論認(rèn)知技能獲得過程及其教學(xué)設(shè)計(jì)意義

王映學(xué) 張大均

(1.揚(yáng)州大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225002；2.西南大學(xué)心理健康教育研究中心暨心理學(xué)部，重慶 400715)

認(rèn)知技能(cognitive skills)研究是與問題解決(problem solving)研究分不開的。VanLehn(1996)就認(rèn)為，認(rèn)知技能獲得與問題解決的研究具有歷史性的同源[1]。換言之，認(rèn)知技能獲得的研究歷史就是問題解決的研究歷史。

一、認(rèn)知技能及其獲得

1.認(rèn)知技能的內(nèi)涵

對(duì)“認(rèn)知”一詞的理解因人而異，研究人員趨同性的認(rèn)識(shí)是，認(rèn)知不僅僅是獲得信息，也是思考、加工、交流并應(yīng)用新信息的過程。認(rèn)知技能指的是從經(jīng)驗(yàn)和信息中獲得意義與知識(shí)的能力，這種能力與閱讀、思維、理解、計(jì)劃、記憶與解決問題相關(guān)聯(lián)。Gibson等人(2007)提出，認(rèn)知技能是個(gè)體成功習(xí)得學(xué)術(shù)性學(xué)科所需要的內(nèi)在能力[2]；Salvucci(2013)則強(qiáng)調(diào)，認(rèn)知技能是人們學(xué)會(huì)完成新任務(wù)的過程，而完成任務(wù)獲得的技能幾乎不可能是全新的。相反，新的行為來自已有技能以某種新的方式或在新情境中的組合[3]。

認(rèn)知技能是指向認(rèn)知領(lǐng)域的程序性知識(shí)(procedural knowledge)。當(dāng)代認(rèn)知心理學(xué)家將程序性知識(shí)分為特殊領(lǐng)域的程序性知識(shí)和一般領(lǐng)域的程序性知識(shí)，而特殊領(lǐng)域的程序性知識(shí)又進(jìn)一步劃分為特殊領(lǐng)域的基本技能和基本策略[4]。研究人員一致認(rèn)為：基本技能是以習(xí)得的概念和規(guī)則解決實(shí)際問題的能力；基本策略則是根據(jù)學(xué)習(xí)情境的具體變化和要求，學(xué)習(xí)者計(jì)劃何時(shí)、如何解決問題的一種調(diào)控能力。兩者密切地整合于各種問題的解決過程中。目前認(rèn)知技能的一致性研究取向是，將基本技能和基本策略整合于同一認(rèn)知任務(wù)中而非將兩者進(jìn)行分離式研究，因?yàn)樵趯?shí)際的問題解決中，兩者是很難分開來加以執(zhí)行的。

盡管認(rèn)知技能有著較為廣泛的含義，但我們一般從三個(gè)方面來理解：第一，認(rèn)知技能是個(gè)體的一種內(nèi)在性能(mental capabilities)，強(qiáng)調(diào)的是內(nèi)在潛能；第二，認(rèn)知技能是個(gè)體在閱讀、理解、思考以及解決具體問題的過程中獲得的，是指向認(rèn)知過程和特定問題領(lǐng)域的；第三，認(rèn)知技能源自個(gè)體在智能領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，反過來可以有效改善和提高個(gè)體完成智能任務(wù)的效率，是一種可訓(xùn)練的能力。智能任務(wù)有兩個(gè)顯著的特征：復(fù)雜性和知識(shí)密集型。這樣看來，我們所擁有的簡單的日常生活技能不是認(rèn)知技能。

