化學學習論
化學學習係統
研究化學學習，既需要把它放在社會大背景中加以考察，又要把密切地相互聯係和相互作用著的各有關因素作為一個整體加以研究，即對化學學習做係統的研究，才能正確地定位和形成科學的認識。
隻是采用整體的、綜合的方法對化學學習係統進行考察是不夠的。為了深入地研究化學學習，還需要采用分解的方法、分析的方法。對化學學習進行科學分類，可以適應這種需要。
這裏分別采用上述兩種方法對化學學習係統和化學學習分類進行討論，可以為以後各章作好必要的準備。實際上，各種化學學習類型是化學學習係統在不同條件下的特殊表現，化學學習分類跟化學學習係統是密切聯係著的，它們之間是特殊與一般的關係。
化學學習係統
化學學習係統是由相互作用和相互聯係的若幹組成部分（要素）以一定的結構方式結合形成的、具有特定功能的有機整體，又是它所從屬的化學教學係統的組成部分。
一、化學學習係統的組成與環境
化學學習係統主要是由相互作用和相互聯係著的學習者、化學學習內容及其物質載體以及學習組控者三個要素組成的。要明確了解這個問題，需要具體地考察化學學習活動。
所謂化學學習，是指學習者學習化學的活動，學習者是這個活動的主體，而化學知識、化學技能等等是學習的對象，或稱為化學學習活動的客體。學習者學習化學不是憑空進行的，通常總是通過聽講、閱讀、實驗或者通過觀察物質及其化學變化來進行。例如，學習者在學習關於一氧化碳的知識時，他（她）可以通過聽取教師的講課來獲得有關知識，也可以通過閱讀有關書籍來獲得，還可以通過觀察實驗表演或者親自做實驗來獲得關於一氧化碳的知識。如果沒有教師的講課、沒有閱讀的書籍，也沒有觀察和實驗，學習者是不可能係統地學得關於一氧化碳的知識的。
可見，學習者學習的化學內容總要有一定的物質表現形式，化學學習內容是通過它的物質表現形式來作用於學習者的。我們把這種物質表現形式稱為化學學習內容的物質載體。化學學習內容的物質載體除了書籍、語言以及有關的聲像材料以外，還有化學的實物、模型、圖表，特別是用來進行化學實驗的化學儀器、試劑以及化學實驗設備等等。
有了具體的學習客體之後，學習者是不是就可以進行化學學習了呢？粗看起來，這個問題的答案是肯定的。其實，這裏還缺少一個比較隱蔽的因素——學習的組織、控製因素。這是因為，在一般情況下，並不是隨便拿一本化學書籍或者提供某些實驗器材就可以進行化學學習的。給學習者提供的學習材料應該是經過選擇並且按照一定要求編排和設計的。此外，還需要對學習者的學習活動提供引導、指導、調整、控製……使學習者按照一定的路線、策略、步驟、方法和方式學習，才能達到學習化學的目的。這些選擇、編排、設計、組織、引導、指導、調整、控製工作通常已經蘊含在教師的講授中、教科書中以及學生實驗材料中，容易使人熟視無睹、忽略它們的存在。實際上，就一般情況來說，它們是必不可少、不能忽略的。否則，學習者麵對繁雜、陌生的化學科學知識就無從下手、困難重重，學習效率大大降低。進行選擇、編排、設計、組織、引導、指導、調整、控製工作的主體——教師或者教科書的編者，可以稱為學習組控者，他們是化學學習係統第三個重要組成部分。
化學學習係統由多種要素組成。除了上麵說到的以外，還有學習輔導材料和參考資料、課外活動輔導人員、實驗管理人員等等。這些要素對學習者的化學學習也有一定作用，但在程度上稍遜一籌，並非必不可少。主要的要素是學習者、化學學習內容及其物質載體和學習組控者，這三者按照一定方式相互作用和相互聯係著，組成化學學習係統這個有機整體架構。
在化學學習內容的物質載體中，化學實驗設施（包括化學儀器、藥品、實驗室和有關設備等）具有特別重要的意義。這是因為，雖然聽取教師的講課和閱讀教科書也能使學習者形成化學的表象和概念，但這是必須以學生通過觀察、實驗對物質和化學現象直接知覺為基礎的。例如，學生在聽到或看到“一氧化碳在空氣裏能夠燃燒，燃燒的時候發出藍色的火焰”、“點燃一氧化碳和空氣的混合氣體可能發生爆炸”等論述時，就會利用先前觀察氫氣燃燒火焰、點燃氫氧混合氣體發生爆炸等實驗所形成的表象，通過想象形成對一氧化碳的有關表象。
從根本上說，沒有化學實驗設施這種物質載體，語言和書籍也不可能成為化學學習內容的物質載體。化學實驗設施是化學學習係統的重要組成因素，這是化學學習係統不同於其他學科學習係統的顯著特點。因而，化學學習係統是一種複雜的、特殊的人—人—物係統。
