化學學習論專題嚴文法陜西師范大學化學化工學院 如何看待化學學習理論 1 學習理論都是從相關心理學理論流派中抽離出來的與學習有關的理論 學習學習理論不能脫離理論流派的核心理論 2 學習理論往往針對的是一般學習 并沒有專門針對化學學習的學習理論 要將學習理論與學科進行聯系和結合 3 理論本身是枯燥的 但是理論是來自于實驗和實踐并指導實踐的 要嘗試與學科知識的教與學相結合4 任何一種理論都不可能完美解決學習的所有問題 都有其不足 而更囿于理論本身的發展的時代局限 有些理論可能是錯誤的 要批判的學習而不是輕易的否定 5 作為研究生學習學習理論 要以一種研究的心態來學習 要加強相關理論流派的學習和研究 建構主義學習理論的出現 2 認知學習理論的發展與人本主義的興起 3 4 5 折衷傾向的學習理論 認知行為主義 兩種傾向的學習理論體系的建立與初步發展 行為主義與格式塔學派 1 1876年 馮特建立第一個實驗心理實驗室 學習理論的發展軌跡 行為主義學習理論認知主義學習理論建構主義學習理論人本主義學習理論 行為主義心理學概述 1913 1930年是早期行為主義時期 由美國心理學家華生在巴甫洛夫條件反射學說的基礎上創立的 他主張心理學應該屏棄意識 意象等太多主觀的東西 只研究所觀察到的并能客觀地加以測量的刺激和反應 毋須理會其中的中間環節 華生稱之為 黑箱作業 他認為人類的行為都是后天習得的 環境決定了一個人的行為模式 無論是正常的行為還是病態的行為都是經過學習而獲得的 也可以通過學習而更改 增加或消除 認為查明了環境刺激與行為反應之間的規律性關系 就能根據刺激預知反應 或根據反應推斷刺激 達到預測并控制動物和人的行為的目的 在他眼里人和動物沒什么差異 都遵循同樣的規律 1930年起出現了新行為主義理論 以托爾曼為代表的新行為主義者修正了華生的極端觀點 他們指出在個體所受刺激與行為反應之間存在著中間變量 這個中間變量是指個體當時的生理和心理狀態 它們是行為的實際決定因子 它們包括需求變量和認知變量 需求變量本質上就是動機 它們包括性 饑餓以及面臨危險時對安全的要求 認知變量就是能力 它們包括對象知覺 運動技能等等 在新行為主義中另有一種激進的行為主義分支 它以斯金納為代表 斯金納在巴甫洛夫經典條件反射基礎上提出了操作性條件反射 他自制了一個 斯金納箱 在箱內裝一特殊裝置 壓一次杠桿就會出現食物 他將一只餓鼠放入箱內 它會在里面亂跑亂碰 自由探索 偶然一次壓杠桿就得到食物 此后老鼠壓杠桿的頻率越來越多 即學會了通過壓杠桿來得到食物的方法 斯金納將其命名為操作性條件反射或工具性條件作用 食物即是強化物 運用強化物來增加某種反應 即行為 頻率的過程叫做強化 斯金納認為強化訓練是解釋機體學習過程的主要機制 行為主義心理學的基本觀點主張心理學不應只是研究人腦中的那種無形的像 鬼火 一樣不可捉摸的東西 意識 而應去研究那種從人的意識中折射出來的看得見 摸得著的客觀東西 即人的行為 他們認為 行為 就是有機體用以適應環境變化的各種身體反應的組合 這些反應不外乎是肌肉的收縮和腺體的分泌 它們有的表現在身體外部 有的隱藏在身體內部 其強度有大有小 I行為主義學習理論與化學學習 行為主義學習理論認為學習是在刺激與反應之間建立聯結的過程 強調復雜行為是建立在條件聯系上的復合反應 主要代表人物是巴甫洛夫 華生 桑代克 斯金納等 行為主義學習理論的生理基礎 中樞神經系統由腦和脊髓組成 其主要功能是對輸入信息進行分析和綜合 一方面調節身體器官的生理平衡 維持人的基本動力和行為反應 