我们每时每刻都在接受来自环境的各种刺激，这些刺激首先到达我们的各种感觉器官(或感受器)，从而推动感受器并把它转化为神经信息，这种信息就可能进入感觉登记。这一阶段由于是对信息非常短暂的记忆贮存，也是对信息最初和最简单的加工，往往被称为感觉记忆或瞬时记忆，在这个阶段，信息的加工只需百分之几秒。被我们注意或知觉选择的信息就可能经过这种加工或贮存进入下一个加工环节，而没有被登记的信息就可能消失。
被知觉登记的信息很快就会进入短时记忆，这种信息主要是视觉的或听觉的。短时记忆的信息可以持续二三十秒钟，由于短时记忆的容量有限，一般只能贮存七个左右的信息组块，新信息的进入就会挤走原有的信息，因此，要想使某种信息得到保持就需要采用复述策略，复述就成为促进信息保持并能顺利地进入长时记忆的重要前提条件，关于复述策略我们将在后面学习策略中进一步论述。短时记忆是信息的第二级加工，也是信息加工的一个重要环节。
经过复述的信息就能够进入第三级加工，即长时记忆。长时记忆被认为是一个永久性的信息贮存库，其信息的容量也是非常巨大的。信息进入长时记忆后，信息发生了关键性的转变，即信息经过了编码的过程。所谓编码就是对信息以各种方式进行组织，而不是简单地把信息收集在一起，信息正是通过编码形式储存在我们的长时记忆中的，就好比一个经过分门别类、精心设计的图书馆一样。
经过三级加工信息被储存在我们的长时记忆中，但这并不是我们的目的，储存信息的目的是为了应用，运用这些信息去解决各种问题。当使用信息时，我们就会到长时记忆中去搜寻，这一过程称之为提取。而提取的关键是检索，就是先要找到信息储存的线索，就象到图书馆查资料一样，找到了线索才能够提取信息。被提取的信息可以直接通向反应发生器，从而产生反应。
(2)期望事项和执行控制(控制结构)
执行控制和期望事项，是信息加工过程另外两个重要的系统，它主要说明人对信息的加工毕竟是和电子计算机不一样的，人除了对接收的信息进行各种内部加工以外，期望和对加工过程的控制都会影响到信息加工的过程和结果。
期望事项是指人对信息加工所想要达到的目标，主要指动机系统，正因为学生对学习有某种期望，他才能够对信息进行深入加工，才能够进行学习，来自于教师的各种反馈才具有强化作用，而反馈又进一步肯定和增强了学生的期望。
执行控制系统主要是指在信息加工过程中决定哪些信息从感觉记忆进入短时记忆，如何通过复述使信息进入长时记忆，如何对信息进行编码，采用何种信息提取的策略等等，相当于加涅所说的认知策略。
期望和控制的作用体现在整个信息加工的过程当中，所以加涅没有把他们与其它结构联系起来，而且它们之间的确切关系也还不清楚。
(二)学习阶段与教学设计
从以上的描述可以看到，加涅认为学习的过程就是一个信息加工的过程，学习是学生与环境之间相互作用的结果。在各加工阶段发生的事情，称为学习的事件，主要表现为学生的内部过程。与此相应，教学过程要依据学生的内部加工过程，又要对学习过程发生影响。因此，教学阶段应该与学习阶段相吻合。在每一教学过程发生的事情称为教学的事件，是学习的外部条件，教学就是由教师安排和控制这些外部条件构成的。教学的艺术就在于使学习阶段与教学事件相匹配。那么学习事件和教学事件如何一一对应呢?为了进行分析，加涅把学习过程分为以下八个阶段，并且分析了各个阶段相匹配的教学设计：
(1)动机阶段
有效的学习必须要有学习动机，这是整个学习的开始阶段，因此在教学中，首先要考虑的是激发学生进行学习活动的诱因动机，即学生力图达到某种目的的动机。这种动机是借助学生内心的期望产生的。
在一阶段的教学时间则是：在学生自己没有产生学习动机时，帮助学生确立学习动机，形成学习期望。理想的期望需要学生自己领会形成，教师为了帮助学生能做的只是告诉学生学习要达到的目标。
