变式练习的心理机制与教学设计
摘 要：变式练习是程序性知识学习的必要条件，在学生技能的形成和知识的掌握中起着举足轻重的作用。它能有助于培养学生解决问题的能力，使他们产生有效迁移。但以往的研究仅泛泛地谈到练习的作用，很少有专门的系统研究，也很少将变式练习从练习的总范畴中分离出来，区别于一般形式的练习，而重点应研究它在程序性知识学习和技能形成上的强大功效，以指导教学和学习。要构建一个在有变式练习参与下的程序性知识学习的模型，从而探讨变式练习在技能类课程的教学和学习中的作用与设计。
关键词：变式练习；程序性知识学习；技能；教学设计
一、引言
无论是知识的学习还是技能的获得，练习都是关键的一步，这已是一个不争的事实。无论是理论家还是广大教育工作者都十分重视练习的研究，从不同的层面强调练习的作用，以他们不同的方式理解练习的作用，特别是一线教师更是将练习作为提高教学和学习的必备法宝。在每一位教师的每一个课时计划，每一个课堂教学中，练习都是一个不可或缺的环节。但是因为传统教学方法的局限和教学评价的不合理性，加上应试教育的束缚，导致很多教师陷入到题海战术的误区当中，仅仅强调练习的次数，而不重视练习的质量，没有对练习进行精心设计，从而不但加重了学生的学业负担，同时，既浪费时间又没有收到成效。学生只是生吞了一些陈述性知识，却不能将知识内化到自己的认知结构当中，形成良好的技能，更不用说应用于新的情境解决实际问题。故本文拟通过对变式练习的探讨，来探讨如何使教学更适合于学生能力的提高，从而使学生花更少的时间，做更少的练习，却收到更好的学习效果，形成更稳固的技能，促进更有效的迁移。
二、练习的作用
“没有练习学生不可能学会算术，写作或西班牙语，同样，学生也不可能只是通过听讲解就能学会骑自行车”，“在把新信息从工作记忆转入到长时记忆的过程中，练习是关键的一步”。的确，在知识的学习和技能的掌握过程中，练习是至关重要的一环。没有练习的过程，我们无法想象学生如何能学到知识和技能。
几乎所有的心理学家都认为练习是学习和教学的必备环节，“许多知识的保持是通过多次练习和复习而得到提高的(Dempster，1989)。心理学家奥苏伯尔(Ausubel)在谈到发现学习的三种类型“运用”、“问题解决”、“创造”时，认为“运用”这种学习类型其实就是我们通常所讲到的“练习”，可见在奥苏伯尔看来，练习本身就是一种学习。而认知心理学家加涅更是强调练习在学习中的作用。在他阐述的学习的八个阶段当中便有一个专门的阶段留给练习——作业阶段。他认为学习过程需要有作业阶段似乎是不言而喻的，因为只有通过作业才能反映学生是否已习得了所学习的内容。在他的其他阶段也不同程度地谈到练习的作用。Mary Alice Qmter等人(Thomas H.Estes and Jan Schwab)更是将“是否有练习”作为教师教学效果的评价指标。在他们编制的教师自我评估表的九项指标中就有三项是关于练习的。这已足见练习在教学中的重要。
练习在教学和学习过程中是至为关键的一个环节。有了这个环节，教学工作便能对症下药，针对不同的学习进度安排教学，对学生的学习进行有效补偿。学生也有了一个自我检验和自我体验的机会，发现优点，找出不足，合理安排自己的学习。
三、变式练习研究
从巴甫洛夫的条件反射到斯金纳的“迷箱实验”，再到今天的认知心理学、建构主义，练习一直是重头戏。但是专门针对练习的研究却很少，而从练习的总范畴中分离出变式练习加以研究就更少了。在我国，专门针对变式练习开展研究的，要数华东师范大学的心理学教授邵瑞珍先生，她在自己主编的《教育心理学》(1997年版)一书中曾明确提出变式练习的概念——变式就是指概念的正例变化。她认为程序性知识，包括智慧技能，认知策略等，“从陈述性形式向程序性形式转化的最重要教学条件是在相似的情境和不同的情境中练习”，“练习还必须有变化，只有经过在变化的情境中练习，认知策略等才能获得迁移，才能灵活应用，促进这些知识的应用的关键是变式练习。之后，她与她的博士生一起通过对高中物理学习的实验研究，系统地探讨了变式练习在知识向技能转化的过程中的作用。通过实验发现变式练习是学生程序性编码的重要影响因素，“变式的多少显著影响远迁移成绩”，并且与陈述性知识等存在一定程度的交互作用，影响程序性编码。这可以说是目前对变式练习的比较系统和清晰的研究了。而我国另一位心理学家、中国科学院心理所的朱新明教授则与美国心理学家Simon合作，从实践应用的角度系统地研究了练习直接促进学生掌握知识和技能的机制，形成了示例演练学习理论，并创立示例演练教学法。