第一节 知识的分类与表征
在教学过程中，教师会采用不同的方法教授不同学科的知识，教学方法的选择应该与知识的分类和表征相适应。
一、知识的分类
传统上人们对知识的分类有两种：一种是按学科领域将知识分为数学知识、语文知识、物理知识、化学知识等；另一种是按知识的性质将其分为知识（狭义）和技能。这两种分类方法都是基于知识客体化的特征的。
现代认知心理学认为，知识是个体与其环境相互作用后而获得的信息与组织。储存在个体内的是个体的知识，储存于个体外的是人类的知识。按照知识在人脑中形成、表征、储存和激活的方式，认知心理学家安德森（Anderson, 1985）将知识分为两类：陈述性知识（declarative knowledge）和程序性知识（procedural knowledge）。
陈述性知识是关于“是什么”的知识，包括各种事实、概念、原则和理论等一切可以用语言清晰表达的知识。例如，你知道“中国的首都在北京”，这就是陈述性知识。程序性知识是关于“如何做”的知识，包括从事并完成某种活动所需要的动作技能、认知技能和认知策略。例如，你知道如何驾驶汽车，知道怎样编写一个程序等就是程序性知识。按照程序性知识涉及的领域可以将其分为一般领域的程序性知识和特殊领域的程序性知识。一般领域的程序性知识是指适用于广泛的领域且不与任何特殊领域有密切关系的程序性知识。如计划、探究、尝试错误，这些方法既可以用于解决应用题，也可以用于企业的产品攻关。特殊领域的程序性知识与解决特殊问题有关。特殊领域的专家应用这类特殊的知识来解决自己专业领域的问题。如钢琴调琴师能够让一架年久失修的钢琴重新发出美妙的声音。按照程序性知识的自动化程度可将其分为自动化的程序性知识和有控制的程序性知识。有时，人们解决问题时并未清晰地意识到解决问题的步骤，如开车、写字对很多人来说都是非常熟练的，这些程序性知识就是自动化的。而需要意识参与的程序性知识就是有控制的，如监控思维过程。
陈述性知识与程序性知识的区别主要表现在：第一，陈述性知识是静态的，是对事物的状况及其联系的反映；程序性知识是动态的，它通过对信息产生某种作用而使信息发生改变。第二，从获得速度看，人们获得陈述性知识的速度相对来说较快，而获得程序性知识则较慢。如儿童初次看到一辆自行车时，很容易记住这是一辆自行车，并能再认与回忆。但是要学会如何骑自行车，则需要很多次练习。第三，改变难易程度不同。对陈述性知识进行修正和改变相对容易，而对程序性知识在获得之初改变还比较容易，一旦定型成为自动化的技能，改变起来就相当困难。
阅读栏2-1 自动化程序性知识的特点及重要性
自动化的程序性知识具有四个重要特点：
第一，动作速度极快，对它们的启用，人们几乎毫无意识。例如，下面这个英文句子：The soldier drew his weapon and prepared to charge．句中Charge有两个意思，一个是“冲锋”，一个是“赊账”。对于英文阅读水平较高的人来说，理解起来毫不困难，根本没有意识到启用了程序性知识中对具有多重含义的词的选择作用。
第二，自动化的程序性知识非常准确，几乎总是产生正确的预期行为。
第三，对于自动化的知识，人们不能作出有意的影响。当我们阅读时，一个词具有多重含义，但在特定的语境下，我们自动激活知识并选择适当的词义，根本没有意识到这个选择过程，因而也无法进行控制。
第四，自动化的程序性知识一般是不能用言语进行清晰描述的。在阅读时，我们往往是看完整个句子就明白了它的意思，但是究竟怎样明白的，是如何对信息进行加工的，却无法说清楚。
通过学习和训练，将程序性知识发展成为自动化的知识，对于完成需要复杂思维技能的任务是非常重要的。在人类的信息加工系统中，工作记忆具有极为重要的作用，它不仅具有保持信息的功能，更重要的是它具有加工信息的功能。然而工作记忆本身是个能量有限的系统。如果一个任务需要占用很多认知资源，就会消耗大量的工作记忆能量，那么，工作记忆就没有足够的能量分配给其他的任务了，因此就不能实现多项任务同时并举。但是，如果在需要同时完成的任务中，有一些任务的完成仅需要执行自动化的程序，不需要认知努力与注意的参与，则工作记忆能量可以全部或大部分放在需要缜密思考的活动上。
二、知识的表征
知识的表征是指知识在头脑中的存储或组织形式。陈述性知识和程序性知识的表征是不同的。
（一）陈述性知识的表征
在人的认知系统中，主要存在三种陈述性知识的表征：命题网络、表象和图式。命题网络以事物的抽象意义为基础，不必保留外部对象的知觉信息；表象是建立在对外部事物的知觉基础上的，必须保留事物的某些知觉特征；而整块的、系统的知识则由图式来表征。
1．命题表征
认知心理学家认为，命题是陈述性知识的最基本单位，它由一个关系和一个以上的论题构成。论题是命题谈及的主题，多为名词或代词；关系是对论题的限制，是命题中含信息最丰富的成分，多为动词、形容词和副词。如“小张打算去上海”这一命题中，“小张”和“上海”都是论题，而“打算去”是关系。命题相当于观念，一个观念就是一个命题。命题通常用句子表示，但命题与句子并不等同，一个句子中可能包含几个命题，如“大个子姚明投进了一个漂亮的球”这句话含有三个命题：（1）姚明投进了球；（2）姚明是大个子；（3）这个球投得漂亮。多个句子也可能只含有一个观念，表达一个命题。