教師和教科書編者都是最常見的學習組控者，但他們的作用方式不同：教師通常總是直接地對學習活動起組控作用，後者則是通過教科書或教師間接地起作用。他們可能同時對學習者起作用，也可能單獨地起作用。
在學生獨立地閱讀（自學）化學教科書時，是由教科書編者通過教科書對學習起組控作用。這意味著，雖然學習組控者是係統必不可少的組成部分，但教師並不總是必不可少的。當然，從廣義上說來，教科書編者也是教師，是不跟學習者見麵的教師。
學習者本身對學習也有一定的自組控作用，並且這種自組控作用隨著學習者的學習經驗和學習能力的增長而增長。在學習者具備了較強的學習能力、初步形成比較完備的化學認知結構時，他就可能主要地、甚至完全地由自己來對學習起組控作用，從而使係統在開放的環境中進一步自組織化。
化學學習係統是化學教學係統的子係統，教師（或學習外組控者）是施教子係統的主體部分，化學教學係統的這兩個子係統中各有一個不同的主體，學習者既是學習子係統的主體，又是施教子係統的作用客體。學習子係統與施教子係統密切地相互聯係、相互作用著，因而很難把它們截然
圖1-2化學學習係統各要素以及環境之間的相互聯係和相互作用
說明：虛線箭頭表示作用可能存在也可能不存在。
分割開來。
圖1-1表示了化學學習係統的組成和環境。圖中用括號注明學習者是學習活動的主體。由於教科書也可能起組控作用，而教師的講授也是化學學習內容的物質表現形式之一，所以化學學習內容及其載體與學習組控者兩個圓有部分重疊。圖1-2比較具體地表示了化學學習係統各要素之間複雜的相互聯係和相互作用，圖中用鼓形框表示三大要素，方框和箭頭表示相互聯係和相互作用，圓圈表示作用的內容。圖1-1和圖1-2都表示出社會是化學學習係統的環境，後者還進一步表示了社會跟化學學習係統之間相互聯係和相互作用的內容。
二、化學學習係統的功能與結構
化學學習係統跟其環境——社會之間既有物質的、能量的交換關係，又有信息傳遞存在，是一種複雜的、動態的開放係統。社會向化學學習係統提出學習的任務和要求、規定學習的目的、提供化學和化學教育的經驗、提供化學實驗設施等化學教育的物質條件以及學習環境；而化學學習係統則以學習者掌握前人積累的化學經驗的精華、形成解決化學問題的能力，成為社會所需要的人才，適應社會發展乃至進一步豐富和發展人類的化學經驗來滿足社會的需要。這是化學學習係統在社會環境中所能發揮的作用，是化學學習係統的根本的功能。
一個化學學習係統的具體功能取決於它的結構。所謂係統的結構，是指係統各要素之間一定的秩序或組織形式，包括各要素之間的作用方式在內。一定的係統結構決定著一定的係統功能，一定的係統功能必定與一定的係統結構相對應。圖1-3是化學學習係統的一些基本結構形式：
學習者通過接受教師講授的教科書內容（聽課）來學習化學。
學習者通過觀察教師演示實驗和聽取講解學習化學。
學習者在化學教師或教科書組控下運用教科書學習化學。
學習者在化學教師或教科書組控下通過實驗學習化學。
學習者通過相互討論學習化學。
⑥學習者通過解決問題學習化學。
圖中的單線箭頭由作用主體指向作用客體，虛線箭頭表示反饋作用，它可能存在、也可能不存在；雙線箭頭表示有關的學習活動。所謂運用教科書學習不隻是閱讀，還包括口頭和書麵練習等活動在內。其中，形式—⑥可能是在教師或者教科書組織、控製下的學習，也可能是學生自行組織、控製的學習，還可能是幾方共同控製的學習；當沒有教師直接參與時，學習具有自學性質。化學學習係統還可能具有其他的結構形式，圖1-3隻列出了一些主要的、常見的類型。
化學學習係統的同一種結構在不同條件下可能具有不同的功能，而相同的功能也可以通過不同的結構來實現。例如，圖1-3中的結構、、⑥都既可以使學習者掌握某些化學知識，也可以使學習者形成某些化學技能，還可以使學習者形成和發展化學實驗能力等等。但是，不同結構的相同功能在程度上和效果上有所差別，所需條件也有所不同。仍以結構、、⑥來說，結構比較適宜於培養學習者的化學實驗技能，結構比較適宜於使學習者掌握化學知識，結構⑥則更適宜於培養學習者解決化學問題的能力。