另一方面 協調人與社會環境之間復雜信息的加工和處理 反射是神經系統的基本活動方式 是在中樞神經系統參與下 有機體對內外環境刺激做出的規律性反應 笛卡爾謝切諾夫 1863 巴甫洛夫 1 學習的條件學習的順利進行離不開強化 強化是學習得以進行的重要條件 即外部刺激引起學習者的反應 然后經過反饋對學習行為進行調節和強化 直到學習者形成正確的學習行為 關注學習的外部條件 2 學習的過程學習過程是漸進的嘗試錯誤的過程 即隨著錯誤反應不斷減少 正確反應不斷增加 形成固定的 刺激 反應 之間的聯結 也稱為 嘗試錯誤 直到最后成功的過程 桑代克的 餓貓逃籠 實驗 3 學習的結果學習結果就是形成刺激與反應的聯結 即S R間的聯結 即學習就是形成了反應與情境的聯系 從而獲得了用這種反應應付該情境以尋求強化的行為經驗 行為主義學習理論之桑代克 在近半個世紀里 有一種學習理論 雖然受到了許多攻擊 樹立了許多敵對的理論 但是它卻支配著美國的心理學界 這就是桑代克的學習理論 應承認 在科學領域內 批評是頌揚的最高形式 微不足道的理論很少受到批評 他們只是受到輕視 在冷落中悄然離世 希爾加德 桑代克其人其事 桑代克 EdwardLeeThorndike1874 08 31 1949 08 09 美國心理學家 動物心理學的開創者 心理學聯結主義的建立者和教育心理學體系的創始人 他提出了一系列學習的定律 包括練習律和效果律等 1912年當選為美國心理學會主席 1917年當選為國家科學院院士 1 創立了教育心理學這門學科 使教育心理學從教育學和兒童心理學中分化出來 成為一門獨立的學科 因此 桑代克被稱為教育心理學的奠基人 2 借用大量生物學和生理學的概念來建立他的聯想主義心理學說 其結論大多是建立在心理實驗的基礎上的 這使他的理論具有較強的客觀性 為實驗心理學的研究作出了貢獻 3 發展了古典聯想主義心理學 他的學習心理學是以 聯結 一詞貫穿始終的 所以他自稱為 聯結主義者 其聯結主義的主要特點就是強調情境與反應之間的聯結 而不講觀念之間的聯想或聯結 盡管桑代克意識到人類學習的形式與動物學習有所不同 但他一直試圖揭示普遍適用于動物和人類學習的規律 他根據實驗的結果提出了眾多學習律 其中主要有 桑代克的學習律 桑代克的貓 教學思考 準備律告訴我們學習是有條件的 學習過程中學生要處于 饑餓狀態 要具有學習的動機 比如在教學中導課時常應用設置問題情境激疑 激發學生的學習動機 一 準備律 1awofreadiness 桑代克觀察到 在他的實驗過程中 為了保證學習的發生 貓必須處于饑餓狀態 如果貓吃得很飽 把它放進迷箱后 它很可能不會顯示出任何學習逃出迷箱的行為 而是蜷縮在那里睡覺 因此 對學習的解釋必須包括某種動機原則 這就是他所謂的準備律 換言之 學習者是否會對某種刺激做出反應 同他是否已作好準備有關 強調學習開始前預備定勢的作用 不憤不啟 不悱不發 孔子 憤者 心求通而未得之狀也 悱者 口欲言而未能之貌也 啟 謂開其意 發 謂達其辭 憤 對問題積極思考 急于解決而又不得要領 教師應給予思考問題的方法的指導 開啟思路 悱 對問題尚未考慮成熟 想說又難以表達 教師應幫助學生認識事物的本質屬性 由感性認識上升到理性認識 然后用較準確的語言表達出來 二 效果律 lawofeffect 只有當反應對環境產生某種效果時 學習才會發生 如果反應的結果是令人愉快的 那么學習就會發生 如果反應的結果是令人煩惱的 那么這種行為反應就會削弱而不是加強 例如 