認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論在遺傳學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用*

張云芳 陳 楚 張海軍

(淮北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 淮北 235000)

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認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論在遺傳學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用*

張云芳 陳 楚 張海軍

(淮北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 淮北 235000)

遺傳學(xué)是生物學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，也是生物學(xué)領(lǐng)域諸多學(xué)科建設(shè)的基礎(chǔ)和主要理論支撐，如何深入開展教學(xué)研究，對于促進(jìn)學(xué)科發(fā)展和學(xué)生發(fā)展均具有重要的意義。認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論在教學(xué)中具有重要的實踐指導(dǎo)意義，文章以遺傳學(xué)教學(xué)為例，分別從學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)、遺傳學(xué)的學(xué)科結(jié)構(gòu)、認(rèn)知情境創(chuàng)設(shè)等角度，探討如何以認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生遺傳學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展，提高教學(xué)效果，培養(yǎng)專業(yè)型人才。

遺傳學(xué)；認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論；認(rèn)知結(jié)構(gòu)；學(xué)科結(jié)構(gòu)；情境創(chuàng)設(shè)

遺傳學(xué)是研究生物遺傳與變異規(guī)律的一門科學(xué)，也是生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速，影響最為深遠(yuǎn)的基礎(chǔ)學(xué)科之一。歷經(jīng)了細(xì)胞遺傳、生化遺傳、微生物遺傳、分子遺傳、后基因組時代等不同階段的發(fā)展，遺傳學(xué)逐漸形成立體而又開放的研究體系，特別是近二十年來，隨著新技術(shù)、新方法的層出不窮，遺傳學(xué)在基因表達(dá)調(diào)控、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因診斷與治療等領(lǐng)域中取得了令人矚目的成就，逐漸成為生物學(xué)領(lǐng)域諸多學(xué)科建設(shè)的基礎(chǔ)和主要理論支撐[1]。鑒于遺傳學(xué)的學(xué)科地位，如何深入開展遺傳學(xué)教學(xué)研究，對于促進(jìn)學(xué)科發(fā)展和專業(yè)型人才培養(yǎng)具有重要的研究意義。探討教學(xué)研究，自然無法忽略教學(xué)理論的影響，源自于格式塔(Gestalt)學(xué)派的認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論據(jù)經(jīng)過一段時間的沉寂后，于20世紀(jì)50年代再次嶄露頭角，隨著布魯納、奧蘇貝爾、皮亞杰等認(rèn)知心理學(xué)家研究的深入[2-7]，逐漸取代行為主義學(xué)習(xí)理論占據(jù)主導(dǎo)地位，使學(xué)習(xí)理論的研究進(jìn)入又一個鼎盛時期。相比之下，行為主義學(xué)習(xí)理論、認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論更注重研究學(xué)生心智的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和心理過程，認(rèn)為學(xué)習(xí)就是面對當(dāng)前的問題情境，在內(nèi)心經(jīng)過積極的組織，從而形成和發(fā)展認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程。國內(nèi)學(xué)者馬驥雄[8]、嚴(yán)文蕃[9]早期對該理論的哲學(xué)背景及發(fā)展進(jìn)行了介紹和分析，隨后認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論呈蔓延之勢迅速滲透到國內(nèi)各學(xué)科教學(xué)領(lǐng)域[10-14]，成為教學(xué)研究的重要理論依據(jù)。遺傳學(xué)教學(xué)中，諸如啟發(fā)式教學(xué)[15]、案例教學(xué)[16]、概念圖策略[17]、探究式教學(xué)[18]等正是認(rèn)知理論在教學(xué)方法、教學(xué)策略等方面的實踐應(yīng)用，但是，著眼于課程整體結(jié)構(gòu)，學(xué)生遺傳認(rèn)知發(fā)展，國內(nèi)很少見諸報道?；谶z傳學(xué)的學(xué)科特征，本文分別從學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)、遺傳學(xué)的學(xué)科結(jié)構(gòu)、認(rèn)知情境創(chuàng)設(shè)以及人文素養(yǎng)滲透等角度，探討如何借助于認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展，提高教學(xué)效果，為深化高等教育教學(xué)改革，培養(yǎng)專業(yè)型人才提供理論依據(jù)。

一、分析學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以學(xué)生為教學(xué)的出發(fā)點