2.認(rèn)知技能的獲得

關(guān)于認(rèn)知技能的獲得，國內(nèi)外研究的側(cè)重點(diǎn)有所不同。國外研究方面，Anderson(1982)注重認(rèn)知技能的發(fā)生、發(fā)展過程，他從認(rèn)知技能發(fā)展的角度將其獲得分為兩個(gè)主要階段：陳述性階段，有關(guān)技能領(lǐng)域的事實(shí)得以解釋；程序性階段，領(lǐng)域知識(shí)在技能操作的過程中直接得以具體化[5]。VanLehn(1996)則強(qiáng)調(diào)認(rèn)知技能的學(xué)習(xí)結(jié)果，認(rèn)為認(rèn)知技能是在智力任務(wù)中獲得解決問題的能力，其成功更多取決于個(gè)體的知識(shí)而非體力[1]。Salvucci(2013)則認(rèn)為，認(rèn)知技能獲得至少包含兩個(gè)重要成分：第一，技能獲得要求一種成分技能與另外的成分技能的整合；第二，技能獲得要求成分技能的再用，這些成分技能跨越許多高層次技能及不同的任務(wù)領(lǐng)域[3]。可以看出，VanLehn將認(rèn)知技能的獲得看作一種解決問題能力的獲得，強(qiáng)調(diào)認(rèn)知技能獲得的結(jié)果，持認(rèn)知技能獲得的結(jié)果觀；而Anderson和Salvucci則從認(rèn)知技能獲得的過程考察認(rèn)知技能的獲得，強(qiáng)調(diào)認(rèn)知技能獲得的過程，持認(rèn)知技能獲得的過程觀。

國內(nèi)有關(guān)“認(rèn)知技能”的類似研究并不少，例如馮忠良(1998)將認(rèn)知技能(他稱作“心智技能”)看作一種調(diào)節(jié)、控制心智活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)，是通過學(xué)習(xí)而形成的合乎法則的心智活動(dòng)方式[6]，明顯偏重于認(rèn)知技能的基本策略；皮連生(2003)則將認(rèn)知技能(他所稱的“智慧技能”和“認(rèn)知策略”)看作運(yùn)用概念和規(guī)則對(duì)外辦事的能力及對(duì)內(nèi)調(diào)控的能力[7]，包含了認(rèn)知技能的基本技能和基本策略。

認(rèn)知技能與認(rèn)知技能獲得是兩個(gè)完全不同的概念[8]。認(rèn)知技能既是一種學(xué)習(xí)的內(nèi)在性能，也指個(gè)體經(jīng)由認(rèn)知領(lǐng)域?qū)W習(xí)任務(wù)的外部表征習(xí)得規(guī)則并應(yīng)用這些規(guī)則解決實(shí)際問題的能力，是基本技能和策略的有機(jī)整合，是一個(gè)靜態(tài)的概念。認(rèn)知技能獲得則包括認(rèn)知領(lǐng)域規(guī)則性知識(shí)的習(xí)得、規(guī)則性知識(shí)經(jīng)練習(xí)而程序化、程序化知識(shí)條件化這樣三個(gè)不同而又彼此聯(lián)系的完整過程，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。

二、認(rèn)知技能獲得的階段特征

在早期的研究中，我們根據(jù)認(rèn)知技能獲得的轉(zhuǎn)化機(jī)制將認(rèn)知技能獲得過程分為彼此聯(lián)系而又不同的三個(gè)階段[8]：陳述性階段、程序性階段和條件化階段。這三個(gè)階段體現(xiàn)了認(rèn)知技能獲得的一般過程，學(xué)習(xí)材料的外部表征→獲得陳述性規(guī)則→規(guī)則經(jīng)由練習(xí)而程序化→程序化規(guī)則條件化。

基于上述認(rèn)知技能獲得過程的認(rèn)識(shí)，我們將認(rèn)知技能獲得的過程性特征概括為順序性和階段性、陳述性和程序性、控制性和自動(dòng)化。順序性和階段性反映了認(rèn)知技能獲得過程的時(shí)序性特點(diǎn)；陳述性和程序性反映了認(rèn)知技能獲得過程的知識(shí)表征特點(diǎn)；控制性和自動(dòng)化則體現(xiàn)了認(rèn)知技能獲得過程的主體意識(shí)性特點(diǎn)。

