羊垂功

摘 要 對生物學(xué)教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的心理機制和途徑進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)教學(xué) 認(rèn)知結(jié)構(gòu) 教學(xué)途徑

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

認(rèn)知結(jié)構(gòu)是指學(xué)科知識結(jié)構(gòu)通過個體的內(nèi)化在頭腦中所形成的全部知識或觀念的內(nèi)容和組織。認(rèn)知心理學(xué)研究表明，有時學(xué)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(xué)生頭腦中存儲的知識表征不當(dāng)，致使應(yīng)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(xué)中未能把握生物學(xué)科知識內(nèi)在的邏輯關(guān)聯(lián)，未能幫助學(xué)生構(gòu)建起良好組織的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

1 認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的心理機制

認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成包括圖式、同化、順應(yīng)和平衡等4個基本要素。圖式是個體經(jīng)過組織而形成的思維以及行為的方式，以幫助人們適應(yīng)環(huán)境中新的刺激。個體的認(rèn)知發(fā)展就是利用原有圖式，通過同化和順應(yīng)日益復(fù)雜的環(huán)境，達(dá)到平衡的過程。通過同化，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到了豐富；通過順應(yīng)，認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到了改造。而具有自我調(diào)節(jié)作用的平衡化過程在認(rèn)知發(fā)展中起到關(guān)鍵作用——當(dāng)個體已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)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(rèn)知結(jié)構(gòu)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(chǎn)生一種自我調(diào)節(jié)的內(nèi)驅(qū)力，推動個體調(diào)整或者建構(gòu)新認(rèn)知結(jié)構(gòu)，直到能同化環(huán)境中新的信息為止。此時，個體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到發(fā)展，智慧水平得到提高。

2 促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的教學(xué)途徑

2.1 創(chuàng)設(shè)問題情境，促使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知需要

認(rèn)知需要是人類的需要動機之一，泛指個體對事物的追尋、認(rèn)知、了解的內(nèi)在動力，如求知欲、好奇心等。人本主義心理學(xué)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(chǎn)生的認(rèn)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(xué)教學(xué)過程中，教師可通過創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生解決問題的愿望，促使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知需要。

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

① 在格里菲斯肺炎雙球菌轉(zhuǎn)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(jié)論？（老鼠是否死亡與其體內(nèi)是否存在毒性S型細(xì)菌密切相關(guān)）

② 依據(jù)第一、二組實驗結(jié)論，通過比較第三、四組實驗結(jié)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(nèi)存在著毒性S型細(xì)菌，其原因只能是R型細(xì)菌中存在某種轉(zhuǎn)化因子，且該種轉(zhuǎn)化因子能將無毒性的R型轉(zhuǎn)化為有毒性的S型細(xì)菌，只有這樣才會出現(xiàn)毒性S型細(xì)菌“死而復(fù)生”的現(xiàn)象）

③ 要確定肺炎雙球菌中的“轉(zhuǎn)化因子”是何種物質(zhì)，實驗中關(guān)鍵的設(shè)計思路是什么？（設(shè)法將肺炎雙球菌各種組成成分分離開來，再分別與R型細(xì)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(xì)菌轉(zhuǎn)化為有毒性的S型細(xì)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(zhì)，如何解決人工難以將DNA與蛋白質(zhì)徹底分離的問題？（尋找DNA與蛋白質(zhì)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(zhì)外殼、DNA分別做上標(biāo)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(biāo)記，再用做上32P、35S標(biāo)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(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)？（32P標(biāo)記一組的子代噬菌體像親代一樣出現(xiàn)放射性，而35S標(biāo)記一組的噬菌體其子代不出現(xiàn)放射性）

2.2 激活已有認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突

認(rèn)知沖突指認(rèn)知發(fā)展過程中，原有概念或認(rèn)知結(jié)構(gòu)與現(xiàn)實情境不相符時，在心理上所產(chǎn)生的矛盾或沖突。當(dāng)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(chǎn)生認(rèn)知沖突。在認(rèn)知發(fā)展過程中，認(rèn)知沖突起到了關(guān)鍵性作用，引發(fā)認(rèn)知沖突是促使學(xué)生實現(xiàn)知識建構(gòu)的契機和動力。在生物學(xué)教學(xué)中，教師要注意引起學(xué)生心理的失衡狀態(tài)，從而激發(fā)認(rèn)知沖突。

例如在能量流動計算（食物比例調(diào)整類型）教學(xué)中，教師可以展示以下問題：若圖1食物網(wǎng)中C的能量不變，將B的食物比例由C∶E=1∶1調(diào)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(xué)生計算后，教師將學(xué)生的不同算法進(jìn)行展示，其中有“逆著算”和“順著算”的算法?！澳嬷恪笔羌碆的食物比例為1∶1時，設(shè)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(shè)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(jù)題意C中的能量不變，所以55X=40Y，Y/X=55/40=1.375?！绊樦恪笔荁的食物比例為1∶1時，設(shè)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(jié)果不同。

