生物學教學中促進學生認知結構形成途徑芻議

羊垂功

摘 要 對生物學教學中促進學生認知結構形成的心理機制和途徑進行探討。

關鍵詞 生物學教學 認知結構 教學途徑

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

認知結構是指學科知識結構通過個體的內化在頭腦中所形成的全部知識或觀念的內容和組織。認知心理學研究表明，有時學生頭腦中即使具備解決某個問題所需的全部知識，也不能保證問題得到解決，這是因為學生頭腦中存儲的知識表征不當，致使應用時無法提取。以上問題出現(xiàn)的重要原因之一是教師在教學中未能把握生物學科知識內在的邏輯關聯(lián)，未能幫助學生構建起良好組織的認知結構。

1 認知結構形成的心理機制

認知結構的形成包括圖式、同化、順應和平衡等4個基本要素。圖式是個體經過組織而形成的思維以及行為的方式，以幫助人們適應環(huán)境中新的刺激。個體的認知發(fā)展就是利用原有圖式，通過同化和順應日益復雜的環(huán)境，達到平衡的過程。通過同化，學習者的認知結構得到了豐富；通過順應，認知結構得到了改造。而具有自我調節(jié)作用的平衡化過程在認知發(fā)展中起到關鍵作用——當個體已有的認知結構能同化環(huán)境中新的信息時，則其心理上處于暫時的平衡狀態(tài)；但如果個體已有的認知結構不能同化環(huán)境中新的信息時，則其心理上處于失衡的狀態(tài)，這種失衡會使個體產生一種自我調節(jié)的內驅力，推動個體調整或者建構新認知結構，直到能同化環(huán)境中新的信息為止。此時，個體的認知結構得到發(fā)展，智慧水平得到提高。

2 促進學生認知結構形成的教學途徑

2.1 創(chuàng)設問題情境，促使學生產生認知需要

認知需要是人類的需要動機之一，泛指個體對事物的追尋、認知、了解的內在動力，如求知欲、好奇心等。人本主義心理學家馬斯洛的需要模式中，有一個心理需要或成長需要的高級層次，指個體在基本需要滿足后產生的認知需要，即人具有解決疑難和理解問題的欲望，探索各種事物的需求。在生物學教學過程中，教師可通過創(chuàng)設問題情境，激發(fā)學生解決問題的愿望，促使學生產生認知需要。

例如在“DNA是主要遺傳物質”一節(jié)教學中，教師可通過創(chuàng)設以下螺旋式問題情境，促使學生在解決每一個問題的過程中，自然而然地產生認知需要：

① 在格里菲斯肺炎雙球菌轉化實驗中，第一組實驗與第二組實驗相互對照，可得出什么實驗結論？（老鼠是否死亡與其體內是否存在毒性S型細菌密切相關）

② 依據第一、二組實驗結論，通過比較第三、四組實驗結果，第四組老鼠死亡的原因是什么？（第四組老鼠死亡說明其體內存在著毒性S型細菌，其原因只能是R型細菌中存在某種轉化因子，且該種轉化因子能將無毒性的R型轉化為有毒性的S型細菌，只有這樣才會出現(xiàn)毒性S型細菌“死而復生”的現(xiàn)象）

③ 要確定肺炎雙球菌中的“轉化因子”是何種物質，實驗中關鍵的設計思路是什么？（設法將肺炎雙球菌各種組成成分分離開來，再分別與R型細菌混合培養(yǎng)，觀察哪一種組成成分可以將無毒性的R型細菌轉化為有毒性的S型細菌）

④ 艾弗里實驗中提取的DNA，純度最高時，也還有0.02%的蛋白質，如何解決人工難以將DNA與蛋白質徹底分離的問題？（尋找DNA與蛋白質外殼能在自然狀態(tài)下自我分離的實驗材料）

⑤ 如何利用噬菌體侵染特性，將其蛋白質外殼、DNA分別做上標記？（用含有32P、35S的培養(yǎng)基分別培養(yǎng)大腸桿菌，使大腸桿菌分別做上32P、35S標記，再用做上32P、35S標記的大腸桿菌分別培養(yǎng)噬菌體）

⑥ 實驗出現(xiàn)什么現(xiàn)象，即可證明DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質？（32P標記一組的子代噬菌體像親代一樣出現(xiàn)放射性，而35S標記一組的噬菌體其子代不出現(xiàn)放射性）

2.2 激活已有認知，激發(fā)學生產生認知沖突

認知沖突指認知發(fā)展過程中，原有概念或認知結構與現(xiàn)實情境不相符時，在心理上所產生的矛盾或沖突。當個體不能用頭腦中已有的知識解釋一個新問題或發(fā)現(xiàn)新知識與頭腦中已有知識相悖時，就會產生認知沖突。在認知發(fā)展過程中，認知沖突起到了關鍵性作用，引發(fā)認知沖突是促使學生實現(xiàn)知識建構的契機和動力。在生物學教學中，教師要注意引起學生心理的失衡狀態(tài)，從而激發(fā)認知沖突。

