义的学习过程的实质，就是符号所代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当知识建立非人为的（非任意的）和实质性的（非字面的）联系。

非人为的联系，就是符号所代表的新知识同原有知识的联系；实质性的联系，指用不同语言或其他符号表达的统一认知内容的联系。比如，学习对数概念，能与指数概念、开方概念、实指数幂的性质联系起来，就是在建立非人为的联系；而把符号“”、“求以a为底的b的对数就是求a的多少次幂等于b”、“”三者表示的意思统一起来，就是在建立实质的联系。

有意义学习得以发生的条件是：（1）学习材料本身必须具备逻辑意义；（2）学习者必须具有能积极主动地在新知识与已有适当观念之间建立联系的倾向性；（3）学习者原有认知结构中必须有同化新知识的适当观念。