劉本舉

(首都師范大學附屬中學 北京 100048)

1 問題的提出及分析

現(xiàn)代認知心理學將知識分為陳述性知識(declarative knowledge)和程序性知識(procedural knowledge)兩大類。陳述性知識是回答“事物是什么”的知識、程序性知識是“怎樣做”的知識。陳述性知識又包括事實性知識(factual knowledge)與概念性知識(conceptual knowledge)。其中，事實性知識是指學習一門學科所要知道的最基本的要素，是更進一步學習的基礎(chǔ)。例如，要研究細胞的生命活動規(guī)律，必須先知道細胞的基本構(gòu)造；要研究新陳代謝中有序化學變化的規(guī)律，先要學習構(gòu)成細胞的各種物質(zhì)的分子。這些最基本的知識就屬于事實性知識。盡管陳述性知識要求的心理過程主要是記憶，但是，其獲得過程要求新知識必須與原有知識形成聯(lián)系。所以，單純的機械記憶是難以達成教學目標的。

教材通常以描述性和結(jié)論性語言(如一些圖片或少量的概括性介紹的文字信息)呈現(xiàn)事實性知識，如果讓學生課前預習，對內(nèi)容的理解不深入，僅僅是機械記憶；如果讓學生查閱資料，有些相關(guān)資料艱澀難懂，僅僅是知識面的拓寬，而無助于理解與思維的提升。

本文列舉分析了高中生物學教材中常見的四種類型的教學方法與策略，為該類型知識的教學及后續(xù)研究提供參考。

2 事實性知識的教學策略

2.1 “物質(zhì)及功能”類知識的教學分析 “物質(zhì)的分類、分布和功能”在教材上一般以敘述性、結(jié)論性的語言呈現(xiàn)，這樣的課最難設(shè)計。興趣是學習內(nèi)驅(qū)力中最具活力的因素之一，嘗試將“生活”融入課堂，讓學生學到“鮮活”“有用”的知識，是激發(fā)興趣的有效途徑。當課堂里有了“生活”，教材羅列的“枯燥知識”就可變成學生喜愛的生活問題探討。

例如，“細胞中的糖類”一節(jié)教學中，根據(jù)這節(jié)課的內(nèi)容設(shè)計6個生活中的問題：什么糖最甜，啤酒的“度數(shù)”，乳糖不耐癥，排毒養(yǎng)顏的“第7營養(yǎng)素”，餓過頭就不餓了。把這些生活化的問題呈現(xiàn)在課堂上，通過啟發(fā)式談話法與學生一起探討。

把每個生活化問題再細化后引發(fā)學生的思考。如：蜜蜂采來的花蜜中以蔗糖(甜度值為100)為主，成熟蜂蜜的甜度值為什么會高于100？(同時展示不同糖類的甜度值列表)你能推測一下可能的原因嗎？再如：酒瓶上標注的12°、11°或10°是指酒精的含量嗎？為什么經(jīng)常過多飲用“高度數(shù)”的啤酒會導致啤酒肚？為什么有的人喝了牛奶就拉肚子？纖維素并不能被人消化吸收，而是隨著食物殘渣以糞便形式排出體外，為什么它卻被稱為排毒養(yǎng)顏的第七營養(yǎng)素？中午空腹時感覺很餓，為什么餓過頭反而又不餓了？在解決這些問題時，將教學內(nèi)容中糖的分類、水解、消化與吸收等融入到問題解決過程中，知識的掌握也就水到渠成。

學生的思維是發(fā)散的，他們會提出很多新問題，如：為什么酸奶營養(yǎng)價值更高？干啤是指含糖量低的啤酒，生啤就是不成熟的啤酒嗎？紫薯的營養(yǎng)價值高是因為含有較多的纖維素嗎？等等。在愉快的交流過程中學習，在興趣驅(qū)動下發(fā)現(xiàn)新的問題，在探討和交流中解決這些問題，使課堂精彩和快樂。

2.2 “結(jié)構(gòu)及功能”類知識的教學 中學教材關(guān)于生物體或細胞結(jié)構(gòu)及功能的事實性知識一般以圖片和少量描述性語言進行介紹。如高中生物學中“線粒體的結(jié)構(gòu)和功能”，教材中僅提供了一幅電子顯微鏡照片和一幅結(jié)構(gòu)模式圖，對線粒體的結(jié)構(gòu)特點和基本功能只是簡單介紹。有些教師先介紹線粒體的分布，然后介紹線粒體的結(jié)構(gòu)特點，最后告訴學生線粒體的功能。也有一些會展示線粒體的電鏡照片或模型，歸納總結(jié)線粒體的結(jié)構(gòu)特點。如此，仍舊擺脫不了機械記憶的結(jié)果。對于“結(jié)構(gòu)與功能”類事實性知識的學習，可根據(jù)美國認知心理學家奧蘇泊爾(D.P.Ausubel)提出的認知結(jié)構(gòu)同化論，先通過一定的方法激活學生原有知識，并引領(lǐng)學生以原有知識為基礎(chǔ)同化新知識。所以，這部分內(nèi)容的教學應(yīng)該換一個思路，把多位科學家的研究成果整理和重新組合，演變成一系列小資料，再根據(jù)學生的認知特點，設(shè)計推理過程，讓學生進行思考、推理和分析，并結(jié)合初中所學知識推理出線粒體的功能。然后再由功能反向推理，進行合理的科學猜想，逐步設(shè)想線粒體的基本結(jié)構(gòu)。這個過程能夠較好地激發(fā)學生思考的積極性，既訓練了科學推理能力，又不動聲色地讓學生認同了“結(jié)構(gòu)總是和功能相適應(yīng)”的生命觀念。