例如在能量流動計算（食物比例調整類型）教學中，教師可以展示以下問題：若圖1食物網中C的能量不變，將B的食物比例由C∶E=1∶1調整為2∶1，能量傳遞效率按10%計算，該生態(tài)系統(tǒng)傳遞給B的能量是原來的多少倍。在學生計算后，教師將學生的不同算法進行展示，其中有“逆著算”和“順著算”的算法。“逆著算”是即B的食物比例為1∶1時，設B中的能量為X，則需要C的能量為（1/2X）/0.1+（1/2X）/（0.1×0.1）=55X；B的食物比例為2∶1時，設B中的能量為Y，則需要C的能量為（2/3Y）/0.1+（1/3Y）/（0.1×0.1）=40Y；依據題意C中的能量不變，所以55X=40Y，Y/X=55/40=1.375。“順著算”是B的食物比例為1∶1時，設C中的能量為W，則B獲得的能量為1/2W×0.1+1/2W×0.1×0.1=5.5×10-2W；B的食物比例為2∶1時，C中的能量依然為W，這時B獲得的能量為2/3W×0.1+1/3W×0.1×0.1=7×10-2W，所以，后來是原來的7×10-2W/5.5×10-2W=1.272倍。這兩種算法的結果不同。

這時，教師再抓住該契機進一步追問：既然兩種算法“都有道理”，那么“順著算”為什么與“逆著算”的結果不同？“順著算”的漏洞到底出現(xiàn)在什么地方？以引發(fā)學生的認知沖突。

再如，學生學完“基因指導蛋白質的合成”中的“轉錄和翻譯”過程后，教師可以追問：既然轉錄是以DNA的一條鏈作為模板，那么，翻譯時個體為什么僅表現(xiàn)出“某一”形狀，而不是“一半”性狀？這樣可以引發(fā)學生的認知沖突。

值得指出的是，任何一個新知的出現(xiàn)總是和已有知識發(fā)生聯(lián)系，新知不是被已有認知結構所吸收（同化），就是引起已有認知結構的改造（順應），以產生新的認知結構。學生的認知結構就是在同化和順應機制的交互作用下逐步形成的。這一形成過程不是自發(fā)的，必須在教學活動中通過新舊知識的相互作用，通過對已有認知結構的組織和再組織才能實現(xiàn)。

2.3 進行聯(lián)系整合，促使學生原有認知結構完善優(yōu)化

生物認知結構是一個不斷發(fā)展變化的動態(tài)結構，其建立要經歷一個逐步發(fā)展的過程。生物知識雖然紛繁復雜，但有其內在的聯(lián)系。揭示生物知識間的內在聯(lián)系和本質規(guī)律是生物知識結構化的關鍵所在，不僅有助于學生整合知識、形成良好的認知結構，而且有助于依據規(guī)律解決問題、發(fā)展思維。學習初期，學生通過已有認知結構和新知識的相互作用，形成生物認知結構的雛形，隨著學習的不斷深入，認知結構在橫向逐步變廣、縱向逐步加深，并且縱橫貫通。與此同時，隨著新知識的同化，學生已有的認知結構會因為新知識的納入，而發(fā)生—定的調整和改組，此即“順應”。當新知識與原有知識之間可以融洽相處時，新知識的進入可以豐富、充實原有知識。所以學生完成相關知識的學習后，教師可引導、啟發(fā)學生提煉、整合知識，以完善、優(yōu)化其認知結構。

例如，通過第一章“人體的內環(huán)境與穩(wěn)態(tài)”學習，學生已經明確內環(huán)境穩(wěn)態(tài)是神經—體液—免疫調節(jié)網絡共同調節(jié)的結果；通過第二章“通過神經系統(tǒng)的調節(jié)”“通過激素的調節(jié)”的學習，學生已經明確神經調節(jié)、體液調節(jié)與內環(huán)境穩(wěn)態(tài)之間的關系，那么內環(huán)境穩(wěn)態(tài)維持與免疫調節(jié)又有怎樣的關系；通過初中學習，學生也具備免疫調節(jié)基本知識。源于學生以上認知結構，當學習完“免疫調節(jié)”后，教師可以引導、啟發(fā)學生就“免疫系統(tǒng)的組成、免疫系統(tǒng)系統(tǒng)的防衛(wèi)功能及免疫調節(jié)的基本程序、免疫系統(tǒng)的監(jiān)控和清除功能、免疫系統(tǒng)結構與功能之間的關系、免疫調節(jié)與內環(huán)境穩(wěn)態(tài)之間的關系”進行知識建構（圖2），以使學生初中學習的免疫調節(jié)基本知識、日常生活中對人體免疫的感性認識等認知結構得以充實和豐富，并逐步認識到免疫調節(jié)與內環(huán)境穩(wěn)態(tài)之間內隱的邏輯關系，進而使原有認知結構得以完善、優(yōu)化。教師在教學過程中要引導學生關注單元知識之間的因果邏輯關系和縱橫關系。每經一個階段，教師都要引導、啟發(fā)學生對所學過的知識、思想與方法作歸納小結，讓學生建立起知識間的有機聯(lián)系，提煉出關鍵性的和核心的知識，以使知識由“點”成“線”，再成“網”，分層次組成一個知識系統(tǒng)，從而改進和完善原有的認知結構，以便進一步學習和利用。在此過程中，教師要善于指導學生學會用表格、概念圖或思維導圖等方式，自己繪制出知識結構圖。因為，從認知的角度來看，學生繪制出的知識結構圖就是學生頭腦中的認知結構，那就是一個生物認知結構的自我建構過程。教師通過展示知識結構化的具體模型，如表格、概念圖、網絡圖等，演示分類歸納知識的程序和方法，使學生明確怎樣使知識結構化。

總之，認知結構是影響學生學習是否成功的一個關鍵因素，因為它會直接參與和新知識的相互作用，以及學生解決新問題的過程。把握學生認知發(fā)展的規(guī)律，促進學生良好認知結構的形成是教師教學設計的重要任務。

參考文獻：

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