(2)领会阶段
有了学习动机的学生，首先必须接受刺激，即必须注意与学习有关的刺激，而无视其他刺激。当学生把所注意的刺激特征从其他刺激中分化出来时，这些刺激特征就被进行知觉编码，贮存在短时记忆中。这个过程就是选择行知觉。
这一阶段，教学的目的就是要让学生有效地进行选择行知觉，也就是注意到该注意的学习内容。教师可以采用各种手段，如改变讲话的声调、运用手势动作等。
(3)习得阶段
当学生注意或知觉外部情境之后，学生就可获得知识。而习得阶段涉及的是对新获得的刺激进行直接编码后贮存在短时记忆里，然后把他们再进一步编码加工后转入到长时记忆中。
所谓的编码过程，就是把知觉到的信息转化为一种最容易贮存的形式的过程。
在习得阶段，教师的主要任务就是给学生提供各种编码程序，鼓励学生选择最佳的编码方式。
(4)保持阶段
学生习得的信息经过复述、强化后，以语义编码的形式进入长时记忆的贮存阶段。对长时记忆，人类至今了解不多，但有几点是清楚的：第一，长时记忆里的信息，其强度并不随时间的进程而减弱，如老人的回忆;第二，有些信息长期不用会消退;第三，记忆贮存可能会受干扰的影响，如新旧相似信息的混淆。
在教学上，教师主要是避免相似的刺激同时出现，减少干扰的可能性。
(5)回忆阶段
学生习得的信息要通过作业表现出来，信息的提取是其中必须的一环。
教师可以利用各种方式是学生得到提取线索，但最重要的是指导学生，使他们为自己提供线索，从而成为独立的学习者。所以在教学设计上最重要的是强化信息的保持，使学生掌握为自己提供线索的策略。
(6)概括阶段
学生提取信息的过程并不始终是在与最初学习信息时相同的情境中进行。同时，教师也总是希望学生能把学到的知识运用到各种类似的情境中去，以达到举一反三的目的。因此，学习过程必然有一个概括的阶段，也就是学习迁移的问题。
为了促进学习的迁移，教师必须让学生在不同的情境中进行学习，并提供在不同情境中运用提取过程的机会;同时，更为重要的是，要引导学生掌握和概括其中的原理。
(7)作业阶段
只有通过作业才能反应学生是否已习得了所学的内容。作业的一个重要功能是反馈;同时，通过作业学生看到自己学习的结果，可以获得一种满足。
当然，作业主要是给教师看，仅凭一次作业难对学生作出判断，需要几次作业才行。
(8)反馈阶段
反馈是学习的最后阶段，其实质是一种强化，强化在学习过程中之所以起作用，是因为学生在动机阶段形成的期望在反馈阶段得到了肯定。
反馈阶段显然是受外部事件影响的，而且，信息反馈也并不定要使用“对”、“错”、“正确”或“不正确”这类词汇。在课堂教学中，教师可以使用许多微妙的方式反馈信息，如点头、微笑等。此外，需提醒注意的是，反馈并不总是需要外部提供的，它也可以从学生内部获得。例如，学生可以根据已学过的概念和规则，知道自己答案是正确的。
这就是加涅的学习的信息加工理论，加涅把学习看成是一个精确的信息加工的模式，学习与教学相互独立又相互对应，教师是整个教学活动的设计者和管理者，也是学生学习效果的评定者。一个完整的学习过程是由上述的八个阶段的系列所组成的。其中，在每一个学习阶段，学习者的头脑内部都进行着信息加工活动，使信息从一种形态转变为另一种形态，直到学习者用作业的方式作出反应为止。教学过程必须根据学习的基本原理来进行。有效的教学要求教师根据学习的内部条件，创设或安排适当的外部条件，促进学生有效学习，以实现预期的教学目标。这种学习理论对学习和教学过程做出很透彻的分析和指导，对现代教学工作产生了很大的影响，然而，加涅的理论存在一个很大的缺陷就是：只是单纯强调原有知识经验在新信息的编码表征中的作用，忽略了新经验对原有知识经验的影响。
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