2.2.1 有關(guān)線粒體的知識背景 1850年，科學家給細胞染色的時候，發(fā)現(xiàn)細胞質(zhì)并非僅是一種膠狀物，里面有一種顆粒狀的實體結(jié)構(gòu)存在，當時稱作“生命小體”。1897年，德國科學家Benda對此進行了系統(tǒng)的研究，觀察很多材料后發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)總是呈短線狀、顆粒狀，于是就叫它“線粒體”(mitochondrion，源于希臘字mito：線、chondrion：顆粒)，知道了名字的由來，印象就深刻。

2.2.2 資料分析 根據(jù)不同階段科學家們的研究成果，思考線粒體可能有什么功能：①研究發(fā)現(xiàn)，線粒體普遍存在于動、植物細胞中；②在植物幼嫩組織和分生組織中較多，衰老組織中較少；③哺乳動物的肝細胞和心肌細胞較表皮細胞多(如每個肝細胞可達2000個，而一般細胞只有200個左右)；④在同一細胞中分布不均勻，如常聚集在精子尾基部、原生動物的纖毛基底部等。

根據(jù)這些資料，學生會推理：線粒體在耗能多的細胞中較多，在同一細胞內(nèi)的耗能部位聚集，很可能這種結(jié)構(gòu)可以提供能量。

2.2.3 引導學生像科學家一樣思考 教師提出一系列思考問題：①根據(jù)初中所學內(nèi)容，想一想生命活動所需的能量是從哪里來的？②有機物中含有能量，只有釋放出來才能被生命活動利用，但這些能量怎樣才能釋放出來呢？③有機物在有氧條件下分解被稱做細胞的有氧呼吸，線粒體和能量供應(yīng)有關(guān)，由此你能推出線粒體的功能嗎？學生通過思考可得出結(jié)論：線粒體是有氧呼吸的場所。然后再提出新的問題引入線粒體結(jié)構(gòu)的學習：①有機物氧化是一個很復雜的過程，由幾十個步驟的化學反應(yīng)組成，有幾十種中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物是集合在一起反應(yīng)效率高，還是分散開反應(yīng)效率高？應(yīng)該有個什么樣的結(jié)構(gòu)比較好？②內(nèi)部膜面積大些好還是小些好？要擴大膜面積有哪些可能的方式？③線粒體內(nèi)的化學反應(yīng)是在常溫常壓下進行的，怎樣保證反應(yīng)能夠快速而高效地進行？這又需要哪些條件呢？

根據(jù)以往所學的知識，學生可以想到：反應(yīng)物聚集到一起濃度較高，更有利于反應(yīng)的快速進行，所以最好有膜的包被。學生還可以想到：內(nèi)膜可能形成毛巾表面一樣的凸起結(jié)構(gòu)，或者像暖氣片一樣的結(jié)構(gòu)等，不管學生的推理是否正確，都達到了讓學生通過深入思考獲取知識，而非機械記憶的目的。

2.3 “科學史”類知識的教學 教材中一般以敘述性語言介紹科學史實驗，多數(shù)教師常常把科學史當作故事講述，或者以“實驗流程”的模式向?qū)W生介紹，尤其現(xiàn)在普遍應(yīng)用多媒體課件，導致科學史實驗的學習過程簡化成“動畫展示實驗過程→分析實驗步驟和結(jié)果→得出結(jié)論”。這樣的教學過程中師生信息交流的方式類似于導游和參觀者，達到的效果也只是“了解實驗的過程與結(jié)果”，忽略了對實驗原創(chuàng)性的思考過程，很難讓學生真正“沿著科學家探索生物世界的道路理解科學的本質(zhì)和科學研究方法”。

讓學生從“實驗的參觀者”角色轉(zhuǎn)變成為“實驗的設(shè)計與實施者”角色，可以較好地避免上述問題的出現(xiàn)。如何引導學生以“實驗的設(shè)計者”角色進行原創(chuàng)性思考，是解決問題的關(guān)鍵。所謂“原創(chuàng)性思考”就是能夠引導學生從問題的發(fā)現(xiàn)者和研究者的視角去思考問題和解決問題。

