卡皮克重復提取理論在無機化學教學中的應用實踐

李靖　東佳玲　陳艷　岳瑋　堵錫華

（徐州工程學院化學化工學院，江蘇徐州221111）

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卡皮克重復提取理論在無機化學教學中的應用實踐

李靖*東佳玲陳艷岳瑋堵錫華

（徐州工程學院化學化工學院，江蘇徐州221111）

針對化工專業學生對無機化學的學習主動性不高、興趣淡薄，課堂教學質量不理想等現狀，將卡皮克重復提取理論用于無機化學的教學實踐，旨在提高無機化學的課堂教學質量。通過3年的教學實踐結果對比表明：重復提取理論有助于學生“編碼和提取”信息，且在無機化學原理和元素化學教學中均具有可實踐性，學生學習績效明顯提升。

重復提取理論；無機化學；編碼和提??；學習績效提升

卡皮克重復提取理論是美國的研究者Karpicke［1，2］在“提取過程對學習的促進”研究中得出的理論成果，他認為重復提取比細化學習更能促進學習的發生和記憶的保持，“信息編碼”是將信息存入大腦的學習過程，“信息提取”是回憶存入大腦中的信息，并能用語言輸出的過程［1-3］。筆者根據對徐州工程學院化學化工學院應用化學專業2011-2012級學生學習無機化學的學習情況的調查結果，以及學校的教學要求，以提高無機化學的教學質量為宗旨，在2013-2014級應用化學專業的無機化學教學過程中注意教學方法轉換，在課堂教學過程中滲透“卡皮克重復提取理論”，以提高學生對無機化學的學習興趣和課堂參與度。通過實踐對比平行班的學習成績得出結論：卡皮克重復提取理論更有助于學生的信息“編碼和提取”，在無機化學原理和元素化學教學中均具有可實踐性，有利于提高課堂教學質量，學生學習績效明顯提升。

1　確定用對比分析法考核“卡皮克重復提取理論”的教學實踐效果

1.1確定“重復提取”理論實施過程中的不變因素

（1）筆者一直擔任徐州工程學院應用化學專業的無機化學教學工作，且致力于提高無機化學的課堂教學質量，積極進行教學改革實踐。其他專業的無機化學教學工作由其他教師承擔，但具有相同或更高的職稱/學歷，不會因為任課教師的教學水平導致對比誤差。

（2）同一年級的應用化學專業的學生在入校分班時被平行分班。平行班學生的學習能力和化學知識背景相似，學習的接受能力相近。同年級中應用化學專業和化學工程與工藝專業對專業基礎課的要求一致，且高考錄取分數線相同，并有相同的科目等級要求。不同年級的學生背景之間差異性不容易比較，但是應用化學專業學生在入校的錄取分數上均為二本分數線上3-5分，因此可認為同年級不同專業，以及不同年級的應用化學專業學生的學習背景相近。

（3）在理論實施的過程中，進行定量考核實施效果所用試卷題目有區分度，但歷年來應用化學專業的期末試卷的難易程度相當。由于大學的教學課程原則上一個專業只開設一次，為了比較該理論在教學實踐中的可實施性，我們選擇從相同/相近專業的平行班進行比對分析。

1.2定性分析重復提取理論的可適性

在徐州工程學院的無機化學教學大綱中，課程內容分兩個學期進行，無機化學上下冊分別對應的教學內容是化學原理和元素化學。筆者將重復提取理論指導教學過程的班級視為實驗班，以普通教學指導教學過程的班級視為平行班。首先選擇在元素化學教學中進行重復提取理論的實踐應用，根據學生在實踐教學中的表現和配合度，確定了該理論的可適性。然后再將該理論用于邏輯性強、理解為主的化學原理教學。

1.3定量分析重復提取理論對學生學習績效提升效果

將期末考試成績作為量化標準，通過對比分析實驗班與平行班的期末考試成績，包括知識點得分率的數據，確定重復提取理論在元素化學和化學原理教學中的效果，得出重復提取理論在無機化學教學中是否具有可實施性。

2　圍繞卡皮克重復提取理論在無機化學教學中的實踐開展的教學研究

2.1常見教學改革指導下的元素化學教學方法的改進與實施

采用普通教學改革實踐指導2012級應用化學專業1、2班（下文簡稱“12應化1、2”，其他年級同）的元素化學教學，通過運用常規教學方法、教學理念，提升課堂教學的教學質量。主要體現在以下幾方面：