1.順序性和階段性

認(rèn)知技能獲得的順序性表現(xiàn)在：通過對(duì)認(rèn)知領(lǐng)域有關(guān)問題情境的外部表征認(rèn)識(shí)，獲得該領(lǐng)域的基本概念和規(guī)則(圖式表征)→概念和規(guī)則經(jīng)練習(xí)而程序化(產(chǎn)生式表征)→程序化規(guī)則條件化(定向表征)。就大部分(主要是經(jīng)由教育)認(rèn)知領(lǐng)域內(nèi)的技能獲得過程講，這一順序是相對(duì)固定不變的，順序性反映了認(rèn)知技能獲得過程的時(shí)序性。另外，在認(rèn)知技能獲得的過程中，會(huì)表現(xiàn)出具有明顯不同特點(diǎn)的一系列子過程，這些子過程既彼此關(guān)聯(lián)，但又獨(dú)具特點(diǎn)。這些不同特點(diǎn)是認(rèn)知技能獲得階段劃分的重要指標(biāo)，階段性反映了認(rèn)知技能獲得的過程性。

我們以Anderson等人(1997)提出的“認(rèn)知技能獲得的四階段模型”[9]來說明認(rèn)知技能獲得的順序性和階段性?；跇永膶W(xué)習(xí)，Anderson等人將認(rèn)知技能的獲得過程分為四個(gè)階段。在階段1，學(xué)習(xí)者記住了特定的樣例，但并未意識(shí)到樣例表征了一種規(guī)則。在這一階段，樣例是作為陳述性結(jié)構(gòu)被編碼的；在階段2，被試在樣例學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開始形成抽象的規(guī)則，由于規(guī)則的形成和使用，學(xué)習(xí)者解決問題的速度會(huì)加快；階段3，隨著規(guī)則的使用，被試的反應(yīng)出現(xiàn)了方向上的非對(duì)稱性(directional asymmetry)，即在沒有樣例重復(fù)的情況下，規(guī)則使用的速度加快，但這種反應(yīng)僅僅在一個(gè)方向上起作用；階段4，即提取特定樣例階段，隨著練習(xí)的繼續(xù)，被試直接從陳述性記憶中提取樣例，它比使用產(chǎn)生式規(guī)則更直接更便捷。

可以看出，認(rèn)知技能獲得過程中的上述四階段是順次出現(xiàn)的，它們之間的前后關(guān)聯(lián)性反映出一定的順序性和連續(xù)性，同時(shí)又以各自不同的過程性特征突顯了認(rèn)知技能獲得的過程性。

2.陳述性與程序性

陳述性與程序性是就認(rèn)知技能獲得過程中的知識(shí)表征形態(tài)來講的。認(rèn)知技能的獲得過程是陳述性知識(shí)與程序性知識(shí)一體化的過程，兩類不同知識(shí)表征貫穿于認(rèn)知技能獲得過程的始終。

關(guān)于認(rèn)知技能獲得過程的知識(shí)表征形態(tài)，主要反映在研究人員有關(guān)認(rèn)知技能獲得過程中樣例作用機(jī)制的研究中。從現(xiàn)有認(rèn)知技能獲得過程的研究看，國內(nèi)外研究的共同范式是通過個(gè)體的作業(yè)(performance)并輔以口語報(bào)告(verbal protocol)的分析技術(shù)來研究認(rèn)知技能的獲得過程。研究人員一致強(qiáng)調(diào)樣例學(xué)習(xí)在認(rèn)知技能獲得起始階段的作用。但是，對(duì)樣例學(xué)習(xí)的作用機(jī)制，研究人員之間存在爭論。爭論的焦點(diǎn)集中在：認(rèn)知技能的獲得是從樣例到規(guī)則的過程還是從規(guī)則到樣例的過程，或者是從陳述性到程序性的過程還是從程序性到陳述性的過程。

我們認(rèn)為，樣例學(xué)習(xí)的這兩種作用機(jī)制都有著各自的實(shí)踐解釋力[10]。上述陳述性知識(shí)在認(rèn)知技能的獲得過程中出現(xiàn)在不同的階段，與某種認(rèn)知技能獲得的情境條件有關(guān)。例如，同樣是學(xué)習(xí)一門外國語，在漢文化的語言背景下，我們學(xué)習(xí)的路徑可能是從陳述性知識(shí)(語法、句法等)到程序性知識(shí)(語言的聽、說、讀、寫)；而在母語環(huán)境中學(xué)習(xí)這樣一門語言，則可能以另外完全不同的路徑來實(shí)現(xiàn)：從程序性知識(shí)(語言的聽、說)到陳述性知識(shí)(語法、句法等)?？傊谡J(rèn)知技能的獲得過程中，陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)的相依是認(rèn)知技能獲得過程中的一個(gè)鮮明特點(diǎn)。

