复杂陈述性知识结构的程序化设计

蒯 龙

安徽工程大学化学与环境工程学院，安徽芜湖，241000

依据现代认知心理学，知识可以分为陈述性知识、程序性知识和策略性知识三类[1]。陈述性知识传授“是什么”，包括概念、公式和定理等，属可描述、陈述和阐释的知识[2]。程序性知识告诉人们“如何做”，包括操作流程、技术路线等技能知识，依赖陈述性知识基础但更强调过程性[3]。策略性知识是关于“怎么做”的设想性知识，属于特殊的程序性知识，重点强调策略选择、方案设计和流程调控[4]。其中，程序性知识逻辑鲜明并自带技能目标导向性和实践操作性，其学习动能易于激发。策略性知识的学习在于发挥主观能动性，容易调动积极性，颇受欢迎的讨论、启发以及角色翻转等方法非常适用于策略性知识。相比于程序性知识和策略性知识，陈述性知识是一个反映事物状态、内容以及变化原因的客观存在，其学习过程是从无到有的基础累积。初次接触的陈述性知识大多都是陌生而没有基础的，启发、讨论等方法难以应用到陈述性知识[5]，故一般性陈述性知识的习得方式基本来源于陈述、描述和阐释等常规方法。

随着学习层次的提高，特别是到了高等教育的高年级或者研究生学习阶段，学生面对的大多数陈述性知识已经不再是单一的概念、原理、图示或者理论，而是由一系列单一陈述性知识单元组织而成的系统的知识体系，这样的知识体系属于复杂陈述性知识[6]。例如，《近代测试技术》中介绍的“扫描电子显微镜”，属于陈述性知识范畴。不同于《无机化学》《有机化学》等涉及的元素、化合物、化学反应和定理等单一的陈述性知识，“扫描电子显微镜”的知识架构涵盖电子、二次电子等多个相互关联的陈述性知识单元，因此又是典型的复杂陈述性知识。复杂陈述性知识的系统性和知识单元组织的严密性决定了其比一般陈述性知识的习得更加困难与复杂。采取用于一般性陈述性知识的描述、陈述和阐释等常规方法学习复杂陈述性知识显然是困难而枯燥的。因此需要对复杂陈述性知识的特点进行分析研究，并依据其特点设计相应的方法以利于复杂陈述性知识的习得。

程序性知识同样包含若干陈述性知识单元。然而，由于各个陈述性知识单元衔接流畅并逻辑清晰，所以程序性知识的理解和习得却显得较为容易。受此启发，如果对复杂陈述性知识的结构进行程序化设计和梳理，将会大大降低该类知识的习得难度。本文针对复杂陈述性知识的特点，基于构成其陈述性知识单元间的内在联系，提出复杂陈述性知识结构的程序化理念，并呈现复杂陈述性知识结构程序化的思路和案例。复杂陈述性知识结构程序化设计的核心思想是建立合适的逻辑主线串联相应的知识模块，并装入最基本的陈述性知识单元。复杂陈述性知识结构的程序化的基本思路为：承上启下的中心原理性陈述性知识是程序化设计的“心脏”，贯穿陈述性知识单元的逻辑主线加若干概念的延伸分支是程序化设计的“骨架”，基础性的陈述性知识单元是程序化设计的“血肉”。

1 复杂陈述性知识的特点和程序化设计

复杂陈述性知识是由直接或间接相联系的每一部分知识围绕一套核心概念或原理组织而成，也是其主要特征[6]。把上述中“每一部分知识”称为陈述性知识单元，故复杂陈述性知识各个陈述性知识单元彼此独立而又相互联系。以“扫描电子显微镜”这一复杂陈述性知识为例，其主体内涵是由自由电子、自由电子的产生和加速、电子与物质的相互作用、二次电子、二次电子探测成像以及二次电子产额等一系列各自独立的陈述性知识单元围绕电子与物质的相互作用有机组合[7]。若抛开“扫描电子显微镜”知识，每个陈述性知识单元都可以独立学习。而这些独立的陈述性知识单元围绕“电子与物质的相互作用”和“作用产生的二次电子信号呈像”组织起来就构成了“扫描电子显微镜”这一复杂陈述性知识。要想实现“扫描电子显微镜”的习得，不仅要掌握其涉及的所有陈述性知识单元，还要掌握将各个陈述性知识单元组织起来的中心原理和逻辑关系。因此，复杂陈述性知识的习得难度大,尤其是“扫描电子显微镜”这类应用技术型知识还包含大量晦涩的物理学相关的陈述性知识单元[8]。

