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问题图式培养学生问题解决能力的基石
现代认知心理学研究表明，知识在提高人的整体素质方面具有无可替代的基础性地位，知识教育在素质教育中始终具有重要的作用。学生问题解决能力的高低，不仅取决于学生掌握知识的数量，更取决于学生对知识的理解和应用。一个具有良好知识结构的人，能将知识按层次分门别类组织起来，形成稳定、清晰的知识结构，便于快速、准确地提取知识以解决问题。而问题图式作为一种结构良好的知识，可使问题清晰化、思维经济化、知识条件化和结构动态化，能大大地提高学生问题解决的能力。本文力图探讨问题图式与学生问题解决能力的内在关系、问题图式的形成与改进过程以及课堂教学中促进学生问题图式形成与改进的策略。
一、问题图式与学生问题解决能力的关系
问题图式是问题解决研究中的重要概念。专门用于问题解决的图式称为“问题图式”。它是由与问题类型有关的概念、原理、关系、规则、操作方法、操作程序构成的知识综合体，其中既有陈述性知识、程序性知识和策略性知识，还有许多有待填充的“空位”。问题图式的表征灵活，就是同一个问题，不同的学生也会形成不同的问题图式。且随着学习的深入，问题图式也会不断改组、发展和完善。
问题图式和问题解决是相互影响的。学生对问题图式归纳水
平的高低会直接影响其解决问题的速度和质量，问题解决又是构建问题图式的主要途径。在解决新问题时，人们会调用相关问题图式来指导问题解决；
而在问题解决过程中，问题图式又得以修正、概括化和精细化，进而形成新的更有实效性的问题图式。
问题图式对学生问题解决能力的培养具有重要作用。首先，问题图式是对已有问题解决成功样例的抽象和概括，既表征了抽取出来的一般性命题，又具有附属于命题的具体解决思路。因此，利用图式可以建构对问题的理解和解释，有助于学生抓住问题的关键，然后对问题作出合理的问题表征，并迅速理解问题的本质。
其次，问题图式是由若干相互联系的节点组织而成的语义网络，问题提供的信息可以激活其中的一些节点，进而激活相关图式。图式一旦被激活，问题解决者便可利用图式提供的相关知识和意义对问题缺失和隐藏的信息作出推论，预测或猜测某些未知觉到的线索。
最后，问题图式发挥着过滤器的作用。那些不能被同化的信息被过滤掉以后形成的问题图式具有高度的知识概括性和认知资源的经济性，从而达到解决问题的去情境化而产生广泛的迁移。
综上，问题图式具有知识的概括性、认知资源的经济性、未知变量的可推理性和广泛的迁移性等特点，是学生用以组织知识和应用知识的有效方式。学生掌握了各类基本问题图式结构，不仅有助于问题表征的形成，而且可以提高问题解决的效率。
二、问题图式的形成与改进过程
问题图式的形成不是直线型的或一蹴而就的。问题种类繁多，且处于不断变化中，每一类型问题包含多种具体特点，因此单一的例题显示不能有效地揭示约束条件之间的关联。图式的形成必须在多种问题解决情境下，通过对问题最基本内容或问题情境要旨的抽象才能形成。这是一个循环往复、没有终点的过程，是人类智慧的充分体现，是人类学习的最高境界。在此，笔者力图探寻问题图式形成的机制，为问题图式教学策略提供科学依据。
问题图式是在问题解决过程中，在对问题发生的情况进行思考的过程中不断调整而逐渐形成的。虽然每一个学生形成问题图式的过程不尽相同，但仍有其规律可循。当学生面对一个具体问题情境时，首先要对问题进行分析和理解，即进行问题表征，分析问题的起始状态和目标状态，了解问题的要求和约束条件，发现它们之间的联系，进而建构问题空间，从贮存于长时记忆系统中的原有知识结构或初步问题图式中提取有关信息，将当前问题与原有知识结构适当地结合起来。在此基础上，产生解决问题的产生式，找到解决问题的办法和程序。经过这样的问题解决过程的多次加工，在元认知的监控下，形成、丰富和发展问题图式。
