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論生物知識的表征形式及其建構(gòu)的路徑教育論文
一、生物知識的表征形式
生物知識的表征形式有兩種:外部表征和內(nèi)部表征。外部表征是指生物知識通過使用文字、圖形、模型等表示的一種外部形式,其中同一生物知識可以用不同的外部形式來表征。例如,氨基酸的結(jié)構(gòu)通式可以畫分子結(jié)構(gòu)示意圖表征,也可以建構(gòu)模型來表征:將氨基酸的結(jié)構(gòu)通式比喻成人——左手代表氨基,右手代表羧基,兩條腿代表氫,軀干代表碳,頭代表R基(氨基酸不同是因為R基不同,就如同人長得帥氣與否首要看的還是我們的臉蛋);此外還可以用語義表征:極少有一個氨基和羧基連在同一個碳原子上,此外該碳原子還連接一個氫和R基團(tuán)。內(nèi)部表征可以指學(xué)生在學(xué)習(xí)生物知識過程中在工作記憶平臺上信息分析、關(guān)系提煉的認(rèn)知活動,也可以指信息在心理活動中表現(xiàn)和記載的方式。工作記憶又叫短時記憶是指信息加工的操作平臺,其容量只有5~9個組塊。組塊是信息量的一個單位,指測量人短時記憶量的最小單位。外部信息進(jìn)入工作記憶后一般以命題和表象兩種方式表征。
(1)命題表征:命題是詞語表達(dá)意義的最小單元,由關(guān)系和一組命題兩個成分構(gòu)成,例如,“葉子是綠色的”表達(dá)了一個意思,是一個命題。在這個命題中,論題是“葉子”和“綠色的”,“是”表示關(guān)系,對命題起限制作用。在大多數(shù)情況下,一個句子表達(dá)的多不止一個意思。如“減數(shù)分裂是進(jìn)行有性生殖的生物,在減數(shù)分裂過程中,染色體只復(fù)制一次,而細(xì)胞連續(xù)分裂兩次。減數(shù)分裂的結(jié)果是,成熟生殖細(xì)胞中的染色體數(shù)目比原始生殖細(xì)胞減少一半”表達(dá)4個意思,是4個命題。即分裂發(fā)生的范圍:進(jìn)行有性生殖的生物;分裂發(fā)生的時間和行為:在產(chǎn)生成熟生殖細(xì)胞時進(jìn)行的染色體數(shù)目減半的細(xì)胞分裂;分裂的特點(diǎn):染色體只復(fù)制一次,而細(xì)胞分裂兩次;分裂的結(jié)果:成熟生殖細(xì)胞中的染色體數(shù)目比原始生殖細(xì)胞減少一半。
(2)表象表征:是指事物及其相關(guān)信息在人腦中的表征貯存。在生物學(xué)習(xí)中實驗現(xiàn)象、生物圖形、細(xì)胞模型和生物用語均是以表象方式表征的。表象作為對客體或情境的一種模擬表征,可以將大量的信息壓縮到一個緊湊的信息組塊中,節(jié)省工作記憶空間,減輕對工作記憶的認(rèn)知負(fù)荷,在認(rèn)知活動中起著相當(dāng)重要的作用。例如,生物體內(nèi)核酸相關(guān)知識的記憶表象(如圖1)將4條信息壓縮到一個組塊中,提高了組塊的信息貯存能力,減輕了記憶負(fù)荷。
二、外部表征對內(nèi)部表征的影響
外部表征對內(nèi)部表征的影響主要體現(xiàn)在外部表征形式對短時記憶負(fù)擔(dān)上。究其原因,是因為信息的文字表征在工作記憶里轉(zhuǎn)化為命題,工作記憶中的信息過多,學(xué)生思維操作負(fù)荷較大,難以順利實現(xiàn)信息之間的意義聯(lián)結(jié),從而出現(xiàn)理解上的困難。而信息的圖形表征在工作記憶中形成表象,對信息進(jìn)行了壓縮,節(jié)省工作記憶空間,減輕工作記憶負(fù)擔(dān),學(xué)生相對容易建構(gòu)信息之間的意義聯(lián)結(jié)。