要是貓逃出迷箱后得到的是懲罰而不是獎勵的話 那么貓就不會再試圖跑出迷箱了 這就是桑代克著名的效果律 用桑代克自己的話來說 滿意或不舒適的程度越高 刺激 反應聯結就越加強或越減弱 Thorndike 1911 教學思考 效果律在化學學習中的應用是廣泛的 比如在習題教學中 當學生遇到無法解決的問題時 老師如果不斷給學生鼓勵以及解題思路的有效提示 學生會獲得自信 積極思考去解決習題中的問題 如果對學生出現的錯誤給予忽視或者鄙視 學生會有挫敗感 降低解題的積極性 甚至放棄 在桑代克的早期論著中 效果律既包括正強化律 也包括負強化律 這種對稱性反映了歷來的傳統 即獎勵和懲罰都可以用來控制行為 但是 桑代克在1932年出版的 學習的基礎 FundamentalsofLearning 一書中拋棄了懲罰律 在這項實驗中 桑代克還發現了 效果擴散 spreadofeffect 的現象 即 獎勵不僅增加了受獎反應的重復率 而且還增加了鄰近反應的重復率 這種獎勵的效果呈一種梯度 即 離受獎反應越遠 受其影響越小 桑代克由此認為 強化所具有的增強反應的力量 即聽到 對的 所產生的滿意效果 不僅影響受獎的刺激 反應聯結 而且呈梯度地影響鄰近的刺激 反應聯結 在桑代克的早期論著中 效果律既包括正強化律 也包括負強化律 這種對稱性反映了歷來的傳統 即獎勵和懲罰都可以用來控制行為 但是 桑代克在1932年出版的 學習的基礎 FundamentalsofLearning 一書中拋棄了懲罰律 在這項實驗中 桑代克還發現了 效果擴散 spreadofeffect 的現象 即 獎勵不僅增加了受獎反應的重復率 而且還增加了鄰近反應的重復率 這種獎勵的效果呈一種梯度 即 離受獎反應越遠 受其影響越小 桑代克由此認為 強化所具有的增強反應的力量 即聽到 對的 所產生的滿意效果 不僅影響受獎的刺激 反應聯結 而且呈梯度地影響鄰近的刺激 反應聯結 與此相關的一些心理效應1 破窗效應這個理論認為 如果有人打壞了一個建筑物的窗戶玻璃 而這扇窗戶又得不到及時的維修 別人就可能受到某些暗示性的縱容去打爛更多的窗戶玻璃 久而久之 這些破窗戶就給人造成一種無序的感覺 如果一名學生因為成績不好或有些不良的行為習慣 就給他貼上一個 差生 或 壞學生 的標簽 那么人們就會帶上有色眼鏡看他 只要他犯了一點小錯 就抓住不放 亂扣帽子 因為既然是破的東西 讓他再破一些也無妨 這就使學生得到負強化 容易導致破罐子破摔 與此相關的一些心理效應2 羅森塔爾效應 羅森塔爾效應 也叫 暗含期待效應 或 皮格馬利翁效應 它是指教師對學生未來造就的可能性 懷著暗含期待的一種深沉的情感體驗 在這種體驗當中包含著熱愛 理解 尊重 關心 信賴 愛護以及較高的人際期望 由期待而帶來的正強化 與此相關的一些心理效應3 馬太效應 新約 馬太福音 中有這樣一個故事 一個國王遠行前 交給3個仆人每人一錠銀子 吩咐道 你們去做生意 等我回來時 再來見我 國王回來時 第一個仆人說 主人 你交給我的一錠銀子 我已賺了10錠 于是 國王獎勵他10座城邑 第二個仆人告 主人 你給我的一錠銀子 我已賺了5錠 于是 國王獎勵他5座城邑 第三仆人報告說 主人 你給我的1錠銀子 我一直包在手帕里 怕丟失 一直沒有拿出來 于是 國王命令將第三個仆人的1錠銀子賞給第一個仆人 說 凡是少的 就連他所有的 也要奪過來 凡是多的 還要給他 叫他多多益善 這就是馬太效應科學家羅卜特 默特把故事中的現象稱為 馬太效應 即任何個人 群體或地區 一旦在某一方面獲得成功和進步 