图式归纳既是结果，也是过程。作为结果的问题图式是快速形成正确的问题表征的基础，这时图式起到了利用先前知识接纳新事实的框架作用。同时，问题表征和产生式形成过程也是图式
归纳和完善的过程。在此过程中，要对初步问题图式或先前经验进行改组和精致化，对其中的“空位”作适当填充，使之适合于当前问题情境，形成更为精致的问题图式，以方便提取和迁移。问题图式具体的形成与改进过程见图 1。
三、形成和改进问题图式的教学策略
学生解决问题的过程就是选择和启用合适的问题图式的过程，而学生对问题图式归纳的优劣会直接影响到问题解决的质量。因此，提高学生问题图式的归纳水平就显得非常重要。而问题图式的归纳水平是可以通过有效的教学策略来提高的。
1 对知识进行复述、精加工和组织，形成条件化知识
知识是问题图式获得的心理基础。专家在自己的专业领域里是效率非常高的问题解决者。研究者经过长达 40 年的专家知识研究表明：与新手相比，专家拥有雄厚的知识储备和独特的知识组织方式。因而，专家在解决问题时不仅拥有大量的经过精细加工和组织化的陈述性知识，还以自己的方式存储大量的程序性知识和策略性知识，所以能迅速形成问题图式以解决问题。因此，要想尽快、更好地解决问题，就要加强专门知识的学习，并在知识学习中促进问题图式的形成和发展。
为提高学生问题图式的归纳能力，在教学时，教师首先要让学生对知识进行复述、精加工和组织，将分散的、孤立的知识集合成一个整体，在大脑深处形成因果、源流、主次、轻重、隶属、对比等有机协调的学科知识逻辑体系，以提高学科知识的组织化
程度，让学生在大脑中形成按层次性结构方式组织起来的高度抽象与概括的学科问题图式。
其次，教师要让学生始终注意把所学知识与该知识应用的“触发”条件结合起来，形成条件化知识。在教学中如果缺乏抽象知识在具体问题情境中的应用，学生即便掌握了按照学科体系的逻辑关系组织起来的许多学科知识，也不能针对具体问题
情境加以灵活应用。现代认知心理学研究表明，学生产生式知识的形成必须经过练习达到十分熟练的程度，甚至达到自动化程度，才能变成一种心智技能。要促进学生形成条件化知识，在教学上必须要编制产生式样例题，让学生进行样例学习；
还要向学生介绍一些与现实生活相关的知识，提高知识在解决实际问题中的可检索性和应用性。
2 对问题进行深层结构表征
问题表征是指通过对问题的初始条件、目标任务及其构成要素的觉察和分析，建构出对问题的个人化理解。成功地解决问题离不开相关知识和策略等的迁移，而迁移是以对问题深层结构的表征为前提的。问题表征中要获取的主要信息是问题的深层结构信息，如何透过问题的表层意义把握其深层结构信息是问题表征的关键。
Gick＆HolyoaL 认为，形成图式需要在具体的问题解决过程中从问题表层向深层不断排除、概括和构建。表征问题时，应注意排除表层描述中不重要的或无关的信息，找出问题情境中的关
系变量及其规则，并对其加以改造，使储存的信息量降低；
对未直接表述的蕴含信息要进行分析和推断；
要将已知关系变量、推断结论及规则填人图式中，形成动态的情境表征。采用步步构建图式的方法，并结合每一个子图式形成的最后图式，具有很高的概括性和统摄性，能够解决大量的同类问题，实现广泛的迁移。在此过程中，要有意识地训练学生做如下练习，以减少盲目搜索，提高解题速度：第一，对问题进行识别和归类；
第二，根据问题特点选择合适的表征方式，如符号、表格、图形、视觉意向和语言等；
第三，辨别问题的相关信息和无关信息。