对于一般的陈述性知识，通过陈述、描述和阐释就能构建相应的知识图像。但是复杂陈述性知识如果不加设计地通过简单的陈述、描述或者阐释习得,其陈述性知识单元和组织方式是极其困难和复杂的。原因是复杂陈述性知识一般包含的陈述性知识单元较多，短时间内接触众多陈述性知识单元难以内化成学习者自身的知识体系。另外，如若不能充分理解各个陈述性知识单元的内在逻辑和功能就会出现“掩卷即忘”的学习处境。因此，对于复杂陈述性知识的学习需要打破常规的陈述、描述或者阐释，从这类知识的核心原理和组织逻辑对所涉及的陈述性知识单元进行梳理。基于此，本文提出复杂陈述性知识的结构进行程序化设计理念，即设计并采用核心概念或原理为中心的主线把各个陈述性知识单元串联。主线和技术框架带有程序性特点，类似于逻辑性强的程序性知识，易于理解和习得。以核心概念或原理为中心的主线牵引，复杂陈述性知识的学习由“默写式”向“填空式”转变，习得难度降低。

2 复杂陈述性知识结构程序化设计的思路与案例分析

复杂陈述性知识结构程序化设计的基本思路：以决定复杂陈述性知识体系存在与否的中心陈述性知识单元为“心脏”，以贯穿所有陈述性知识单元的逻辑主线加若干相关概念的延伸分支为“骨架”，把相应的基础性陈述性知识单元按照其角色或者功能装填在骨架的特定位置形成“血肉”。其中，贯穿所有陈述性知识单元的逻辑主线具有程序性特点，知识模块在逻辑主线上的次序唯一。图1是以“扫描电子显微镜”为例的复杂陈述性知识结构的程序化设计示意图。

图1 扫描电子显微镜知识结构的程序化设计示意图

复杂陈述性知识的程序化设计不仅有利于理论知识的习得，还便于相应实践环节的实物指认。下文将结合具体的知识案例对程序化设计的复杂陈述性知识的“中心”“骨架”和“血肉”的内容和方法进行讨论。

2.1 复杂陈述性知识的“心脏”：承上启下的中心陈述性知识单元

中心陈述性知识单元是驱动复杂程序性知识成立或存在的中心原理，形象地表达为“心脏”，其支撑了复杂陈述性知识的整个程序性架构。复杂陈述性知识的“心脏”具有承上启下的特征。如图1所示，首先确定“心脏”地位的中心陈述性知识单元：高能电子与物质相互作用产生二次电子，即扫描电子显微镜的成像原理[9]。该中心陈述性知识单元具有承上启下的功能特点，承接的陈述性知识模块为高能电子的获得：自由电子的产生(电子枪)和平行加速(电子光学系统和高压系统)；引出的内容是二次电子的探测(检测系统)和样品信息表达(成像系统)。事实上，扫描电子显微镜主要就是由电子枪、电子光学系统、高压系统、检测系统和成像系统组建而成[10]。上述驱动复杂程序性知识成立或存在的中心原理是复杂陈述性知识的焦点所在，地位极其重要。因此，复杂陈述性知识的“心脏”是复杂性陈述性知识学习的核心内容。中心陈述性知识单元一旦得到明确，其承接的知识和引出的内容便自然衔接，便于理解整个复杂程序性知识体系。