認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)，教育的主要目標(biāo)之一就是培養(yǎng)學(xué)生形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。認(rèn)知結(jié)構(gòu)是一個多元的概念，在認(rèn)知理論的發(fā)展過程中，從苛勒的頓悟，到托爾曼的認(rèn)知地圖、布魯納的編碼系統(tǒng)以及奧蘇伯爾的認(rèn)知同化等，分別從不同的角度分析認(rèn)知結(jié)構(gòu)這一術(shù)語，體現(xiàn)了認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不同價值取向。依據(jù)現(xiàn)代信息理論的觀點[19]，遺傳學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建設(shè)，就是學(xué)生面對遺傳學(xué)問題情境，遺傳信息的輸入、加工、儲存和提取，是一個不斷積累，前后貫通、循序漸進(jìn)的過程(見圖1)。

圖1 學(xué)生遺傳認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建設(shè)

準(zhǔn)確而深入地了解學(xué)生，收集學(xué)生遺傳的元認(rèn)知是促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，元認(rèn)知也是現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)研究的新領(lǐng)域。針對學(xué)生的元認(rèn)知設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生認(rèn)知動機(jī)，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)知的內(nèi)部加工和遷移，促進(jìn)學(xué)生遺傳認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建設(shè)。例如基于學(xué)生對流感的認(rèn)知背景，設(shè)計烈性噬菌體和溫和噬菌體的裂解特性，分析病毒的遺傳結(jié)構(gòu)及其侵染寄主細(xì)胞的遺傳特征，有機(jī)聯(lián)系生活，啟發(fā)學(xué)生思考流感病毒、艾滋病毒、埃博拉病毒等的預(yù)防措施，教學(xué)的最高境界就是來源于生活而又高于生活。

研究學(xué)生的認(rèn)知加工對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果具有重要的意義。近年來針對遺傳學(xué)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)的測量評價，結(jié)果顯示：其一，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，基本知識的識記和理解相對牢固，例如能夠準(zhǔn)確掌握遺傳學(xué)基本概念、定律、原理，并能夠利用數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)知識，分析預(yù)期表型、基因型的概率或者變化趨勢，分析高等動植物、細(xì)菌、病毒等不同生物遺傳與變異的基本規(guī)律；其二，具有一定難度或抽象的遺傳學(xué)知識，學(xué)生存在認(rèn)知加工或提取錯誤，認(rèn)知的前后發(fā)展沒能得到很好的順應(yīng)和平衡。

如何預(yù)防學(xué)生的認(rèn)知加工錯誤呢？教師對學(xué)生的認(rèn)知加工引導(dǎo)非常重要。教學(xué)依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特征，按照學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)，通過構(gòu)建概念圖、設(shè)計案例分析、創(chuàng)設(shè)情境教學(xué)等手段，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生，從而促進(jìn)學(xué)生遺傳學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的豐富和發(fā)展(見圖2)。教師根據(jù)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展特征，思考并總結(jié)學(xué)生遺傳學(xué)知識的加工和提取途徑，建立學(xué)生遺傳認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)展模型，對于診斷認(rèn)知缺陷，解決教學(xué)問題，提高教學(xué)效果具有重要的意義。

圖2 學(xué)生遺傳學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的豐富與發(fā)展

例如受顯性基因、隱性基因概念的影響，學(xué)生極易混淆學(xué)習(xí)顯性致死基因與隱性致死基因，教師分析學(xué)生產(chǎn)生誤解的根源，強(qiáng)調(diào)致死的顯隱性取決于個體或基因的致死效應(yīng)的顯隱性，而不是基因表型效應(yīng)的顯隱性。再如細(xì)菌重組，學(xué)生容易混淆原核生物與真核生物間的差異，忽略細(xì)菌重組時部分二倍體的特性，容易理解錯誤。教師可以通過設(shè)計問題串啟發(fā)引導(dǎo)：根據(jù)遺傳信息從接合管轉(zhuǎn)移的特征，你可以得到哪些信息？細(xì)菌重組的特點是什么？核苷酸在內(nèi)基因子間和內(nèi)基因子外有無變化？細(xì)菌的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、性導(dǎo)及高頻重組間的區(qū)別是什么？這些問題串的巧妙設(shè)計形成一定導(dǎo)向，促進(jìn)了學(xué)生細(xì)菌遺傳的脈絡(luò)結(jié)構(gòu)建設(shè)，教師注意提問策略，不憤不啟，不悱不發(fā)，啟發(fā)學(xué)生思考隱藏在表層背后的信息。

二、構(gòu)建遺傳學(xué)學(xué)科結(jié)構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)與學(xué)科結(jié)構(gòu)的結(jié)合