3 加强元认知能力的训练和培养
元认知能力贯穿整个问题解决过程。从知识学习过程中条件化知识的形成、问题表征、提取图式背景知识、问题解决的产生式的形成到最后形成更为精致的问题图式，都离不开元认知能力。元认知是一个人对自己的学习、记忆或思维活动的知识和控制，即人对认知的知识和监控调节。问题图式的形成和提取是一个主体在自我意识监控下的认知建构过程，如何将有关陈述性知识、程序性知识和策略性知识有机地结合在一起，形成清晰度和稳定性较高的问题图式，需要具备较强的元认知能力。
在教授学生解决问题过程中，要让学生懂得时时监控自己的认知活动是否符合目的、是否有效，发现偏差后能及时进行调节等。要通过加强问题解决过程中的意识性、方法性、执行性和问题解决之后的反馈性、总结性和补救性等自我监控成分，促进学
生与图式运用相联系的元认知能力的形成和发展。在此教学过程中，应注重以下几点：第一，要使学生充分认识到元认知能力对于问题图式形成的重要性，使他们有意识地、主动地培养和使用元认知监控进行自我调节。第二，增强学生的元认知加王体验，这是培养元认知能力的重要途径。弗莱维尔认为，元认知的功能主要表现为对认知过程的监视。主要包括四种成分：元认知知识、元认知体验、目标(或任务)、行动(或策略)。其中，元认知体验是最活跃的因素，它能够对其他几个因素产生强烈的影响，能够激起对目标和元认知知识的意识和修正，能够激活策略的使用。第三，探索快速高效地培养元认知能力的方法，对学生进行元认知的训练。培养元认知能力的方法灵活多样，许多理论和实践工作者进行了尝试，探索出了目标明确、主动发展、直接指导、尝试和修正、示范、出声思维、绘制流程图、经常性反思等教学方法，对于促进学生主动控制问题解决过程具有参考价值。教师可以根据不同的教学内容、不同学生的具体情况，适时、适当地采取相应策略培养学生的元认知能力，促进学生从他控向自控转化，把教学过程中教师的提示转化成学生的自我监控。
4 进行样例学习
样例学习是指从具有详细解答步骤的例题中归纳出隐含其中的抽象知识来解决问题。大量实验证明，样例学习能够促进图式知识的形成，还能节约教学时间。在样例学习过程中如何防止行为主义强化训练倾向，归纳出问题解决的图式，是提高学生问
题解决能力的关键。
借鉴马歇尔基于计算机培训的图式训练计划中的教学模式和本人的教学实践探索，认为样例学习可按以下程序和方法进行。
首先，向学生呈现新问题，要求其建立与之相配的图式原型。可使用一系列具有相似表面特征的实例对相关原理进行阐述，建立图式原型并训练学生对其加以区分。
其次，进行图式精加工。为训练学生明确图式的细节，每次提供一个图式，使用具有不同表面特征的例子概括潜藏其下的图式要素，抓住图式的关键元素，将样例信息细化并整合人图式原型中，并向学生呈现抽象的信息(定义或原理)，以促进其更为有效地学习。每两次建立图式的课程之后，安排一次图式间辨别比较的练习。
再次，建立元认知技能。主要任务是发展学生与图式运用相联系的计划和监控能力，教会学生制定解决问题的策略，包括何时选择某一图式，选择的原因是什么等。一些复杂的问题可能需要若干个图式，也可能需要对图式进行改变或重组，这时应注意引导学生应用多个图式解决复杂问题。要鼓励学生运用元认知能力制定问题解决的步骤和过程，并根据需要适当调整。
最后，问题解决。要求学生建立与各图式相联系的问题解决程序。学生在确定了选择何种图式用于问题解决之后，要调用其元认知能力解决具体的问题。在此过程中，教师需要给学生提供
及时的反馈，以加速其问题解决的进程。此外，在问题还没有完全解决的时候，还应根据需要采取适当的补救措施，以使问题得到完满的解决。