其教学思想就是让学生通过一系列精心设计的示例演练直接获得产生式规则，不必经过陈述性知识阶段。他们将教学内容划分为各个单元，在各单元里分三步进行教学：概念学习的示例演练一规则学习的示例演练一解题学习的示例演练。对他们的研究进行分析我们不难发现，这种教学法实际上就是一个“变式练习”教学法，教师通过一系列精心设计的练习促使学生进行发现式学习，从而掌握技能。虽说他们并没有明确提出变式练习的概念，但我们不难看出其实质是变式练习在左右着整个学习过程，在学生技能获得过程中起着决定性的作用，“利用各种样例变式，引导学生对产生式的条件部分进行精细加工，以此提高学生的理解水平和解题技能”。
四、变式练习参与下程序性知识学习的模型建构
从以上对变式练习的研究和探讨，我们能很清晰地看到，变式练习的主要功能还是在于对程序性知识学习的促进作用。它不但是影响技能获得的重要因素，而且还是影响技能迁移的重要条件。正如布鲁纳(Bnlner)所指出的，早期的多样化训练，是产生理智行为的条件之一，除非学生经历某些变化，否则是难以形成一般编码的L2J206。在布鲁纳看来，一般性编码就是较高层次的规则，而这无疑就是我们通常意义上的程序性知识，或称技能，要形成这样的一般性编码就要进行变式练习。而皮连生认为，技能的获得一定要经过练习这一个阶段，他甚至将技能定义为“在练习基础上形成的按某种规则或操作程序顺利完成某种智慧任务或身体协调任务的能力”。由此我们可知，变式练习是程序性知识学习的必要条件，只有通过变式练习，学生才能将陈述性知识内化到自己的认知结构中，进一步形成技能用于解决实际问题。用建构主义的观点来看，变式练习的过程就是学生主动建构自己的知识体系的过程。通过这一过程，学生超越教材所给的信息，充分理解概念、原理和规则，建构自己的认知结构，更好地迁移到新情境当中。
美国认知心理学家安德森认为技能的获得分为陈述性知识编码和程序性知识编码两个阶段。这一观点得到普遍认可，我们根据这一理论，加入变式练习，试图重新构筑
一个学生程序性知识学习的模型，即将程序性知识学习分为三个阶段：第一阶段是示例阶段或称匹配阶段，对应于安德森的陈述性知识编码阶段，环境刺激进入工作记忆时，学生进行浅层加工后直接进入长时记忆中储存。在这一阶段，教师通过示例教学使学生将例题与解题规则匹配，编入到长时记忆命题网络当中，形成陈述性编码。此时学生还没有形成产生式规则，仅仅以陈述性知识的形式储存于长时记忆当中。第二阶段是一般性练习阶段，或称匹配巩固阶段，当学生熟悉的相似环境刺激进入工作记忆，同时激活长时记忆中已储存的上阶段知识，并解决问题。在这一阶段学生只是进行一般性的练习，不包含变式练习，只是练习与示例极为相似的情境，以使学生进一步巩固示例与规则的匹配，并初步转化产生式，用于解决熟悉情境的问题。用布鲁纳的观点来说就是学生没有将所学内容转换成一般的形式，尚处于一种较低水平的规则，还没有形成一般性编码。或者说还处于安德森理论中的转化过渡期，还没有形成程序性编码。第三阶段是变式练习阶段，或称为技能形成阶段，对应于安德森的程序性知识编码阶段。当变化了的环境刺激进入工作记忆中时，同时激活长时记忆中上阶段的较低规则，对新情境进行模式识别并操作，学生主动建构自己的认知结构，形成技能。在此阶段，学生在已有知识结构的基础上进行进一步变式练习的训练，将所学知识应用与新情境，使他们的陈述胜编码转到程序性编码，形成一般性编码系统。此时学生如果能在上两阶段学习的基础上直接正确模式识别新情境的话，则直接从陈述性编码转到程序性编码，组合较高层次规则，形成技能；否则将信息反馈，在教师的指导下完成这一阶段任务。
五、模型在教学设计中的应用
对变式练习的研究是为了能对教学工作有所帮助，减轻学生学业负担，优化教学结构，促进学生学习。这就要求我们在教学工作中充分发挥变式练习的优势，精心设计练习，促进课堂结构优化。所以我们在设计教学时就要根据学生程序性知识学习的三个阶段进行安排，认真组织教学。根据“示例一一般练习一变式练习”的模式精心安排习题，设计一般练习和变式练习，以利于学生知识获得、巩固和应用。比如在教学小学数学中的工程问题应用题时，我们可以做如下设计：
第一阶段：出示工程问题典型特征示例，教师讲解它的解题方法。使学生将工程问题的特征与解法形成匹配。示例：一项工程，甲队单独做要20小时完成，乙队单独做要30小时完成，甲乙合作要几小时才能完成?