三、化學學習係統的控製與運行
根據學習主體對控製部分的反饋是否存在，可以把化學學習分為操縱型和調控型兩種類型。當反饋不存在時，控製部分與學習主體之間形成開環單向耦合係統，相應的學習為操縱型（圖1-4）；當反饋存在時，控製部分與學習主體之間形成閉環雙向耦合，相應的學習為調控型（圖1-5）。
調控型化學學習係統雖然是一種閉環係統，但它與環境存在相互作用，是開放的、而不是封閉的係統；其內部的控製作用和反饋作用都通過信息來實現，存在著信息反饋作用，因而是一種控製論係統。
化學學習係統中的控製作用主要有穩定控製、程序控製、跟蹤控製和最優化控製四種基本類型。
穩定控製就是不管環境發生怎樣的幹擾，被控係統總是穩定在某一狀態。
程序控製則是使係統狀態的變化符合隨時間而變化的某種程式。
跟蹤控製又叫隨動控製。是使被控係統能隨著預先不知道的外來信號的變化來相應地改變自己的狀態。
最優化控製則在於找到和實現一個適宜的控製變量，使化學學習成果達到最優。
教科書所起的控製作用通常是一種固定化的程序控製。教師的控製方式可能有多種，教學方法不同，所實行的控製方式往往不同，在同一教學過程的不同階段實施的控製方式也可能不同。
化學學習係統的功能是在係統運動過程中實現的。在係統運動過程中，係統內各要素的相互作用以及係統跟環境的作用都可能使係統的狀態發生改變。係統運動過程形成了係統的行為，使係統在特定條件下發揮一定的功能。
跟化學學習係統運行有關的因素有化學學習目標、化學學習材料、化學學習方法、化學學習媒介、化學學習條件以及學習者的狀況等，它們都是係統的變量，決定著係統的運行情況和狀態的改變。這些變量之間存在著一定的聯係，具有某些對應規律。例如，對不同水平的化學學習目標、不同的化學學習內容，所適宜采用的化學學習方法不同；化學學習條件不同時，化學學習媒介、化學學習方法會相應地不同，等等。這些因素有不同的組合方式，因而可以形成不同的化學學習類型。在研究這些因素時，要從整體的角度出發，注意它們之間的關聯，不能孤立地進行。
從時間延續順序來看，化學學習係統的運行表現為由定向和準備階段、展開學習活動階段和檢測評價階段銜接組成化學學習過程。化學學習過程具有一定的時間結構，它是化學學習論的重要研究課題之一。
四、化學學習係統的特點
研究化學學習係統必須注意了解它的特性。化學學習係統除了具有一般係統所具有的整體性、層次性和動態性以外，處於良好狀態的化學學習係統還應該具有下列特性。
1.學習者的主體性和各要素的協調性
係統內各要素都能為實現係統的整體功能充分地、協調地發揮作用。其中，學習者不是被動地接受輸入信息，然後儲存、轉換、加工或輸出信息，而是作為化學學習活動的主體，主動地按照最優化目標和最優化過程展開活動、不斷地改善係統的結構和功能，其他要素都圍繞這一主體發揮作用；在學習者達到一定的發展水平以後，學習組控者的組控作用逐步讓位於學習者的自組控作用，實現學習者的進一步發展和完善。此外，教科書和實驗設施都能恰當地、充分地和高效率地得到應用。
2.明確的目的性和良好的抗幹擾性
係統的行為、功能有一定的方向，目標明確，不輕易偏離或中止。在係統為實現化學學習目標而運行的過程中，能識別外界影響的性質並且作出適當的調整，抵製不利於實現化學學習目標的幹擾，維持係統正常的內外聯係和運行秩序。
3.有序性和穩定性
化學學習係統雖然複雜，但其組織結構和功能行為都雜而不亂，係統的運行過程能循著一定的規律有條不紊地進行，特別是學習者的行為、思維都具有邏輯性和條理性。係統跟外部環境間的物質、能量和信息交換同樣能維持有序和穩定的狀態。
4.適應性和自組織性
係統能在外界環境改變或者係統內部某些要素發生較大變化時，自行調整自己的結構和運行變量（例如學習目標、學習方法等等），使係統進入新的有序和穩定的狀態，在變化的環境中保持或者取得可能的、甚至最好的係統功能。
5.發展性和潛能
隨著學習的不斷進行，係統能積累經驗，不斷改進自已的結構，增強自己的功能，促進學習主體的身心發展；係統的協調性、目的性、有序性、穩定性等品質以及運行效率不斷提高；學習者不但掌握了更多的化學經驗、解決化學問題的能力不斷發展，而且其主體作用也進一步加強；係統對新環境和新條件的適應性相應地提高，在發揮現有功能之餘還有可以挖掘、開發的潛力，其潛在功能隨著係統的發展而加速地增長。
