王吉文

(江蘇省南京市人民中學(xué) 南京 210005)

1 雙重編碼理論及其對(duì)生物學(xué)概念學(xué)習(xí)的啟示

1.1 關(guān)于“雙重編碼理論” 雙重編碼理論由心理學(xué)家佩維奧提出，該理論認(rèn)為大腦中存在兩個(gè)功能獨(dú)立卻又相互聯(lián)系的認(rèn)知系統(tǒng)處理不同的信息：語(yǔ)言系統(tǒng)和非語(yǔ)言系統(tǒng)。語(yǔ)言與非語(yǔ)言的信息加工過(guò)程在信息的貯存、加工與提取中具有同樣重要的作用。佩維奧還假定存在兩種不同的表征單元：適用于心理映象的“圖象單元”和適用于語(yǔ)言實(shí)體的“語(yǔ)言單元”；前者是根據(jù)部分與整體的關(guān)系組織的，而后者是根據(jù)聯(lián)想與層級(jí)組織的[1]。

雙重編碼理論提出信息的三種加工類型：表征性、參照性和聯(lián)想性。表征性即直接激活語(yǔ)詞的或非語(yǔ)詞的表征；參照性即利用非語(yǔ)詞系統(tǒng)激活語(yǔ)詞系統(tǒng)；聯(lián)想性即在同一語(yǔ)詞或非語(yǔ)詞系統(tǒng)的內(nèi)部激活表征。有時(shí)一個(gè)既定的任務(wù)也許只需要其中的一種加工過(guò)程，有時(shí)則需要三種加工過(guò)程。雙重編碼理論可用于許多認(rèn)知過(guò)程，如記憶、問(wèn)題解決、概念學(xué)習(xí)[1]。

1.2 雙重編碼理論對(duì)生物學(xué)概念學(xué)習(xí)的啟示 學(xué)習(xí)是信息的讀取、處理、儲(chǔ)存和提取的過(guò)程。因而在學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師如何呈現(xiàn)信息、呈現(xiàn)什么形式的信息和學(xué)生如何加工信息是影響學(xué)習(xí)效果的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。雙重編碼理論的研究表明，同時(shí)以視覺(jué)和語(yǔ)言形式呈現(xiàn)信息能夠增強(qiáng)記憶、識(shí)別和理解。而從生物學(xué)發(fā)展歷程來(lái)看，很多重要的生物學(xué)概念的產(chǎn)生過(guò)程常和生物學(xué)家對(duì)各種包含豐富信息的相關(guān)“圖”的研究過(guò)程有關(guān)。

例如，蔡斯利用噬菌體侵染大腸桿菌的電子顯微鏡照片來(lái)探究噬菌體結(jié)構(gòu)特征；克里克利用DNA分子結(jié)構(gòu)的X光衍射照片推測(cè)DNA分子結(jié)構(gòu)等。因此，從概念學(xué)習(xí)的角度看，對(duì)于抽象的生物學(xué)概念，教師如能針對(duì)概念理解過(guò)程中的難點(diǎn)，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)相關(guān)“圖”“文”信息，豐富必要的信息容量和呈現(xiàn)形式，輔以精心設(shè)計(jì)的問(wèn)題，讓學(xué)生通過(guò)多種思維活動(dòng)(如分析、比較、歸納、推理和演繹等)加工視覺(jué)和語(yǔ)言信息，則能促進(jìn)其主動(dòng)發(fā)現(xiàn)概念的本質(zhì)特征、建構(gòu)生物學(xué)概念和提高遷移能力。

2 對(duì)“染色體數(shù)目變異”相關(guān)概念的教學(xué)建議

“染色體數(shù)目變異”所涉及的幾個(gè)重要概念如染色體組、單倍體、二(多)倍體等內(nèi)容抽象復(fù)雜、相互聯(lián)系密切，學(xué)生難以理解概念的本質(zhì)，產(chǎn)生諸如染色體組數(shù)目的判斷、單倍體和二(多)倍體的區(qū)別等難點(diǎn)問(wèn)題。那么，如何解決這些難點(diǎn)問(wèn)題呢？筆者基于雙重編碼理論信息加工類型，以摩爾根發(fā)現(xiàn)的果蠅染色體數(shù)目變異為參考[2]，設(shè)計(jì)了相關(guān)圖文信息組織教學(xué)。

2.1 關(guān)于建構(gòu)“染色體組”概念的教學(xué)建議 教材中對(duì)“染色體組”的表述是：“細(xì)胞中一組非同源染色體，在形態(tài)和功能上各不相同，攜帶著控制生物生長(zhǎng)發(fā)育遺傳的全部遺傳信息，這樣的一組染色體，叫做一個(gè)染色體組?！蓖ǔW(xué)生對(duì)于“染色體組是由一組非同源染色體組成的”的理解沒(méi)有問(wèn)題，但教材上所提供的插圖僅是果蠅體細(xì)胞及其配子染色體組成示意圖，其上并無(wú)有關(guān)“基因”的信息，很多學(xué)生不能理解這一組非同源染色體為什么“攜帶著控制生物生長(zhǎng)發(fā)育的全部遺傳信息”？