第二阶段：因为有了上一阶段教师的讲解，学生自己进行浅层加工，将工程问题应用题与它的解法相匹配。这一阶段的任务就是设计2－3道学生熟悉的工程问题应用题进行练习，使学生能进一步巩固这种匹配，并形成较低级规则。如：一项工程，甲队单独做要15小时完成，乙队单独做要30小时完成，甲乙合作要几小时才能完成?如果甲队先做5小时，再两队合作，还要几小时才能完成?如果学生对这样的练习已经没有问题了，我们就可以进入下一个阶段，否则就要根据学生的练习情况进行适当的补偿性教学。
第三阶段：设计几道变式练习，引导学生从陈述性知识编码过渡到程序性知识编码，形成技能。如：(1)往水池里放水，如果单开进水管，要8小时将空水池注满；如果单开出水管要12小时将满水池水放完；如果在空水池情况下两管齐开，要几小时才能将水池注满?这也是一种工程问题的应用题，只是将学生熟悉的情景稍做变化而已，但这样设计，学生通过这样的练习可能就将先前形成的加法定式打破，从而开放他们的思维，然后可进一步设计下组练习。(2)有A、B两辆汽车，分别在相距800公里的甲乙两地。A车从甲地开往乙地要10小时，B车从乙地开往甲地要15小时，如果两车同时从两地相向开出，几小时能相遇?鼓励学生用最简单的方法解答，这样便促使学生将所学知识迁移，在解这个问题的时候就将工程问题解法的外延扩大到了类似的新情境，将所学知识形成一般性编码，而不仅仅局限于解决与示例相似的情境性问题。此时学生的陈述性知识编码才真正转到程序性知识编码，而获得了解工程问题应用题的规则。
六、教学中变式练习设计的方法
宁波大学心理学教授杨心德先生认为“变式练习就是指在其他教学条件不变的情况下，概念和规则等程序性知识的例证的变化”，并参照加涅的智慧技能分类将变式练习划分为概念变式和规则变式以及操作过程变式三类。由此可见，变式练习的实质就是把握住知识的本质特征不变，而适当变化知识的非本质特征，如情境、条件性知识等，也就是知识的正例变化。这样学生不论是在知识的获取还是应用阶段都能更好地排除无关因素的干扰，同时形成一般性编码系统，形成更稳固的解决问题的技能。所以我们在设计变式练习时除了考虑学生已有水平之外，更要重视设计方法的选择。
第一，把握概念内涵，扩展外延，进行概念变式。主要是指保持概念的定义本质而对其实例变化，使学生能更清晰概念的含义，进行有效辨别。如学习“鱼”后，我们可以让学生辨别鲸、海牛、螃蟹等。
第二，把握规则的产生式，适当改变情境性变量，进行规则变式。就是保持规则的本质特征，变化它的叙述部分或题型，是规则应用于新情境。如上面的工程问题变式练习。
第三，设置多样化情景，进行认知策略变式。认知策略可涉及极为广泛的领域，所以我们可以设置广泛领域的变式，甚至是交叉学科。比如为了让学生学会观察，我们可以在课堂上观察同学，到街上观察行人，看录像观察演员等等。
总之，不同的知识需要不同的变式方法训练，但要点只有一个，那就是本质不变，变化非本质特征，使知识在不同情景下应用，以促进迁移。宗旨也只有一个，就是让学生形成技能。