化學學習係統是一種非線性的開放係統。當係統麵臨一個新的、需要解決的問題，而係統原來的結構又不能適應、無法解決時，係統會遠離平衡、進入混亂無序的狀態。通過不斷地跟外界交換物質、能量和信息（尋求和接受啟發、幫助，采用新的手段，輸入更多信息等），在外界條件的變化達到一定的閾值時，係統可以從原來的混沌的無序狀態轉變為一種在時間、空間和功能上新的有序狀態，不但解決了新的問題，而且學習到了解決新問題的方法，形成了解決新問題的能力和學習主體新的化學認知結構。
化學學習總是不斷地深入和發展的，解決了一個問題、完成了一項任務後，學習主體又會麵臨新的問題和任務，因而化學學習係統的不平衡狀態是經常的、絕對的，其平衡狀態是暫時的、相對的和不穩定的；另一方麵，化學學習係統能夠不斷地形成新的有序結構，使問題和任務得以不斷地解決，學習主體逐步地發展。
化學學習係統經常地作為遠離平衡的開放係統而形成新的有序結構，它正是普利高津所謂的“耗散結構”的一個複雜例子。熱力學的研究發現，形成耗散結構需要有負熵流輸入，才能使係統擺脫混亂狀態、增加有序程度。“問題”就是使化學學習係統有有序的負熵流，因而問題學習法常常能取得較好的學習效果。
化學學習的分類
化學學習具有廣泛性、複雜性和多樣性，在研究化學學習時，對化學學習作適當的分類，在此基礎上逐一研究各種類型，有利於對化學學習進行比較精細和深入的研究。這是一種分析的方法，這種方法不同於從整體角度進行的係統的、綜合的方法，它跟係統、綜合方法既相互區別又相互補充、相互依賴和相互聯係。
一、化學學習的分類原則
學習分類問題是學習心理學的一個比較活躍的研究領域，許多學習心理學家從不同的觀點和出發點提出了不同的學習分類法，有的還產生了比較大的影響，被廣泛地采用。
例如，美國教育心理學家加涅（R.M.Gagne）把學習分為信號學習、刺激—反應學習、連鎖學習、詞語聯想學習、辨別學習、概念學習、規則學習和問題解決學習8種類型。這8種類型在化學學習中都是存在的，撇開比較明顯易見的詞語聯想學習、辨別學習、概念學習、規則學習和問題解決學習不談，例如，對爆鳴聲的懼怕反應及其消退即屬於信號學習；形成從某些化學文獻資料中找到常規問題答案的經驗，可以視作刺激—反應學習的結果；化學操作技能學習乃是使學習者形成有一定序列的多個刺激—反應聯結的連鎖學習。
在加涅的學習分類中，既有跟反射有關的學習，又有跟知覺有關的學習，因而是折衷主義的。不過，他的折衷主義集中在解釋得不夠明確的行為主義方麵，是偏重於行為主義的折衷主義心理學，他的分類也主要是根據行為主義觀點。
1977年加涅對他的學習分類作了改進。他把前四類，即信號學習、刺激—反應學習、連鎖學習和詞語聯想學習，作為學習的基本形式。他認為，這四類學習聯結可以用係列的方式放在一起以產生連鎖和言語順序，由聯結所組建的這些順序和連鎖可以分化為各種進一步學習的對象，從而產生辨別學習、具體概念學習、定義概念（抽象概念）學習、規則學習、問題解決（認知策略）學習和言語信息學習等，它們的學習等級是漸增的。此外，加涅還加上了運動技能學習和態度學習兩種類型。
加涅的學習分類法考慮了學習情境和學習過程本身的繁簡程度，是可以借鑒的。但是，這種分類法比較複雜和抽象，未能充分反映學生學習的特點，主要對實驗研究的設計有用，而對實際的學生學習研究的作用有限。
我國心理學家認為，對學習進行分類時，首先應該區分動物的學習與人類的學習，其次還應該注意人類的一般學習與學生學習的區別，學生的學習也應該依據學習的對象而適當地區分。
從學習的功能和動力來說，動物的學習僅限於消極適應環境變化的要求，而人類的學習不但不局限於滿足個體的生理需要，更主要的還在於滿足其改造現實和適應社會生活的要求，有著豐富多樣的學習動機。從學習的形式和內容來說，人類不僅以親自直接經驗的方式獲得個體經驗，而且還在同其他人交往過程中，以間接經驗的方式去掌握前人經驗、獲得個人經驗，這是動物根本不可能有的。從學習的機製來看，動物的學習局限於第一信號係統，而人類的學習除了第一信號係統外，還有第二信號係統的活動，人的學習要比動物的學習複雜得多。