3.控制性和自動(dòng)化

當(dāng)代認(rèn)知心理學(xué)家將認(rèn)知領(lǐng)域的程序性知識(shí)分為特殊領(lǐng)域與一般領(lǐng)域的程序性知識(shí)，而特殊領(lǐng)域的程序性知識(shí)又分為基本技能和基本策略。就認(rèn)知技能的獲得過程講，控制性是針對(duì)認(rèn)知技能的基本策略而言的，自動(dòng)化則是就認(rèn)知技能的基本技能來講的。

(1)特殊領(lǐng)域認(rèn)知策略獲得的控制性。就特殊領(lǐng)域的認(rèn)知技能獲得講，對(duì)刺激情境的認(rèn)知、調(diào)節(jié)和監(jiān)控是認(rèn)知策略的基本任務(wù)，它主要負(fù)責(zé)何時(shí)、何地、如何解決問題。即便是在某一特定的領(lǐng)域，問題情境中的條件部分總是變動(dòng)不居，甚至是變化莫測的，而認(rèn)知技能中的基本策略主要就是認(rèn)知并監(jiān)控問題情境中的條件變化。以8年級(jí)數(shù)學(xué)中的“梯形”學(xué)習(xí)為例，當(dāng)學(xué)習(xí)的情境由梯形→等腰梯形→直角梯形變化時(shí)，認(rèn)知并監(jiān)控情境中的這些條件變化，并采用相應(yīng)的原理解決問題，就是認(rèn)知技能中的基本策略。由于策略使用的情境條件始終在變，所以學(xué)習(xí)者必須對(duì)自己解決問題所采用的步驟保持高度的意識(shí)控制。可以講，個(gè)體在問題解決中對(duì)問題情境的認(rèn)知、調(diào)節(jié)和控制始終處于有意識(shí)的監(jiān)控之中，因而基本策略的獲得難以達(dá)到自動(dòng)化的水平。如果涉及跨領(lǐng)域的一般性策略(所謂的“弱方法”)，如從“幾何”學(xué)習(xí)領(lǐng)域轉(zhuǎn)向“代數(shù)”學(xué)習(xí)領(lǐng)域，這種策略的意識(shí)性和控制性程度會(huì)更高。

(2)特殊領(lǐng)域基本技能獲得的自動(dòng)化。前文我們將認(rèn)知技能的獲得劃分為密切聯(lián)系的三個(gè)階段，這種階段劃分是基于特殊領(lǐng)域的基本技能獲得而提出的。我們結(jié)合中學(xué)數(shù)學(xué)“平行四邊形的性質(zhì)與判別”[16]來說明這一問題，詳見表1。

