基于圖式理論的中學生物學概念教學

廣東省深圳外國語學校 陳文昕

一、生物學概念學習的意義及現(xiàn)狀

生物學概念是生物學知識的基礎(chǔ)和精髓，是反映物質(zhì)在生命現(xiàn)象中特殊屬性的一種思維形式，是生物學科知識體系的重要組成部分。生物學概念是生物學科的知識核心，幾乎貫穿于每一節(jié)教學內(nèi)容中。生物學概念的掌握有助于學生對新信息進行加工、記憶、儲存，還可以促進學生抽象思維水平的發(fā)展。因此，正確地表征生物學概念是生物學習的核心環(huán)節(jié)。

在教學中，教師講解生物學概念時大多在定義的層面，學生傾向于生硬記憶概念或通過完成相應習題鞏固概念。張素燕2017 年通過對不同智力學生“有氧呼吸”概念表征進行研究，發(fā)現(xiàn)學生在概念習得后仍無法準確理解有氧呼吸的本質(zhì)，普遍存在認知結(jié)構(gòu)不完善、未真正領(lǐng)悟各種生命現(xiàn)象的本質(zhì)、尚未形成系統(tǒng)的學科知識網(wǎng)絡、無法用已有的知識去解決新問題、無法將新概念納入自己的已有圖式中等問題。

二、圖式理論

1781 年，德國哲學家康德提出了認知圖式的概念。巴特萊特認為，記憶不是對無數(shù)的、約定俗成的、無生命力和零散的痕跡的重新激活，而是一種富有想象力的重建或組建。圖式理論是對過去經(jīng)驗的反映，20 世紀70 年代，魯梅哈特等人提出了現(xiàn)代圖式理論，該理論認為學習者有序地將新知識與舊經(jīng)驗組織起來是一種知識的表征形式。根據(jù)此理論，學生在理解新概念時，大腦內(nèi)會自發(fā)形成新概念與已有的舊概念之間的聯(lián)系，這些已存在的舊知識對新知識的認知過程起到?jīng)Q定性影響。

（一）圖式分類

根據(jù)圖式理論，有三種基本圖式知識影響學生的理解能力：語言圖式、內(nèi)容圖式和形式圖式。語言圖式指學生已有的語言知識，即關(guān)于語音、詞匯、語法等方面的知識。內(nèi)容圖式是指學生對某個概念背景知識和所涉及的主題的熟悉程度。形式圖式指學生對于概念的文體、篇章結(jié)構(gòu)的掌握情況。

掌握語言圖式是正確理解概念內(nèi)容的基礎(chǔ)，一個概念太多生字或句子結(jié)構(gòu)太復雜都會影響學生對概念的理解。不同的文體又有各自不同的編碼和解碼的范式，讀者需要根據(jù)不同文體的圖式，對閱讀材料做出預見、推理和判斷。通常學生對文體結(jié)構(gòu)比較熟悉時，理解所讀概念的質(zhì)量會更高，速度也會更快。形式圖式包括閱讀材料的篇章結(jié)構(gòu)的知識。如果讀者熟悉閱讀材料的體裁，就能把握作者的寫作思路和文章的結(jié)構(gòu)層次，弄清文章的特定框架和各段落的排列組織方式，厘清段落之間的邏輯關(guān)系，從而對下文發(fā)展作出合理的預測。從文章體裁來講，概念屬于說明文體裁，是對客觀事物做出說明或?qū)Τ橄笫吕淼年U釋，中學生都熟悉這種篇章結(jié)構(gòu)。內(nèi)容圖式是學生對概念內(nèi)容范疇的已經(jīng)理解程度，包括背景知識，在一定程度上能幫助學生獲得正確的理解，學生可以根據(jù)概念中已經(jīng)提供的信息進行推理，得出正確的理解。如活菌計數(shù)法，使用稀釋涂布法接種，當樣品的稀釋度足夠高時，培養(yǎng)基表面生長的一個菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌。通過統(tǒng)計平板上的菌落數(shù)，就能推測出樣品中大約含有多少活菌。

三種圖式是相互統(tǒng)一、相互依賴的。語言圖式是理解概念的基礎(chǔ)，內(nèi)容圖式是理解概念的依據(jù)，而形式圖式則是調(diào)用內(nèi)容的能力，三者相輔相成，缺一不可。學生在學習一個新概念的過程中，如果能夠激活相關(guān)的圖式，就會產(chǎn)生理解，也是這三種圖式交互的過程。

（二）圖式理論下的生物學概念形成的過程

在理解輸入的信息時，首先激活已有的圖式，依賴已有的圖式知識對新信息進行解碼和編碼，同時也在對原有圖式進行調(diào)整和補充，學生掌握的圖式越多，越容易被激活，理解能力、信息存儲能力以及長期記憶能力就越強。圖式存在并不意味著它就能發(fā)揮作用，關(guān)鍵在于將其激活，使頭腦中已有的信息與文本中的符號之間相互聯(lián)系至關(guān)重要。在中學生物學教學過程中理解新概念時，需要把頭腦中已有的圖式激活，并使之同文本信息相互作用、產(chǎn)生共鳴。當學生頭腦中的內(nèi)容圖式等相關(guān)圖式一旦被激活，在閱讀過程中會產(chǎn)生比語言能力更大的作用，語言方面的不足或欠缺某些圖式信息，在某種程度上可以由內(nèi)容圖式來彌補。