因此，基于雙重編碼理論中“表征性”和“參照性”的信息加工方式特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)“某雌果蠅體細(xì)胞染色體示意圖”(圖1)，教師提問(wèn)：同源染色體相同位置的基因有何關(guān)系？你能根據(jù)減數(shù)分裂規(guī)律，選取并剪下圖中染色體示意圖，貼入事先準(zhǔn)備好的空白卵細(xì)胞示意圖中，以表示一個(gè)卵細(xì)胞中的染色體組成嗎？學(xué)生通過(guò)小組合作完成卵細(xì)胞示意圖的建構(gòu)后，教師進(jìn)一步提問(wèn)：你所在的小組建構(gòu)的果蠅卵細(xì)胞中染色體組成是什么？基因型是什么？和體細(xì)胞相比，果蠅卵細(xì)胞(配子)內(nèi)染色體的存在方式有何不同？與體細(xì)胞相比，果蠅卵細(xì)胞內(nèi)的基因種類有無(wú)變化？每種基因的數(shù)量呢？基因有什么功能？如果卵細(xì)胞中少了部分基因，一般情況下其受精后能否發(fā)育成正常個(gè)體？學(xué)生可在以上問(wèn)題引導(dǎo)下分析信息，再綜合各小組結(jié)果，通過(guò)其所獲信息的刺激，讓其非語(yǔ)詞系統(tǒng)激活語(yǔ)詞系統(tǒng)，抽象出“染色體組”的本質(zhì)特征，建構(gòu)“染色體組”概念。

圖1 某雌果蠅體細(xì)胞染色體組成示意圖注：A、 B、 C、 X表示染色體，D(d)、 E、 F(f)、 H(h)表示染色體上的基因

2.2 關(guān)于建構(gòu)“單倍體”和“二(多)倍體”概念的教學(xué)建議 單倍體概念及其和二(多)倍體概念之間的區(qū)別和聯(lián)系一直是教學(xué)中的難點(diǎn)，按照“表征性”和“聯(lián)想性”信息加工方式，可設(shè)計(jì)三種果蠅染色體示意圖(圖2)，并提問(wèn)學(xué)生：三種果蠅體細(xì)胞中各有幾個(gè)染色體組？據(jù)你推測(cè)，果蠅B是如何產(chǎn)生的？”引導(dǎo)學(xué)生首先在非語(yǔ)詞系統(tǒng)內(nèi)部表征(圖3)，即果蠅B可能是分別含有四個(gè)和兩個(gè)染色體組的果蠅所產(chǎn)生的配子受精后發(fā)育形成的。然后教師分別展示六倍體植物X(甘薯)體細(xì)胞染色體組成和以其配子組織培養(yǎng)獲得的植物Y體細(xì)胞中染色體組成圖(略)，并提問(wèn)：這兩種植物體細(xì)胞中各有幾個(gè)染色體組？植物Y可能是如何產(chǎn)生的？植物Y也有三個(gè)染色體組，你能說(shuō)出其產(chǎn)生過(guò)程和果蠅B的主要區(qū)別是什么嗎？以上過(guò)程中，學(xué)生需要基于視覺(jué)信息，對(duì)植物Y和果蠅B產(chǎn)生過(guò)程進(jìn)行分析和比較，于是發(fā)現(xiàn)某生物是否是單倍體和其體細(xì)胞中含有幾個(gè)染色體組沒(méi)有直接聯(lián)系，從而辨別出單倍體和二(多)倍體之間的本質(zhì)區(qū)別，即在非語(yǔ)詞系統(tǒng)刺激下激活語(yǔ)詞系統(tǒng)，抽象出“單倍體”和“二(多)倍體”概念。

圖3 果蠅A和果蠅B產(chǎn)生的可能過(guò)程示意圖

2.3 關(guān)于建構(gòu)“染色體數(shù)目變異”概念的教學(xué)建議 在上述基礎(chǔ)上，教師提供XXX和XXY型果蠅體細(xì)胞染色體組成示意圖(圖4)和文字資料：小偃麥有藍(lán)粒品種，如果藍(lán)粒小偃麥體細(xì)胞缺少一對(duì)染色體，則籽粒變?yōu)榘琢?。提?wèn)：上述2個(gè)實(shí)例中染色體增減形式與多倍體、單倍體形成過(guò)程中染色體增減有何區(qū)別？引導(dǎo)學(xué)生歸納出“染色體數(shù)目變異包括染色體個(gè)別增減和染色體組成倍增減”，建構(gòu)染色體數(shù)目變異的概念。此過(guò)程中，學(xué)生先要直接辨識(shí)圖4中染色體組成特點(diǎn)，于是發(fā)生了非語(yǔ)詞系統(tǒng)的直接表征；然后學(xué)生要將圖4和圖2、圖3進(jìn)行對(duì)比，又激活了非語(yǔ)詞系統(tǒng)內(nèi)部的表征；同樣，學(xué)生需分析、比較和綜合有關(guān)小偃麥的語(yǔ)言信息和之前已經(jīng)表征為語(yǔ)言文字的相關(guān)概念，這有助于學(xué)生語(yǔ)詞系統(tǒng)的直接激活和相互間的內(nèi)部激活；同時(shí)學(xué)生必須在圖4所示的視覺(jué)信息和有關(guān)小偃麥的語(yǔ)言信息之間尋找到共同規(guī)律，并與單(多)倍體概念進(jìn)行對(duì)比才能得出結(jié)論?？梢?jiàn)這一環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)中，學(xué)生綜合運(yùn)用上述三種信息加工方式來(lái)解決問(wèn)題，能較深刻地理解概念。

圖4 XXX型果蠅和XXY型果蠅染色體組成示意圖

(基金項(xiàng)目：江蘇省教育科學(xué)“十三五”重點(diǎn)自籌課題“促進(jìn)高中生理性思維發(fā)展的生物圖信息加工學(xué)習(xí)方式研究”，No.B-b/2016/02/72)