表1 平行四邊形的性質(zhì)與判別

在陳述性階段(declarative stage)，初學(xué)者往往使用一般的產(chǎn)生式(所謂的弱方法)并利用已有相關(guān)知識(shí)對(duì)平行四邊形性質(zhì)的具體內(nèi)容做出陳述性的解釋，同時(shí)將這種解釋與平行四邊形的邊、角對(duì)應(yīng)起來，從而對(duì)技能形成的各項(xiàng)條件及對(duì)這些條件下要執(zhí)行的相應(yīng)動(dòng)作形成最初的陳述性編碼的表征。這一階段的明顯特征是學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)過程清晰的意識(shí)性，即表現(xiàn)為想到(或說出)一步才能執(zhí)行一步的控制性。程序性階段(procedural stage)，即由陳述性的編碼轉(zhuǎn)向產(chǎn)生式的表征，結(jié)合平行四邊形的有關(guān)內(nèi)容，即學(xué)生在對(duì)平行四邊形的性質(zhì)有了一定了解之后，便開始以相關(guān)的概念、規(guī)則進(jìn)行平行四邊形的判別，開始以第一階段獲得的言語知識(shí)解決與之相關(guān)的數(shù)學(xué)問題，即學(xué)習(xí)者的行為從陳述性知識(shí)指導(dǎo)下的一系列行動(dòng)步驟逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌绦蚧膭?dòng)作。這一過程要經(jīng)過有效設(shè)計(jì)的練習(xí)才能出現(xiàn)。條件化階段(conditional stage)是緊接程序化階段與技能應(yīng)用情境相關(guān)聯(lián)的階段。在這一階段，通過平行四邊形性質(zhì)及判定的學(xué)習(xí)，有關(guān)的條件圖式與特定的情境建立起一種自動(dòng)化的反應(yīng)趨向，技能獲得條件化，即特定的應(yīng)用情境一出現(xiàn)，個(gè)體趨于自動(dòng)化、條件化的圖式就會(huì)被激活，技能應(yīng)用日趨自動(dòng)化。在認(rèn)知技能獲得的條件化階段，技能執(zhí)行的意識(shí)性水平降低，速度加快。當(dāng)然，由于情境的不斷變化，即使基本技能趨于自動(dòng)化，適合情境認(rèn)知監(jiān)控的基本策略仍然難以自動(dòng)化，且仍處于意識(shí)水平的控制性之中。

三、認(rèn)知技能獲得階段特征對(duì)中小學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的意義

1.認(rèn)知技能獲得中規(guī)則“外用”與策略“內(nèi)用”的教學(xué)不可分離

認(rèn)知技能獲得過程中的核心是讓學(xué)習(xí)者學(xué)會(huì)解決問題的能力，而學(xué)會(huì)問題解決包含兩個(gè)基本的方面：“智慧技能”和“認(rèn)知策略”，前者涉及利用符號(hào)對(duì)外解決問題，后者涉及解決問題中應(yīng)用策略對(duì)內(nèi)調(diào)控。在學(xué)理研究層面，可以分開探討兩者，但在實(shí)踐層面，規(guī)則的“外用”和策略的“內(nèi)用”是不可分離的。換言之，利用符號(hào)解決問題與解決問題策略是一個(gè)問題的兩個(gè)方面，解決問題中包含了具體策略，任何解決問題的策略總是與概念或規(guī)則的應(yīng)用融為一體的。例如，利用“一組對(duì)邊平行且相等的四邊形是平行四邊形”這一定理解決相關(guān)問題(平行四邊形的判定，角、線及面積計(jì)算)是利用規(guī)則對(duì)外解決問題；而在解決這些相關(guān)問題的過程中識(shí)別問題的不同要求和條件，通過“數(shù)構(gòu)”(用數(shù)字、符號(hào)構(gòu)建解決路徑)還是“圖構(gòu)”(用構(gòu)圖建解決路徑)，采用“順向”(如從“已知”→“求證”)還是“逆向”(如從“求證”→“已知”)則是利用策略“對(duì)內(nèi)”調(diào)控自己的認(rèn)知過程。顯然，在實(shí)際的認(rèn)知技能獲得過程中，不論教師還是學(xué)生都很難將兩者分開來。盡管如此，在教師的教學(xué)中，重推演而輕策略的現(xiàn)象大量存在，教師“教不得法”、學(xué)生“學(xué)無方法”的現(xiàn)象不是個(gè)別現(xiàn)象。因此，重視對(duì)認(rèn)知策略的教學(xué)仍是教師教學(xué)質(zhì)量改善、學(xué)生學(xué)習(xí)效率提升的主要方向。

2.樣例在認(rèn)知技能獲得中的作用不可替代

數(shù)學(xué)、物理課程中的例題，語文、英語課程中的課文就是一個(gè)樣例，樣例一般包含了解決問題的基本概念、規(guī)則和問題解決的程序。學(xué)習(xí)者都有這樣的經(jīng)驗(yàn)，在面對(duì)要解決的問題時(shí)，常見行為是尋找合適的與自己要解決問題類似的樣例。因此，尋找認(rèn)知技能獲得中高質(zhì)量的樣例是教師教學(xué)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。以例說明：

She oftenwashesher clothes on the weekends.