（1）注重理論和實際應用相結合。在課程講解過程中注意舉例與生活相關的練習，增加學生的學習興趣和好奇心；同時也要引入最新的科研動態和專業知識前沿，培養和提高利用理論分析和解決實際化學問題的能力，從而激發和調動學生學習元素化學的興趣和熱情［4，5］。

（2）教學中體現“三分教七分學”中“學”的主動性和自覺性。不但要在教學過程中注重教師的教學方法、教學模式要與教學內容相匹配，同時引導學生自主學習的習慣，培養學生的自學能力。

（3）注重利用化學原理解釋元素化學中的知識點，從多個相似的“個案”中找“規律”。簡單而言，就是在教學過程中教師引導學生將化學原理的知識與元素化學的知識聯系起來，要利用化學原理解釋現象。

2.2卡皮克重復提取理論在元素化學教學中的教學實踐

2.2.1確定理論實施對象和重復提取的內容

第一，選擇13應化2為實驗班，是由于學院的教學任務實施規定我擔任應化專業的任課教師；第二，確定元素化學教學作為卡皮克重復提取理論實施的內容，是緣于元素化學中記憶性內容較多，零碎的記憶片段是學生容易遺忘，或者容易混淆的。同時又因為元素化學的教學內容相對簡單，學生容易理解和掌握知識點。

2.2.2重復提取理論的元素化學實踐教學結果比較

表1為徐州工程學院化學化工學院12應化1、2，13應化1、2在元素化學期末考試中的情況分析。在元素化學的教學中，13應化2為實驗班（運用重復提取理論指導教學實踐），13應化1和12應化1、2為平行班（運用普通教學改革方法指導教學實踐）。通過橫向和縱向比較表1的數據，實驗班的高分數段（＞80）人數明顯多于平行班；平行班的3個班級中在各分數段的人數相差無幾。與之相對應的實驗班的不及格人數也大為減少。這個結果初步表明該理論在元素化學的教學過程中具有能動作用，能夠促進和提高元素化學的課堂教學質量。

表1　2012-2013級應用化學專業學生在元素化學期末考試中的情況

2.3卡皮克重復提取理論在化學原理教學中的教學實踐

通過卡皮克重復提取理論對元素化學的教學提升效果，以及該理論在實踐中總結的經驗，我們將該理論用于原理性強、理解能力占學習主導的無機化學原理教學。以2014-2015學年第1學期同時學習無機化學原理內容的14應化1、2和14化藝（化學工程與工藝專業）1、2為研究對象，其中14應化2為實驗班，其他班級為平行班。表2和表3給出了4個班級在期末考試中的成績（各分數段的人數占班級總人數百分比，以及不同題型的得分率）。通過平行班與實驗班的數據對比分析得出：第一，實驗班的高分數段人數明顯高于其他3個班級，且不及格人數也顯著下降。第二，實驗班在各考查點的得分率均高于平行班，且在計算題和選擇題的得分上占有領先優勢。

結合表2和表3的數據，從考查題型的得分率分析卡皮克重復提取理論對無機化學原理教學的提升，體現在：第一，就基礎知識的掌握情況而言，重復提取理論的“編碼”過程有助于學生鞏固大腦中的存儲信息，并靈活提取“編碼”、解決相關問題。第二，在提高題與難題的靈活性考查方面（如計算題和簡答題），重復提取理論有助于銳化試題的區分度，在發掘學生思維廣闊性和全面性的同時，更是提高了學生水平的區分度，為學有余力的學生在理論研究時提供深入的空間。第三，在有意識地重復提取理論教學的知識灌輸下，學生對信息的“編碼和提取”切換模式更加靈活，避免了對考題模棱兩可、無從下筆的情況，高分人數增多。

表2　2014-2015學年第1學期14化藝、14應化班級無機化學原理期末考試情況

表3　2014-2015學年第1學期14化藝、14應化班級無機化學原理期末考試中各題型的得分率

3　卡皮克重復提取理論在無機化學教學實施過程中的契合路徑

3.1選擇適當的提取方式

所謂重復提取是大腦中儲存信息的互相交換，并能以語言或者文字的方式表達出來。在教學過程中，需要施教者（教師）“因材施教”地根據授課內容和知識授體（學生）的學習背景和學習能力選擇合適的提取方式。在選擇提取方式上應該注意：