這時，教師再抓住該契機進(jìn)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(jié)果不同？“順著算”的漏洞到底出現(xiàn)在什么地方？以引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。

再如，學(xué)生學(xué)完“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”中的“轉(zhuǎn)錄和翻譯”過程后，教師可以追問：既然轉(zhuǎn)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(xué)生的認(rèn)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(rèn)知結(jié)構(gòu)所吸收（同化），就是引起已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的改造（順應(yīng)），以產(chǎn)生新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)就是在同化和順應(yīng)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(xué)活動中通過新舊知識的相互作用，通過對已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的組織和再組織才能實現(xiàn)。

2.3 進(jìn)行聯(lián)系整合，促使學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)完善優(yōu)化

生物認(rèn)知結(jié)構(gòu)是一個不斷發(fā)展變化的動態(tài)結(jié)構(gòu)，其建立要經(jīng)歷一個逐步發(fā)展的過程。生物知識雖然紛繁復(fù)雜，但有其內(nèi)在的聯(lián)系。揭示生物知識間的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)規(guī)律是生物知識結(jié)構(gòu)化的關(guān)鍵所在，不僅有助于學(xué)生整合知識、形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而且有助于依據(jù)規(guī)律解決問題、發(fā)展思維。學(xué)習(xí)初期，學(xué)生通過已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)和新知識的相互作用，形成生物認(rèn)知結(jié)構(gòu)的雛形，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，認(rèn)知結(jié)構(gòu)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(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)會因為新知識的納入，而發(fā)生—定的調(diào)整和改組，此即“順應(yīng)”。當(dāng)新知識與原有知識之間可以融洽相處時，新知識的進(jìn)入可以豐富、充實原有知識。所以學(xué)生完成相關(guān)知識的學(xué)習(xí)后，教師可引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生提煉、整合知識，以完善、優(yōu)化其認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

例如，通過第一章“人體的內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)”學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)明確內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)是神經(jīng)—體液—免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)共同調(diào)節(jié)的結(jié)果；通過第二章“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”“通過激素的調(diào)節(jié)”的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)明確神經(jīng)調(diào)節(jié)、體液調(diào)節(jié)與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)之間的關(guān)系，那么內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)維持與免疫調(diào)節(jié)又有怎樣的關(guān)系；通過初中學(xué)習(xí)，學(xué)生也具備免疫調(diào)節(jié)基本知識。源于學(xué)生以上認(rèn)知結(jié)構(gòu)，當(dāng)學(xué)習(xí)完“免疫調(diào)節(jié)”后，教師可以引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)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(diào)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(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系、免疫調(diào)節(jié)與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)之間的關(guān)系”進(jìn)行知識建構(gòu)（圖2），以使學(xué)生初中學(xué)習(xí)的免疫調(diào)節(jié)基本知識、日常生活中對人體免疫的感性認(rèn)識等認(rèn)知結(jié)構(gòu)得以充實和豐富，并逐步認(rèn)識到免疫調(diào)節(jié)與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)之間內(nèi)隱的邏輯關(guān)系，進(jìn)而使原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)得以完善、優(yōu)化。教師在教學(xué)過程中要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注單元知識之間的因果邏輯關(guān)系和縱橫關(guān)系。每經(jīng)一個階段，教師都要引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生對所學(xué)過的知識、思想與方法作歸納小結(jié)，讓學(xué)生建立起知識間的有機聯(lián)系，提煉出關(guān)鍵性的和核心的知識，以使知識由“點”成“線”，再成“網(wǎng)”，分層次組成一個知識系統(tǒng)，從而改進(jìn)和完善原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)一步學(xué)習(xí)和利用。在此過程中，教師要善于指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用表格、概念圖或思維導(dǎo)圖等方式，自己繪制出知識結(jié)構(gòu)圖。因為，從認(rèn)知的角度來看，學(xué)生繪制出的知識結(jié)構(gòu)圖就是學(xué)生頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，那就是一個生物認(rèn)知結(jié)構(gòu)的自我建構(gòu)過程。教師通過展示知識結(jié)構(gòu)化的具體模型，如表格、概念圖、網(wǎng)絡(luò)圖等，演示分類歸納知識的程序和方法，使學(xué)生明確怎樣使知識結(jié)構(gòu)化。

總之，認(rèn)知結(jié)構(gòu)是影響學(xué)生學(xué)習(xí)是否成功的一個關(guān)鍵因素，因為它會直接參與和新知識的相互作用，以及學(xué)生解決新問題的過程。把握學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成是教師教學(xué)設(shè)計的重要任務(wù)。

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