2.2 复杂陈述性知识的“骨架”：贯穿陈述性知识单元的逻辑主线加若干概念的延伸分支

有了中心陈述性知识单元作为复杂程序性知识的“心脏”，自然要讨论程序化设计的“骨架”：贯穿陈述性知识单元的逻辑主线加若干相关概念的延伸分支。如图1所示，把“扫描电子显微镜”这个复杂陈述性知识按照功能划分成电子枪、电子光学系统(含高压系统)、样品室、检测系统和成像系统五个主要知识模块。各个知识模块的功能依次为产生自由电子、自由电子平行加速得到高能电子束、高能电子与物质作用产生二次电子、二次电子被捕集获得样品信号和信号转换得到样品图像。可以发现，各个知识模块的功能具有严格的程序性，顺序不可颠倒。程序化的功能延伸对应的知识模块串联便构成了“扫描电子显微镜”这一复杂陈述性知识结构“骨架”的逻辑主线。另外，各个知识模块可能还涉及一些次级陈述性知识单元，构成陈述性知识结构“骨架”的分支结构。通过程序化设计的“骨架”构建复杂性知识学习的主体内容及其之间的内在联系，一方面便于系统地识记知识，同时也方便与扫描电子显微镜实物进行对应。

联系各个陈述性知识模块的内在逻辑主线是“主心骨”，一般可采用功能导向和延续的方式进行划分和设计。从功能发展的角度看“主心骨”带有典型的程序性：主线上的各个知识模块的功能具有承接关系，并按照功能产生的先后顺序依次配置。此外，某些知识模块可能还会存在陈述性知识单元细节，或并列，或延伸，形成“骨架”的若干分支。可见，程序化设计“骨架”的主线只有一条，分支却可以有多个甚至多级，由“骨架”上的知识模块性质决定。因此，复杂陈述性知识程序化设计的“骨架”是复杂性知识学习的主体内容。

2.3 复杂陈述性知识的“血肉”：基础性的陈述性知识单元

对于一个复杂陈述性知识，程序化设计的“骨架”中的知识模块及其知识脉络便合成了其主体内容，并有了全局认识和基本理解。若继续全面而深入习得该复杂陈述性知识，就需要掌握每一个知识模块的每一个最基础的陈述性知识单元，即复杂陈述性知识的“血肉”。因此，复杂陈述性知识的“血肉”是复杂性知识学习的重要组成。复杂陈述性知识的“血肉”一般属于储备的已经习得的或者通过文献资料可自行习得的一般陈述性知识。其实，有了复杂陈述性知识的“骨架”，后续的学习实际上就变成了“填空题”，把各个知识模块涉及的陈述性知识单元装填到相应的知识模块中。复杂陈述性知识的“血肉”的教学处理又回到一般性陈述性知识的学习，即通过陈述、描述和阐释即可完成。对于已经习得并储备的基础性的陈述性知识单元，明确其在复杂陈述性知识体系中的角色、功能和作用原理即可。需要提醒的是，基础性的陈述性知识单元的学习不能脱离复杂陈述性知识的“骨架”和主线。同样以“扫描电子显微镜”为例，其涉及的电子、二次电子、场发射原理等基础性的陈述性知识单元已经先期习得，故在学习“扫描电子显微镜”时的重点是认识是基础性的陈述性知识单元承担的角色和工作原理。如学习到电子时，需要关心的是“电子在扫描电子显微镜中承担的角色是产生二次电子信号的激发源，并且需要得到并与样品作用的是高能电子束”，而不是“什么是电子？电子是怎么发现的？有什么特征？”等已经储备的知识。

3 结 语

本文基于构成复杂陈述性知识的陈述性知识单元间的内在联系，提出了复杂陈述性知识结构的程序化设计并给出了基本思路，同时结合“扫描电子显微镜”这一具体知识进行讨论。复杂陈述性知识结构程序化设计的基本思路是以决定复杂陈述性知识体系存在与否的中心陈述性知识单元为“心脏”，以贯穿所有陈述性知识单元的逻辑主线加若干相关概念的延伸分支为“骨架”，把相应的基础性陈述性知识单元按照其角色或者功能装填在骨架的特定位置形成“血肉”。程序化设计的“心脏”是复杂陈述性知识的核心内容，“骨架”是主体内容，“血肉”则是重要组成。复杂陈述性知识结构的程序化设计将显著降低该类知识的学习难度，有利于学习者达到知识体系内化的效果，有利于破除由单一陈述、描述或阐释等方法引起的枯燥晦涩的学习障碍。