（1）注重知識授體的知識接受能力，根據其學習接受能力的強弱，靈活選用合適提取的內容和方式。

（2）在注重知識授體對信息的“編碼和提取”的同時，不能忽略施教者的“信息輸出”過程。相對而言，學生的“信息輸入”過程（即編碼過程）比施教者的“信息輸出”更利于培養學生的學習能力。

（3）留有“知識空隙”的教學過程，有益于刺激學生對“未輸入信息”進行編碼或“未來信息訪問”的渴求。這里的“知識空隙”是需要教授的知識點，亦是學生可以經過思考、研討、查閱文獻后獲取的知識。

（4）重復提取的方式與提取時間或提取間隔有聯系。比如，學生在學習高中時從未接觸過的新知識點時，第一次提取需要注重原理或概念等基本知識；在第二次提取的過程中可以增加靈活、通過動腦思考可以回答出來的問題；第三次提取可以利用理論和實際相結合的知識點進行。對接受能力較好的學生而言，可以直接進行上述第二、三次的提取。提取的形式以有利于學生循序漸進的掌握教學內容為目的。

3.2重復提取≠重復考試（練習），要進行有信息反饋的重復提取

傳統意義上的重復提取可能意味著重復學習與重復考試。在筆者所在的學校，部分教師采取傳統的講授法完成教學進度，學生多通過重復學習的方式強化大腦進行“信息編碼”，教師通常根據練習題來檢驗學生掌握知識的情況。練習相對來說是一種缺乏知識廣度、經不起實踐考量的學習方式。根據卡皮克等人的研究結果顯示，有信息反饋的提取比重復學習更能促進保持記憶［1-3］，即有意識的提取模式（注重回想練習）更能促進記憶保持。因此我們在該理論的實踐過程中注重反饋提取結果，讓學生知其然并知其所以然。

就學生而言，學生往往會忽視對學習有實際促進作用的因素。一方面，在傳統的教學方式下，部分學生模糊了學習的本質，純粹為了應付考試而學習，漠視知識渴求；此時，即時地增強學生聽課的目的性成為提高知識吸收效率的有效手段，利于對知識的深入理解和運用。另一方面，也是絕大多數學生忽視的，他們往往不善于掌控課堂的節奏，在施教者創造的“提取環境”中無所適從，或毫無察覺。因此如何更好地調試學生記憶庫里“存儲的編碼”就顯得尤為重要。重復提取理論恰恰可以在這種境況中發揮它獨特的魅力——在較短的時間內幫助學生有導向性地“檢索編碼”，以順利“提取信息”。

教學方法是隨時體現重復提取過程的最佳選擇途徑。筆者在實踐中意識到，在啟發式教學、探究式學習、協作式學習的過程中都包含多種“提取”活動。此外更要注重在傳統講授式教學中注入“提取”的成分，讓學生的大腦皮層處于活潑、興奮的狀態，有利于提高學生的學習和記憶效果。

3.3確定重復提取的時間間隔

提取的時間間隔是指在兩次提取測試之間的時間間隔，有擴展型提?。ㄔ谔崛【毩曋兄鸩郊哟笾貜蜏y試之間的時間間隔）、等距型提?。ㄔ谔崛【毩曋斜３窒嗤臅r間間隔）和收縮型提?。ㄖ鸩娇s短測試之間的時間間隔）［5］。在我們重復提取的教學過程中，主要采用了擴展型提取完成提取目標。通常在新內容講完以后的次周對已學知識點進行回顧和分析，在學完該單元后會進行第二次的提取過程。第三次的提取是在后續學習過程中，根據教學內容，積極創造“提取”機會。重復提取的內容是知識單元需要掌握的知識點和重點，以及在實際生活、生產中的實踐或應用。