Hegetsup at six o’clock every morning.

The butterflyfliesalong the wall.

My father alwayssaysto me，‘to be yourself’.

The dancing girlenjoysherself.

The earthgoesaround the sun.

In terms of ability of learning，he still has a long way to go before itcatchesup with his sister.

The dooropensitself.

上述樣例涉及第三人稱單數(shù)動(dòng)詞變化的規(guī)則：樣例不僅在“第三人稱”的主語形式上廣為變化，在動(dòng)詞的變化形式上也盡可能體現(xiàn)動(dòng)詞的主要變化規(guī)則。心理學(xué)的大量研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)教師呈現(xiàn)的樣例質(zhì)量與學(xué)生遷移能力直接相關(guān)，樣例質(zhì)量是解決“有限學(xué)習(xí)時(shí)間”和“無限學(xué)習(xí)內(nèi)容”之間距離的有效路徑。

3.處理好知識(shí)學(xué)習(xí)與認(rèn)知技能獲得的關(guān)系

一方面，知識(shí)是認(rèn)知技能獲得的基礎(chǔ)，反過來，個(gè)體認(rèn)知技能的獲得會(huì)進(jìn)一步強(qiáng)化知識(shí)的理解。這一點(diǎn)在認(rèn)知技能獲得的“陳述性和程序性”特征上表現(xiàn)得尤其明顯。例如，學(xué)生記住并能陳述“對(duì)角線相等的平行四邊形是矩形”這一規(guī)則，對(duì)矩形的判定及面積計(jì)算都是基本要求，但僅僅記住這一規(guī)則是不夠的；學(xué)習(xí)者在利用這一規(guī)則解決問題的過程中，隨著練習(xí)的增加和技能的熟練，對(duì)起初主要通過記憶方式獲得的規(guī)則適用條件會(huì)有更為深刻的理解。同樣，學(xué)生在外語學(xué)習(xí)中記住了大量的詞匯，這是知識(shí)；但是，只有在將這些詞匯放在口頭說話或書面寫作的過程中，才能真正理解每一詞匯的意涵。因此，在認(rèn)知技能獲得過程中，表現(xiàn)為陳述性的知識(shí)是基礎(chǔ)，而轉(zhuǎn)化為程序性的技能是關(guān)鍵，在認(rèn)知技能獲得的全程中，知識(shí)與技能始終構(gòu)成“互惠”性的共生關(guān)系。

4.變式設(shè)計(jì)在認(rèn)知技能獲得中極為重要

概念和規(guī)則學(xué)習(xí)中的變式練習(xí)設(shè)計(jì)是認(rèn)知技能獲得的重要教學(xué)技術(shù)。就概念而言，變式即概念肯定例證在無關(guān)特征方面的變化，以“三角形的高”這一概念為例(見圖1)。

圖1 三角形的高變式圖例

教師在講授“三角形的高”這一概念時(shí)，在保持概念的本質(zhì)特征(三角形的高是任意一頂點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)底邊的距離)不變的情形下，不斷變化三角形的類型以及頂點(diǎn)與底邊的相對(duì)位置(非本質(zhì)特征)，只要掌握了“高”這一概念的本質(zhì)特征，不論怎樣變化三角形的形狀及底邊的位置，學(xué)生總能將三角形的高與其頂點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的底邊聯(lián)系起來。

綜上，從認(rèn)知技能獲得的過程講，認(rèn)知技能獲得既具時(shí)序性的特征，也具特點(diǎn)相異的階段性特征；從認(rèn)知技能獲得過程的知識(shí)表征看，既具陳述性的表征，又具產(chǎn)生式的表征；從認(rèn)知技能獲得的意識(shí)水平講，既有控制性的特點(diǎn)，又有自動(dòng)化的特點(diǎn)。對(duì)認(rèn)知技能獲得及其過程特點(diǎn)的探討，有助于我們更為深刻地理解認(rèn)知技能獲得過程的實(shí)質(zhì)，尤其有助于認(rèn)知技能獲得的教學(xué)設(shè)計(jì)。