例如，在生長素發(fā)現(xiàn)科學史的教學中，引導學生在分析與評價拜耳和詹森實驗的基礎(chǔ)上學習溫特實驗，教師提出以下探究問題:①假如尖端能產(chǎn)生某種化學物質(zhì)，我們能否收集到這種物質(zhì)？如何收集？②如果可以選擇某種基質(zhì)收集，基質(zhì)必須具備哪些特點？③如何利用基質(zhì)收集尖端產(chǎn)生的化學物質(zhì)？④怎樣利用收集化學物質(zhì)后的基質(zhì)進行實驗研究？⑤結(jié)果如何才能證明尖端產(chǎn)生了某種化學物質(zhì)？上述問題適時逐步提出，引導學生討論分析，通過提問、修正、總結(jié)的方式解決這些問題。讓學生經(jīng)歷一個“尋找方法→選擇材料→設(shè)計方案→預期結(jié)果”的探究過程。隨后展示溫特實驗，讓學生將自己設(shè)計的實驗方案與溫特實驗比較、分析并找出異同。并評價溫特實驗與詹森實驗相比，有什么進步之處？(溫特實驗的進步之處在于較好地排除了尖端這種結(jié)構(gòu)本身對實驗結(jié)果的干擾。)

通過上述探究與評價過程，可以較好地學習科學實驗的一般方法和思路，提高學生的實驗探究能力和批判性思維能力。

2.4 “生命活動過程”類知識的教學 教材通常以發(fā)生的先后次序，以描述性語言呈現(xiàn)“生命活動過程”方面的知識。最常見的教學是將其進行提煉歸納，找準關(guān)鍵點，讓學生記住這些點，以便達成“簡述”的教學目標。有些教師還總結(jié)成為“口訣”“順口溜”等，以便于學生的背誦或記憶。但是學生在學習這些知識的過程中并沒有得到能力的鍛煉和提升。

生物學是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學，生命活動過程的相關(guān)知識均來自科學家的實驗研究，這些實驗研究的背景知識，為課堂教學提供了豐富的素材，挖掘并整理這些素材，將其轉(zhuǎn)化為可進行課堂探究的小資料，引導學生進行基于資料的課堂探究活動，不僅讓學生在思考探究的過程中得到能力的提升，并且在滿足學生好奇心的同時得到興趣的養(yǎng)成與發(fā)展。

例如，在“靜息電位與動作電位形成的離子基礎(chǔ)”的教學中，挖掘并整理相關(guān)資料，設(shè)計成基于資料的課堂探究過程，讓學生在思考討論與分析問題的基礎(chǔ)上理解靜息電位與動作電位產(chǎn)生的機理，既能讓學生理解相關(guān)原理，又在思考與分析的過程中得到分析能力的鍛煉。

資料1：①科學家研究槍烏賊神經(jīng)細胞的巨大軸突時，將電位計的一個電極置于膜外，另一個置于膜內(nèi)時，檢測到了-70 mv的電位差；②研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)細胞內(nèi)K+濃度遠高于膜外(膜內(nèi)濃度是膜外的約28倍)，而Na+濃度遠低于膜外(膜外濃度是膜內(nèi)的約15倍)；③細胞膜上存在K+滲漏通道，不管刺激與否均處于開放狀態(tài)；④離子通道是由蛋白質(zhì)組成的，具有高度專一性，只允許某一種離子通過，其他離子均不能通過。

引導學生思考討論：神經(jīng)細胞膜內(nèi)外的電位差可能是哪種離子跨膜運輸造成的？這種離子運輸能持續(xù)進行嗎？為什么？

資料2：①科學家用電極刺激神經(jīng)纖維時，檢測到細胞膜內(nèi)外的電位差由-70 mv變?yōu)?，又反轉(zhuǎn)變?yōu)?35 mv；②研究表明，細胞膜上還存在K+門控通道和Na+門控通道，受到刺激時才能打開，且運輸離子的功能更強大；③K+門控通道總是等Na+門控通道完成任務(wù)時才打開，門控通道只要沒有離子通過時即關(guān)閉；⑧Na+-K+離子泵總是不停地工作，把生命活動過程中丟失K+的運回細胞，同時把進入細胞多余Na+的運出細胞，以恢復興奮前的狀態(tài)。

引導學生思考討論：神經(jīng)纖維在接受刺激時，膜內(nèi)外電位差的反轉(zhuǎn)可能是哪些離子跨膜運輸造成的？這些離子的跨膜運輸能否持續(xù)進行？為什么？

上述問題解決后，通過資料及問題繼續(xù)引導學生思考討論：①假如把神經(jīng)細胞放入較高濃度的K+溶液中，靜息電位會發(fā)生變化嗎？為什么？②假如把神經(jīng)細胞放入較高濃度的Na+溶液中，動作電位的峰值會有何變化？為什么？放入極低濃度的Na+溶液中呢？

基于資料和問題的生物學課堂探究活動，會讓學生始終處于積極思考的學習狀態(tài)，問題的解決過程不僅讓學生理解了靜息電位及動作電位等生理過程產(chǎn)生的機理，而且培養(yǎng)了學生的思維能力和解決問題的能力。