3.4創造提取機會［5］，促進意義學習

通過筆者運用重復提取理論進行教學實踐的過程來看：

第一，重復提取理論在課堂教學中應用的核心是施教者的引導，施教者在教學中的主導地位不容忽視。

第二，鋪設學習情境設計，有利于創造“提取機會”，能有效加深理解判斷，使學生無意識地參與知識的“編碼和提取”。

第三，學生有先入為主的知識訴求和學習目的，能促進知識的“編碼和提取”。

筆者認定教學實施過程是上述過程的綜合運用，亦與施教者的教育理念、授體的知識背景息息相關。在重復提取理論的實踐過程中，我們注重“用已學的知識點”解釋或理解“新知識”。施教者在積極創造條件讓學生“提取信息”過程中，要根據授課內容的難易程度和知識授體的接受能力及時調整提取方法和提取信息，以達到教學“輸出舊信息——輸入新信息”的目的。即便在提取的時候出現學生遺忘學習內容的情況，但是通過提取活動可以讓學生意識到自己沒有掌握的知識點，提供一次查漏補缺的過程。舉例如下：

（1）在新學習氧化還原平衡的原電池電動勢理論計算的內容時：恒溫恒壓-能自發進行的-氧化還原反應-設計成原電池，如何根據已經學習的熱力學數據計算出原電池的電動勢？

第一，積極引導學生從已知條件中“提取信息”。

A.從“恒溫恒壓-能自發進行的反應”中檢索信息，學生提取的信息為：已經在熱力學部分講過的“判斷反應自發進行方向的判據-自發進行的反應，其吉布斯自由能變小于零（ΔG＜0）”。

B.“氧化還原反應-設計成原電池”意味著在這個過程中有電流通過，也就是說系統做電功（非體積功）；進一步引導學生提取信息：“對于電功的計算方法：電池的電動勢與電路通過電量的乘積（W電=EQ=EnF）”。

第二，教師及時進行“信息輸入”?！案鶕崃W原理，在恒溫恒壓條件下，反應系統吉布斯自由能變的降低值等于系統所做的最大有用功”，學生則即時地進行“信息編碼”。

第三，學生根據“編碼和提取的信息”，得出通過反應的吉布斯自由能變計算出原電池的電動勢的方法：ΔG=-W電=-EQ=-EnF。

（2）在后續的幾個學時繼續學習“判斷氧化還原反應進行的方向”時，教師可以根據教學內容及時創造“提取環境”，使學生積極“提取信息”，判斷反應進行方向。根據ΔrGm=-EnF=nF（E+-E-）：

通過卡皮克重復提取理論在無機化學教學過程中的教學模式探索，在進行了該理論實施前后的教學效果對比后，我們分析得出卡皮克重復提取理論可以有效提高無機化學的教學質量，同時也發掘了學生更多的學習能動性，在量變的學習方法下促成質變的進步和飛躍。筆者真誠希望通過無機化學教學實施過程中卡皮克重復提取理論的實踐經驗能給其他課程的教學實踐提供借鑒和參考，以希望教育同行們可以在各類課程的教學實踐中運用重復提取理論，提高課堂教學質量。

［1］Karpicke，J.D.；Roediger，H.L.Jouranl of Experimental Psychology：Learning Memory and Cognition 2007，33（4），704.

［2］Karpicke，J.D.；Blunt，J.R.Science 2011，331，772.

［3］趙國慶，鄭蘭琴.中國電化教育，2012，No.3，16.

［4］顏魯婷，唐愛偉，劉博，段武彪，戴春愛，劉連云.大學化學，2015，30（1），31.

［5］李靖，蔡可迎，堵錫華.教育教學論壇，2014，44，174.

Application of the Theory of Karpicke Retrieval Practice in lnorganic Chemistry Course Teaching

LI Jing*DONG Jia-LingCHEN YanYUE WeiDU Xi-Hua
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou 221111，Jiangsu Province，P.R.China）

The theory of Karpicker retrieval practice is applied in the inorganic chemistry course teaching in order to improve the effect of classroom teaching of inorganic chemistry.The strategy is designed in particular for chemistry majoring undergraduates with less learning interests and poor initiatives and passions，as well as unpleasant teaching quality of professional course.Through three years of chemistry teaching practices of the theory of Karpicker retrieval practice，the results demonstrated that retrieval practice not only contributed to information encoding and information retrieve，but also improved learning results of chemical undergraduates significantly.

Theory of Karpicke retrieval practice；Inorganic chemistry；Encoding and retrieve；Learning improvement

O61；G64

10.3866/PKU.DXHX201508012

，Email:lijingxz111@163.com

徐州工程學院教研課題（YGJ1551）；徐州工程學院學生特色工作課題（XSC201407）