（三）圖式理論對于生物教學的意義

圖式理論可以幫助教師優(yōu)化課堂教學，幫助學生構(gòu)建知識網(wǎng)絡，構(gòu)建生物知識體系，發(fā)展解決問題的能力。

1.優(yōu)化課堂教學

常規(guī)教學中，教師教授的知識往往是孤立的，教學效果不理想。應用圖式理論，把散亂的知識點組織化、結(jié)構(gòu)化，抓住知識本質(zhì)，為教師提供了一種新的教學思路，可促使學生用整體的眼光把握新知識的各個環(huán)節(jié)，建立聯(lián)系，更好更快、系統(tǒng)地理解生物學知識。

2.構(gòu)建知識網(wǎng)絡

人的工作記憶保持時間和記憶容量是有限的，而結(jié)構(gòu)化的知識有助于記憶。圖式理論是通過有意識地將新知識與已有的圖式融合或修改，建立新圖式，并將學習內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，提高記憶的容量和效率。

3.發(fā)展解決問題的能力

通過圖式理論，學生可以高度概括所學的知識點，并使知識點之間建立廣泛的聯(lián)系，形成知識網(wǎng)絡，提升對知識的完善、推理、聯(lián)想和遷移等能力，從而在宏觀上掌握知識，提高學生解決問題的能力。

三、圖式理論指導下的生物學概念教學策略

由于學生的生活經(jīng)歷和教育背景、日常生活小環(huán)境和社會大環(huán)境的差異，所具備的背景知識各不相同，如何利用圖式理論使學生更好地理解生物學概念，引導學生構(gòu)建多種圖式，并有效激活，提高學生對知識的理解和應用能力，就顯得十分重要。我們可以從語言圖式和內(nèi)容圖式兩方面入手，探尋講授生物學概念的普遍做法。

（一）從語言圖式出發(fā)

語言圖式是理解的前提和基礎(chǔ)，沒有語言圖式，內(nèi)容圖示和形式圖式就成了無源之水、無本之木。以語言圖式為基礎(chǔ)，學生才能對概念中的字、詞、句進行理解，并完成對生物學概念的整體理解。如在理解甲狀腺激素時，讓學生知道概念中的每一個字及其含義，學生才能充分理解這一概念。

（二）從內(nèi)容圖式出發(fā)

內(nèi)容圖式是學生的生活經(jīng)驗和背景知識，直接決定了對概念的理解程度。新獲取的信息與原有的圖式交匯融合，形成更新更具體的圖式，當新獲取的信息與原有的圖式不一致時，人們總是試圖用原有的經(jīng)驗去解釋新信息，或者根據(jù)新信息來更新原有的圖式，從而完成理解的過程。例如，講解甲狀腺激素的分泌器官，通過體液運輸，通過激素受體作用于靶細胞，作用后改變原有的生命活動，化學本質(zhì)是有機物，含量很少，提供調(diào)節(jié)信息等。并采用圖解法、列表法或流程法將概念知識網(wǎng)絡化，方便學生理解和記憶，有助于學生生成新的圖式。此概念涉及內(nèi)容圖式，還涉及更多、更復雜的相關(guān)內(nèi)容，如甲狀腺激素包含甲狀腺，甲狀腺的內(nèi)容圖式包括了甲狀腺在生物體所處的位置、功能、結(jié)構(gòu)等相關(guān)內(nèi)容。也就是說，往往是以一個概念為主題，同時涉及多個概念和知識點，具有復雜的聯(lián)系。教師在教學中，充分考慮學生在課堂的有限學習時間，根據(jù)教材的要求劃定所學概念所涉及的知識點的延伸范圍和深度，分析其中的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學生構(gòu)建知識網(wǎng)絡，促使學生記憶更牢固。

（三）采取有效措施，確保形成正確的圖式

教師如果僅僅講授抽象的知識，學生很難將其應用于解決實際的問題中，很難精確掌握此知識。因此，教師需要采取有效措施，確保形成正確的圖式。

教師在講課時，首先要認識到生物學概念學習是一個不斷完善和拓展的過程，不是簡單地獲取事實的過程，隨著學習地不斷深入，不斷地完善圖式。另外，由于圖式具有鑲嵌性，教師要注意激活學生的已有圖式，如果沒有和所學相關(guān)的內(nèi)容，教師可通過類比推理等方式促進學生形成新的圖式。最后，教師進行針對性干預，讓學生充分暴露其認知誤區(qū)，教師對其進行指導，及時修正學生的圖式。另外，可以安排課外習題等方式了解學生的圖式建立情況，幫助學生完善和修正圖式。

生物學概念是生物課程內(nèi)容的最基本組成部分，是提高學生生物學素養(yǎng)的重要教學內(nèi)容。當學生理解概念時，新輸入的知識與原有的圖式進行整合或修改，并生成新的圖式和認知框架。應用圖式理論有助于學生記憶、理解生物學概念，并形成知識網(wǎng)絡，便于優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，使知識點之間高度組織化，提升學生解決問題的能力。