學(xué)科結(jié)構(gòu)化是布魯納認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論的代表性觀點之一。認(rèn)知主義吸收了信息論、系統(tǒng)論和控制論等理論的精華，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)化，認(rèn)為學(xué)習(xí)是由一系列的階段和環(huán)節(jié)構(gòu)成[20]395-402。布魯納，美國當(dāng)代著名的認(rèn)知主義心理學(xué)家，認(rèn)為無論教什么學(xué)科，務(wù)必要使學(xué)生理解學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)，并使學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)是一門學(xué)科圍繞其基本概念、基本原理以及基本態(tài)度和方法而形成的整體知識框架和思維框架。學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)是學(xué)生遺傳認(rèn)知提高的腳手架，教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)與學(xué)科結(jié)構(gòu)的結(jié)合，即會產(chǎn)生強(qiáng)大的學(xué)習(xí)效率。

遺傳學(xué)學(xué)科基本結(jié)構(gòu)與學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。1900年孟德爾定律被重新發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著遺傳學(xué)的誕生，一百多年來的輝煌歷史，見證了學(xué)科發(fā)展的日新月異。無論是經(jīng)典卻又精彩紛呈的細(xì)胞遺傳，還是解釋基因代謝途徑、揭示基因表達(dá)調(diào)控奧秘的微生物遺傳，或是與人類健康休戚相關(guān)的免疫遺傳以及引領(lǐng)生物前沿發(fā)展的分子遺傳等，向我們展示了遺傳學(xué)獨特的學(xué)科魅力，體現(xiàn)了遺傳學(xué)研究內(nèi)容的博大精深，尤其是近二十年以來，遺傳學(xué)在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、生物制藥、遺傳學(xué)疾病的臨床診斷與治療等領(lǐng)域中取得了令人矚目的成果。遺傳學(xué)學(xué)科的迅猛發(fā)展促進(jìn)了教材的不斷更新和發(fā)展，自1978—2014年，國內(nèi)陸續(xù)出版遺傳學(xué)出版物895部，其中戴灼華《遺傳學(xué)》(第二版)影響力最高，內(nèi)容最為全面新穎[20]395-402。我校自2003年以來，一直以戴灼華的《遺傳學(xué)》為教材，并參考其他系列出版物，授課內(nèi)容主要包括緒論、孟德爾遺傳、遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)、連鎖與交換、病毒與細(xì)菌遺傳、染色體畸變、基因突變、基因表達(dá)調(diào)控、數(shù)量遺傳、細(xì)胞質(zhì)遺傳以及群體遺傳等部分，不同專業(yè)間有所調(diào)整?；诓剪敿{學(xué)科結(jié)構(gòu)化的理論，遺傳學(xué)學(xué)科基本結(jié)構(gòu)設(shè)計如下(見圖3)，圍繞圖3 遺傳學(xué)學(xué)科基本結(jié)構(gòu)遺傳學(xué)三大定律，按照學(xué)科發(fā)展的邏輯順序，由真核生物到原核生物再到病毒，由細(xì)胞到個體再到群體，清晰地呈現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在關(guān)系，細(xì)胞質(zhì)遺傳與細(xì)胞核遺傳特征分明而又彼此依賴。此外，結(jié)合參考教材及網(wǎng)絡(luò)資源，另設(shè)置興趣欄、專題視頻、學(xué)以致用等模塊，作為學(xué)科基本結(jié)構(gòu)的靈活補(bǔ)充，滿足學(xué)生多元化發(fā)展的需求。

圖3 遺傳學(xué)學(xué)科基本結(jié)構(gòu)

三、創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，促進(jìn)情境認(rèn)知的深化

認(rèn)知心理學(xué)的生態(tài)學(xué)研究取向強(qiáng)調(diào)，研究者應(yīng)該在具體的現(xiàn)實環(huán)境中研究人的心理，因為人的所有心理活動都是由情境背景塑造的[21-22]，情境認(rèn)知是學(xué)習(xí)理論在認(rèn)知理論科學(xué)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展，認(rèn)為認(rèn)知并不只是大腦的功能，不是對客觀世界的鏡像式反映，而是有賴于人和情境之間的作用關(guān)系。學(xué)習(xí)要經(jīng)由個人與環(huán)境的互動才得以真正發(fā)生，是人在自然與社會情境中通過互動活動，重構(gòu)人與環(huán)境的意義，并獲得對事物和知識的理解[23]。