就會產生一種積累優勢 就會有更多的機會取得更大的成功和進步 馬太效應其實包含了正強化和負強化 三 練習律 1awofexercise 練習律是由使用律 1awofuse 和失用律 1awofdisuse 構成的 桑代克認為 一個已形成的可變聯結 若加以應用 這種聯結的力量便會增強 即使用律 一個已形成的可變聯結 若不予以使用 這種聯結的力量便會減弱 即失用律 換言之 所謂練習律 是指反應重復的次數越多 刺激 反應之間的聯結便越牢固 教學思考 練習律在化學學習中的應用體現在指導人們對所有學生進行大量的重復 練習和操作 對教師的總的勸告是 集中練習那些應結合的聯結 并且獎勵所想要的聯結 比如 在學習離子反應和氧化還原反應的時候 我們會讓學生反復練習書寫原則 風靡一時的 題海戰術 在桑代克的練習律里找到了理論依據 桑代克的學習原則 除了上述三個主要學習律 其中最主要的是效果律 之外 桑代克還提出了一些從屬的附律 或稱為學習的原則 一 多重反應 multipleresponses 律學習者對同一刺激情境可能會做出多種多樣的反應 當某一反應不能產生滿意的效果時 就會做出其他反應 直到有一種反應最終導致滿意的效果為止 教學思考 如溶液化學中常見的離子鑒別問題 學生會不斷的試誤 把題目中給出的離子兩兩搭配 不斷嘗試 分析兩者之間能發生怎樣的化學變化 直到某兩者之間能產生特征反應與其他離子區別開 二 定勢 set 律或稱 態度 attitude 或 順應 adjustment 的原則 桑代克在實驗中發現 動物可能會以某種特定的態度對待某種外部情境 這取決于它的年齡 饑餓狀態 精力狀況或瞌睡程度等 三 選擇性反應 selectiveresponse 律桑代克發現 有機體在學習時往往會有選擇地對刺激情境中的某些要素做出反應 而對其他要素不予理會 學習者正是由于能夠辨別刺激情境中各部分要素的特征 才使學習成為可能 鑒于在學習過程中 刺激情境的部分要素便能有效地引起反應 桑代克有時又把這一學習律稱為 部分活動 partialactivity 的原則 四 同化 assimilation 律或稱 類推 analogy 的原則 當有機體對新的刺激情境作出反應時 這種反應往往是與他 它 在以往類似情境中習得的反應相類似的 這實際上是一種學習遷移的原理 后來的一些行為主義者把它稱為刺激泛化 五 聯想性轉換 associativeshifting 律桑代克認為 有機體已習得的對一組刺激的反應 可以逐漸轉換成對一組新的刺激的反應 具體的做法是 先在刺激情境中加上一些新的刺激成分 然后減去原來的刺激成分 直到只需新的刺激 完全沒有原來刺激時也能喚起這種反應為止 例如 在貓的面前拎一條魚并說 站起來 經過多次訓練 以后只要說 站起來 就可以引起貓的起立反應 桑代克把條件作用看作是聯想性轉換的一種形式 教學思考 在學習酸的概念時 初中給酸的定義是 像鹽酸一樣在水溶液電離生成的陽離子全部是氫離子的化合物是酸 隨著不斷的學習 給酸的定義是 在水溶液中電離生成的陽離子全部是氫離子的化合物是酸 去掉了鹽酸這個 刺激 六 所屬性 belongingness 原理桑代克除了以動物為被試外 還以人為被試做了大量的實驗 他提出的所屬性 belongingness 原理便是從以人為被試的語言學習實驗中概括出來的 所屬性原理是指 如果學習者認識到兩個項目在某一方面彼此具有相屬關系 那么在它們之間就比較容易形成聯結 教學思考 有機化合物性質的學習 我們首先學習某一物質的性質如 甲烷 