劉本舉

(首都師范大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100048)

1 問題的提出及分析

現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)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(shí)性知識(factual knowledge)與概念性知識(conceptual knowledge)。其中，事實(shí)性知識是指學(xué)習(xí)一門學(xué)科所要知道的最基本的要素，是更進(jìn)一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。例如，要研究細(xì)胞的生命活動規(guī)律，必須先知道細(xì)胞的基本構(gòu)造；要研究新陳代謝中有序化學(xué)變化的規(guī)律，先要學(xué)習(xí)構(gòu)成細(xì)胞的各種物質(zhì)的分子。這些最基本的知識就屬于事實(shí)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(jī)械記憶是難以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)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(shí)性知識，如果讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)，對內(nèi)容的理解不深入，僅僅是機(jī)械記憶；如果讓學(xué)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(xué)教材中常見的四種類型的教學(xué)方法與策略，為該類型知識的教學(xué)及后續(xù)研究提供參考。

2 事實(shí)性知識的教學(xué)策略

2.1 “物質(zhì)及功能”類知識的教學(xué)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(jì)。興趣是學(xué)習(xí)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(xué)生學(xué)到“鮮活”“有用”的知識，是激發(fā)興趣的有效途徑。當(dāng)課堂里有了“生活”，教材羅列的“枯燥知識”就可變成學(xué)生喜愛的生活問題探討。

例如，“細(xì)胞中的糖類”一節(jié)教學(xué)中，根據(jù)這節(jié)課的內(nèi)容設(shè)計(jì)6個(gè)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(xué)生一起探討。

把每個(gè)生活化問題再細(xì)化后引發(fā)學(xué)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(shí)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(biāo)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(dǎo)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?jiān)约S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(shí)感覺很餓，為什么餓過頭反而又不餓了？在解決這些問題時(shí)，將教學(xué)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(xué)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(jià)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(jià)值高是因?yàn)楹休^多的纖維素嗎？等等。在愉快的交流過程中學(xué)習(xí)，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(xué) 中學(xué)教材關(guān)于生物體或細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能的事實(shí)性知識一般以圖片和少量描述性語言進(jìn)行介紹。如高中生物學(xué)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(diǎn)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(diǎn)，最后告訴學(xué)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(diǎn)。如此，仍舊擺脫不了機(jī)械記憶的結(jié)果。對于“結(jié)構(gòu)與功能”類事實(shí)性知識的學(xué)習(xí)，可根據(jù)美國認(rèn)知心理學(xué)家奧蘇泊爾(D.P.Ausubel)提出的認(rèn)知結(jié)構(gòu)同化論，先通過一定的方法激活學(xué)生原有知識，并引領(lǐng)學(xué)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(xué)應(yīng)該換一個(gè)思路，把多位科學(xué)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(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，設(shè)計(jì)推理過程，讓學(xué)生進(jìn)行思考、推理和分析，并結(jié)合初中所學(xué)知識推理出線粒體的功能。然后再由功能反向推理，進(jìn)行合理的科學(xué)猜想，逐步設(shè)想線粒體的基本結(jié)構(gòu)。這個(gè)過程能夠較好地激發(fā)學(xué)生思考的積極性，既訓(xùn)練了科學(xué)推理能力，又不動聲色地讓學(xué)生認(rèn)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(xué)家給細(xì)胞染色的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)并非僅是一種膠狀物，里面有一種顆粒狀的實(shí)體結(jié)構(gòu)存在，當(dāng)時(shí)稱作“生命小體”。1897年，德國科學(xué)家Benda對此進(jìn)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(xué)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(xì)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(xì)胞和心肌細(xì)胞較表皮細(xì)胞多(如每個(gè)肝細(xì)胞可達(dá)2000個(gè)，而一般細(xì)胞只有200個(gè)左右)；④在同一細(xì)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(xué)生會推理：線粒體在耗能多的細(xì)胞中較多，在同一細(xì)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(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考 教師提出一系列思考問題：①根據(jù)初中所學(xué)內(nèi)容，想一想生命活動所需的能量是從哪里來的？②有機(jī)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(jī)物在有氧條件下分解被稱做細(xì)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(xué)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(xué)習(xí)：①有機(jī)物氧化是一個(gè)很復(fù)雜的過程，由幾十個(gè)步驟的化學(xué)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(gè)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(kuò)大膜面積有哪些可能的方式？③線粒體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)是在常溫常壓下進(jìn)行的，怎樣保證反應(yīng)能夠快速而高效地進(jìn)行？這又需要哪些條件呢？

根據(jù)以往所學(xué)的知識，學(xué)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(jìn)行，所以最好有膜的包被。學(xué)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(xué)生的推理是否正確，都達(dá)到了讓學(xué)生通過深入思考獲取知識，而非機(jī)械記憶的目的。