由于學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展與情境具有不可分離性，因而任何去情境化的知識都不能稱作真正的知識。教學(xué)中，教師通過創(chuàng)設(shè)具體的情境，并借助于傳媒模式，使學(xué)生視覺和聽覺積極參與知識的加工與處理[24]，知行合一，解決教育與社會實踐相脫離的困境。不管多么抽象的遺傳學(xué)知識，只要置于一定的情境中就會產(chǎn)生相應(yīng)的意義。例如原核生物基因表達(dá)及調(diào)控部分，學(xué)生雖然具備一定的認(rèn)知基礎(chǔ)，已經(jīng)掌握細(xì)菌遺傳學(xué)分析，但是細(xì)菌乳糖操縱子及其正負(fù)調(diào)控依然非常抽象。借助于豐富的課程資源和現(xiàn)代傳媒技術(shù)，教師以直觀形象的圖片和Flash動畫制作，闡述乳糖操縱子是細(xì)菌參與乳糖分解的基因群，在這個基因群內(nèi)，分解乳糖的相關(guān)結(jié)構(gòu)基因串連在一起形成一個基因簇，共同編碼乳糖代謝途徑。再結(jié)合實例分析調(diào)節(jié)基因?qū)Y(jié)構(gòu)基因的調(diào)控效應(yīng)，一旦調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變，下游結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)隨即產(chǎn)生相應(yīng)變化，原本抽象的調(diào)控機(jī)制生動而形象。

此外教師也可以運用人文素養(yǎng)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，良好的人文素養(yǎng)對于大學(xué)生健全人格、改善思維方式、提高綜合素質(zhì)具有重要的促進(jìn)作用[25]。例如隱性基因的上位效應(yīng)，教材以蛇的皮紋為例，橙色基因(O)與黑色基因(B)互作表現(xiàn)花斑皮紋，如果兩者均為隱性基因，則表型為白色，“原來白娘子為隱性純合體啊”，既是人文素養(yǎng)的滲透，也是課堂美學(xué)的體現(xiàn)。學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)座子，引導(dǎo)學(xué)生思考，同一玉米棒上的籽粒為什么顏色會有差異？由“會跳躍的基因”以及“玉米夫人——麥克林托克”創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生寓學(xué)于樂，感悟基因概念的發(fā)展。講解苯丙酮尿癥遺傳效應(yīng)時，通過比較東西方對苯丙酮尿癥患者的飲食調(diào)控及情感關(guān)愛，啟發(fā)學(xué)生熱愛生命，形成積極、健康的情感態(tài)度，逐步落實新世紀(jì)教育的核心價值觀[26]。

21世紀(jì)，遺傳學(xué)與人類的生活依然密切相關(guān)，以遺傳學(xué)為理論或技術(shù)支撐的諸如生物新能源開發(fā)、生物制藥等技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在人類生活中扮演愈加重要的角色，遺傳學(xué)專業(yè)型人才培養(yǎng)依然任重道遠(yuǎn)。學(xué)習(xí)理論是對不同問題情境下學(xué)習(xí)的解釋和分析，從一定的程度上促進(jìn)人類心智的發(fā)展，不同的學(xué)習(xí)理論蘊含不同的價值，本文僅以認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論為例，分析該理論在遺傳學(xué)教學(xué)中的指導(dǎo)作用，促進(jìn)高校教學(xué)改革和教學(xué)研究的深入發(fā)展，為遺傳學(xué)學(xué)科建設(shè)提供更為堅實的平臺，也為學(xué)生的專業(yè)培養(yǎng)和能力提升提供更為有力的保障。

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(責(zé)任編輯 李世萍)

Application of Cognitivism Theory in Genetics Teaching

ZHANGYun-fang，CHENChu，ZHANGHai-jun

(School of Life Science，Huaibei Normal University，Huaibei，235000，China)

Genetics is one of the foundation courses in biology education，which also lays the foundation and provides the theoretical support for many other biology disciplines.Therefore，how to deeply develop the teaching research of genetics has a great significance to promote the disciplines and students'development.The cognitive learning theory has been widely recognized and has a great practical guiding significance in teaching.In this paper，from the perspective of cognitive structure，discipline structure and situation design，we discusses how to design teaching links under the guidance of cognitivism to greatly improve teaching effects，promote the form and development of genetics cognitive structure for students and cultivate the professional talents.

genetics；cognitivism theory；cognitive structure；discipline structure；situation design

2016-05-11

安徽省高等學(xué)校省級質(zhì)量工程建設(shè)項目(項目編號：2014gxk042)；安徽省高等學(xué)校省級質(zhì)量工程建設(shè)項目(項目編號：2012jyxm266)；淮北師范大學(xué)校級質(zhì)量工程項目(項目編號：jy14146).

張云芳(1977-)女，安徽固鎮(zhèn)縣人，講師，主要從事遺傳毒理學(xué)與生物教學(xué)論研究.

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