在此过程中，要注意样例学习的方法，具体步骤如下：
第一，加强学生的出声思考训练。通过出声思考训练，让学生能顺畅地陈述自己的思维方式、心理图式、知识状态的变化等隐性知识。许多学者研究发现，言语活动有利于减少学生思维的盲目性，能引发执行的控制加工过程，使注意集中于问题的突出方面或关键因素。因此教师在教学中应要求学生明确描述问题间的结构相似性，帮助学生对同类问题和问题的变式进行概括和归纳。教师可运用出声思考法或绘制问题行为图表述其问题解决的过程，或把专家解决问题的过程录制下来放给学生观看，使学生明了应用图式解决问题的每一个细节，使其内在思维过程外部言语化。教师要对不同问题解决水平的学生在问题解决时的内在思维过程进行对比分析，揭示他们在问题表征、知识结构、认知策略等方面的差异及产生的原因。对问题解决能力低的学生采取知识的或策略的补救措施，以弥补其起点行为的不足。在进行出声思考训练时，应该为学生创造一个民主、宽松、融洽的课堂环境，使学生喜欢、愿意而且敢于用言语表达其看法。
第二，进行变式练习。问题图式是对某一类别具体问题的要素的抽象。对问题的抽象有不同的水平。cick&Holyoak 认为，最佳的抽象水平应该是“两个表征之间的相似最大，差异最
小”。从图
式形成来看，必须有同样规律的信息经常引起学生的注意，并进入学生的记忆中，在学生的加工记录中反复出现，才能有助于学生消除与规律无关的信息或加工环节，抽象出问题本质成分。这就必须进行变式练习。
在进行变式练习时，教师要教学生确认属于一定范畴的各样例的相似性，提供在无关特征方面广为变化的正例，以及与正例相匹配的反例。帮助学生舍弃样例中的无关特征，确认关键性信息并作出表征，以减轻工作记忆的负担。当出现与现有图式不能适用的冲突情况时，教师要引导学生寻找冲突的情况与图式能够适用的情况之间的差异，并将这种差异结合进原有图式，使认知结构扩大，构建网络化的知识结构。教师或教材应给学生提供造成原有图式误用的冲突情境，促进学生去寻找对某一图式的更精确的理解。变式应围绕规则展开，要让学生能通过变化着的问题情境进行规则的概括和提炼，内化为自己特定的知识结构。变式练习可以围绕预设的图式，随着概念、原理的学习进行积累性的练习，也可以在概念、原理学习过程中的适当时段，进行相对集中的练习，然后以小时段形成的小图式连成大时段的大图式。通过这样的练习，学生头脑中就会形成初步的关系结构图式。随着学习水平的提高，图式还会进一步扩大、完善和发展。虽然问题是无法穷尽的，但是有了这样的图式，学生就可以解决相当多的同类别中的问题。
第三，进行开放式训练。图式概括性强、迁移范围广，在样
例学习中如果能够从某一情境进行辐射，将同类操作模式结成网络，将有利于形成学科领域问题图式。这种通过辐射、连接同类问题的训练策略称之为问题图式的开放式训练策略。样例学习进行到一定程度，可以采取开放式训练策略进行总结和概括。在理科问题解决训练中，可以采取“无特殊条件”和“无特殊问题”两种方式。无特殊条件的题目要求学生在没有具体条件的情况下解决问题。如在平面几何中，证明三角形相似有几种方法?这就要求学生对解题思路进行归纳，形成某一学科领域的问题图式。无特殊问题的训练是只提供条件、不指出特定问题的方式，这类问题情境减少了问题或目标的特殊性，可以促使学生尽可能地去寻找问题可能涉及的已知量和未知量及其关系。类似训练在文科教学中同样有广泛的效用。如作文写作，可以围绕某一主题进行立意训练，也可以某种写作手法为主进行训练等。这样一种半规定半发散的训练方法，可以促进学生问题图式的有效形成。
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