2.3 “科學(xué)史”類知識的教學(xué) 教材中一般以敘述性語言介紹科學(xué)史實(shí)驗(yàn)，多數(shù)教師常常把科學(xué)史當(dāng)作故事講述，或者以“實(shí)驗(yàn)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(dǎo)致科學(xué)史實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程簡化成“動畫展示實(shí)驗(yàn)過程→分析實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果→得出結(jié)論”。這樣的教學(xué)過程中師生信息交流的方式類似于導(dǎo)游和參觀者，達(dá)到的效果也只是“了解實(shí)驗(yàn)的過程與結(jié)果”，忽略了對實(shí)驗(yàn)原創(chuàng)性的思考過程，很難讓學(xué)生真正“沿著科學(xué)家探索生物世界的道路理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究方法”。

讓學(xué)生從“實(shí)驗(yàn)的參觀者”角色轉(zhuǎn)變成為“實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施者”角色，可以較好地避免上述問題的出現(xiàn)。如何引導(dǎo)學(xué)生以“實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者”角色進(jìn)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(dǎo)學(xué)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(xué)史的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生在分析與評價(jià)拜耳和詹森實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)溫特實(shí)驗(yàn)，教師提出以下探究問題:①假如尖端能產(chǎn)生某種化學(xué)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(diǎn)？③如何利用基質(zhì)收集尖端產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)？④怎樣利用收集化學(xué)物質(zhì)后的基質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究？⑤結(jié)果如何才能證明尖端產(chǎn)生了某種化學(xué)物質(zhì)？上述問題適時(shí)逐步提出，引導(dǎo)學(xué)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(xué)生經(jīng)歷一個(gè)“尋找方法→選擇材料→設(shè)計(jì)方案→預(yù)期結(jié)果”的探究過程。隨后展示溫特實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生將自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案與溫特實(shí)驗(yàn)比較、分析并找出異同。并評價(jià)溫特實(shí)驗(yàn)與詹森實(shí)驗(yàn)相比，有什么進(jìn)步之處？(溫特實(shí)驗(yàn)的進(jìn)步之處在于較好地排除了尖端這種結(jié)構(gòu)本身對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。)

通過上述探究與評價(jià)過程，可以較好地學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般方法和思路，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(xué) 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(xué)是將其進(jìn)行提煉歸納，找準(zhǔn)關(guān)鍵點(diǎn)，讓學(xué)生記住這些點(diǎn)，以便達(dá)成“簡述”的教學(xué)目標(biāo)。有些教師還總結(jié)成為“口訣”“順口溜”等，以便于學(xué)生的背誦或記憶。但是學(xué)生在學(xué)習(xí)這些知識的過程中并沒有得到能力的鍛煉和提升。

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，生命活動過程的相關(guān)知識均來自科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)研究，這些實(shí)驗(yàn)研究的背景知識，為課堂教學(xué)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(jìn)行課堂探究的小資料，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行基于資料的課堂探究活動，不僅讓學(xué)生在思考探究的過程中得到能力的提升，并且在滿足學(xué)生好奇心的同時(shí)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(xué)中，挖掘并整理相關(guān)資料，設(shè)計(jì)成基于資料的課堂探究過程，讓學(xué)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(jī)理，既能讓學(xué)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(xué)家研究槍烏賊神經(jīng)細(xì)胞的巨大軸突時(shí)，將電位計(jì)的一個(gè)電極置于膜外，另一個(gè)置于膜內(nèi)時(shí)，檢測到了-70 mv的電位差；②研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)K+濃度遠(yuǎn)高于膜外(膜內(nèi)濃度是膜外的約28倍)，而Na+濃度遠(yuǎn)低于膜外(膜外濃度是膜內(nèi)的約15倍)；③細(xì)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(dǎo)學(xué)生思考討論：神經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差可能是哪種離子跨膜運(yùn)輸造成的？這種離子運(yùn)輸能持續(xù)進(jìn)行嗎？為什么？

資料2：①科學(xué)家用電極刺激神經(jīng)纖維時(shí)，檢測到細(xì)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(xì)胞膜上還存在K+門控通道和Na+門控通道，受到刺激時(shí)才能打開，且運(yùn)輸離子的功能更強(qiáng)大；③K+門控通道總是等Na+門控通道完成任務(wù)時(shí)才打開，門控通道只要沒有離子通過時(shí)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(yùn)回細(xì)胞，同時(shí)把進(jìn)入細(xì)胞多余Na+的運(yùn)出細(xì)胞，以恢復(fù)興奮前的狀態(tài)。

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

上述問題解決后，通過資料及問題繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考討論：①假如把神經(jīng)細(xì)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(xì)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(xué)課堂探究活動，會讓學(xué)生始終處于積極思考的學(xué)習(xí)狀態(tài)，問題的解決過程不僅讓學(xué)生理解了靜息電位及動作電位等生理過程產(chǎn)生的機(jī)理，而且培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力和解決問題的能力。