乙烯和乙炔的性質 然后再學習烷烴 烯烴 炔烴的通性 學生很容易就能接受 桑代克的學習理論指導了大量的教育實踐 對桑代克聯結說的評價 1 桑代克的學習理論是第一個系統的教育心理學理論 所提出的試誤說 學習律一直是教育心理學中爭論的焦點 對于促進學習理論的發展有積極作用2 提出的學習律和提出的副律 對于了解學習的一般進程和影響因素很有意義 3 其理論依據了一定的客觀事實 反應了學習活動的部分實際 4 以試誤說概括所有的學習 包括人類的學習 輕視意識 輕視人的主觀能動作用 是一種機械主義的學習理論 5 援引動物學習材料說明人類學習 抹殺人與動物學習的區別 是一種生物學化 還原論的傾向 6 強調原本趨向的作用 低估學習的作用 是本能主義的表現 7 提出的學習律比較粗糙 前后缺乏一貫性 黑猩猩經過人們的反復訓練 它能打開水龍頭 用水桶放水滅火 后來 人們把黑猩猩放到船上 同樣點上火 給它一個水桶 讓它滅火 但它此時已束手無策了 巴甫洛夫其人其事 巴甫洛夫 伊凡 彼德羅維奇是俄國生理學家 心理學家 醫師 高級神經活動學說的創始人 高級神經活動生理學的奠基人 條件反射理論的建構者 也是傳統心理學領域之外而對心理學發展影響最大的人物之一 曾榮獲諾貝爾生理學獎 1 巴甫洛夫的學習律 巴甫洛夫的狗 1 習得 aquisition 律根據巴甫洛夫條件作用的原理 學習就是通過條件刺激與無條件刺激的配對而引起條件反射的過程 在實驗中 條件刺激與無條件刺激可以有多種配對方法 教學思考 化學是一門以實驗為基礎的學科 但是實驗教學和實物教學在中學教學環節中一直是一個薄弱環節 根據巴甫洛夫的條件作用理論 以實驗或者實物作為無條件刺激 伴隨化學概念或化學反應的條件刺激 有利于化學概念的建立 2 消退 extinction 律消退是指條件刺激多次重復而不伴隨無條件刺激 條件反射逐漸削弱直至消失的過程 但是 條件反射的消失并不意味著這一習慣再也沒有了 在過了一段時間后 條件反射會自發恢復 但這種自發恢復是不完全的 即不可能達到原來的強度 教學思考 學生在學習科學概念前 大腦中常常會存在一些與科學概念不同的一些錯誤認識 在學習科學概念時 這些錯誤概念與科學概念相伴隨 干擾對科學概念的學習 而且這些錯誤概念在大腦中占據主導地位 但是在教師多次的引導下 學生對科學概念理解了 那么科學概念在頭腦中的地位就超越原來的錯誤概念 反之 錯誤概念又會占據上風 圖2 6實驗性消退 圖2 7自發恢復 3 泛化 generalization 律某一種條件反射一旦確立 就可以由類似于原來條件刺激的刺激引發 教學思考 學生在學習化學的過程中 原來只認識元素符號 都知道氫的元素符號為 H 但是在后來再學習離子和分子時 他可能會將H 和H2誤認為是氫元素 因為H H 和H2長的很像 四 辨別 discrimination 律當條件作用過程開始時 有機體需要辨別相關刺激與無關刺激 通過辨別學習 有機體有選擇地對某些刺激作出反應 而不對其他刺激作出反應 在條件作用中 辨別是與泛化相反的過程 教學思考 在如前所述 學生在熟悉了元素符號 離子符號 化學式這些概念之后 將不會把將H 和H2誤認為是氫元素 很清楚的辨別這些化學符號 五 高級條件作用 higher orderconditioning 律巴甫洛夫在實驗中發現 可以用其他各種刺激來替代原來的條件刺激 以喚起已確立的那種條件反射 換言之 原來的條件刺激可以在后來的嘗試中起無條件刺激的作用 例如 狗在對鈴聲形成唾液分泌反射之后 把鈴聲 CS1 與燈光 CS