心理学家认为，信息是以命题而非句子的形式储存在头脑里的，命题代表的是观念，句子则是反映观念的形式。人们记住的是观念而非其表达形式。长时记忆中大量的信息并不是孤立存在的，而是以命题网络的方式储存的。图2-1是科林斯和奎林恩（Collins, Quillina,1969）提出一个命题网络层级结构模型，见图2-1。
图2-1 命题网络层级结构模型
（Collins, Quillina,1969，转引自张大均，2004）
2．表象
有些知识既可以用命题的形式表征，也可以用表象的形式表征。如“杯子放在桌子上”这一事实可以用命题表征，也可以用表象表征，见图2-2。有些知识则需要以表象形式表征。如“从体育馆到大剧院怎么走”，“红树林是什么样的”这样的问题都需要依靠表象来回答。空间信息或视觉信息往往以表象的形式储存。
图2-2 命题与表象两种表征形式的比较
阅读栏2-2 心理旋转
在过去的20多年里，认知心理学家对表象的性质做了大量研究，大多数研究涉及人对空间表象进行的各种心理操作。
在对表象所做的研究中，最有影响的要数谢泼德（Shepard）及其同事（1971）有关心理旋转的实验。该实验要求被试观察成对出现的、用二维图片所表现出的三维几何图形。如下图所示，这些图形要么在平面上、要么在纵面上（如图中A、B部分）进行0度到180度的旋转。此外，还向被试呈现分心图形，这些图形并非原刺激的旋转图形（如图中C部分）。实验中的被试报告说，为了确定成对呈现的两个图形是否匹配，他们须将其中一个图形在内心作不同的旋转，以发现它与另一图形是否一致。被试在对图中的A类与B类图形作不同的心理旋转（对A类图形作水平旋转，对B类图形作深度旋转）之后发现，它们是相同的，而对C类图形无论作何种旋转均无法使它们相同。
谢泼德从被试的反应时研究中发现，被试的反应时是呈现给他们的两个图形的角度差异的函数，随着图形旋转度数的增加，反应时也相应增加。这种角度差异恰好代表了被试对其中某个图形在心理上进行旋转以求与另外一方向的图形相匹配的心理操作量。这些实验表明：第一，当人在处理以空间信息或视觉信息为主的任务时，往往要使用心理表象；第二，在人对心理表象作处置时，似乎经历了类似于对实物做实际处置的过程，即被试进行心理操作（这里为心理旋转）所需的时间，随类似的实际操作所需时间的增加而相应的增加。
（引自Sternberg,2006）
3．图式
图式是指人脑中有组织的知识结构，是对某一范畴的事物的典型特征及其关系的抽象。它代表的是一般事物而非特殊事物的主要含义。图式所反映的规律性既可以是命题性质的，也可以是知觉性质的。例如，安德森列出了一个关于“房子”的图式：
房子
上位集合：建筑物
组成部分：房间
材料：木头、砖块、石头
功能：供人居住
形状：直线形或三角形
面积：100～10000平方英尺
在这个例子中，诸如“供人居住”这样的特征属于命题性的，而“直线形或三角形”则属于知觉性的。这些特征是所有房子共有的基本特征，而非某一所房子的专有特征。图式具有四个基本特征：
第一，图式中含有变化。如汽车都有发动机、轮胎等典型特征，但不同的汽车仍有很大的不同。如轿车和公共汽车不同，即使都是轿车，也因品牌不同，在外形和配置等方面有所区别。
第二，大的图式可以包括小的图式。如在“办公室”的图式中，包括“文件柜”、“文具”、“职员”、“书籍”等许多小的图式。
第三，图式可以按层级组织起来，也可以嵌入到另一个图式当中。如在“房子”这一图式中，“墙”、“房间”属于房子的下位图式，而房子又可以嵌入到高一级的图式“建筑物”当中。
第四，图式具有抽象性，能够促进推论。我们可以根据上位图式推论其下位图式也具有相同的特征。
（二）程序性知识的表征
程序性知识的特点是能够用动作或步骤表示出来，但却不容易用语言加以描述。程序性知识是以产生式进行表征的。
产生式是关于“条件—行动”的规则，包括条件项“如果”和动作项“那么”两个部分。“如果”部分规定了要执行一系列特定行动所必须满足的条件，“那么”部分则列出了条件满足时将执行的行为。有些技能比较简单，可能只需要一条产生式规则就可以完成，例如：
有些技能比较复杂，需要多个产生式规则才能完成，这些产生式构成了产生式系统。表2-1是一个教师处理不专心学生的产生式系统。
表2-1 教师处理不专心学生的产生式系统（Gagné,1993，转引自吴庆麟，1999）
现在，我们按照先后的顺序来考察表2-1的实例。在这一实例中，P1将一个目标列为自己的条件，其行动则设定了为实现这一目标所需的两个子目标；P2以P1设定的一个子目标为条件，而其行动又设定了另一子目标；P3和P4又以P2设定的子目标作为自己的一个条件；同样，P5和P6也各自含有P1所设定的另一子目标，并以这一子目标作为自己的一个条件。我们可以看到，表中的每一产生式均含有一个目标和子目标，并以此作为自己的一个条件；这些目标和子目标能使所有的产生式联结成一个有组织的目标层级的整体。
我们用图2-3表示表2-1这一实例中的目标层级。图中的框面代表了表2-1中的总目标和三个子目标，含有所谓的箭头表明各子目标间的相互关系，以及各子目标与总目标之间的联系。箭头上的称谓表示由哪些产生式负责这些联系。
图2-3 处理不专心儿童的产生式中的目标—子目标层级
（Gagné,1993）