例1 有這樣一道推理題:蠶豆根細(xì)胞在含3H標(biāo)記的胞腺嘧啶脫氧核苷培養(yǎng)基中完成一個細(xì)胞周期,然后在不含放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中繼續(xù)分裂至中期,其染色體的放射性標(biāo)記分布情況是(B)
A.每條染色體的兩條單體都被標(biāo)記
B.每條染色體中都只有一條單體被標(biāo)記
C.只有半數(shù)的染色體中一條單體被標(biāo)記
D.每條染色體的兩條單體都不被標(biāo)記
大多數(shù)學(xué)生由題示信息的文字表征建構(gòu)“在含有放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中培養(yǎng)完一個細(xì)胞周期到不含有放射性標(biāo)記的培養(yǎng)基中培養(yǎng)至下一個分裂中期,其染色體的放射性標(biāo)記情況”的認(rèn)知存在一定的思維障礙,但是如果將題示信息的文字表征轉(zhuǎn)換成下列圖形表征(如下頁圖2),學(xué)生較易建立這一心理表征,從而突破空間的屏蔽。
三、生物知識的表征建構(gòu)策略
實踐證明,形象化的表現(xiàn)方式比言語敘述方式更有利于信息的編碼。言語敘述雖然能較確切地闡明知識的內(nèi)涵,但當(dāng)傳遞較復(fù)雜的信息時,由于工作記憶容量的限制,學(xué)生往往無法由線性的言語敘述建構(gòu)起對知識的非線性理解。反之,形象表征有助于減少記憶負(fù)荷,提高貯存能力,以更具有操作性和簡化復(fù)雜關(guān)系的形式對信息進(jìn)行編碼和處理。形象表征包括圖示表征和直觀教學(xué)手段表征。
1.圖示表征
圖示表征是以圖表的方式組織和表征信息。圖示表征減少繁冗的文字?jǐn)⑹?簡明直觀地呈現(xiàn)出知識的結(jié)構(gòu)性和認(rèn)知的整合性,有助于學(xué)生對知識的理解和概括。常用的圖示有概念圖、韋恩圖、數(shù)軸法、示意圖、曲線圖、知識網(wǎng)絡(luò)圖、知識點(diǎn)表格等。
(1)概念圖。概念圖通常從一般概念出發(fā),往下逐級延伸至具體概念,以層級結(jié)構(gòu)表明各概念間的關(guān)系。在生物教學(xué)中概念圖既可以幫助學(xué)生建構(gòu)概念之間的聯(lián)系,使學(xué)生能夠從全面與聯(lián)系的層面理解概念。同時也可以作為一種模板,幫助學(xué)生組織知識并使之結(jié)構(gòu)化和程序化。概念圖這種對知識的統(tǒng)攝和整合功能對學(xué)生的思維過程能產(chǎn)生積極影響,有助于學(xué)生對生物知識的認(rèn)知規(guī)律化,促使其有意義地學(xué)習(xí)。如圖3所示為血糖調(diào)節(jié)過程的概念圖:
(2)韋恩圖。在數(shù)學(xué)中常用韋恩圖來表示集合與集合之間的關(guān)系,在生物教學(xué)中使用韋恩圖也可以形象地表示出各種概念之間的邏輯關(guān)系(如并列、隸屬、交叉)和事物性質(zhì)之間的異同。如圖4所示為動植物糖類的分類:
(3)數(shù)軸法。利用數(shù)軸法,可以巧妙地將定性和定量概念聯(lián)系起來,并將抽象的內(nèi)容形象化,有助于理解和把握概念。根據(jù)細(xì)胞周期、分裂間期、分裂期的關(guān)系可用圖5表示:
(4)示意圖。生物學(xué)中有多種類型的示意圖可以將微觀現(xiàn)象宏觀化,或?qū)⒊橄髥栴}直觀化、形象化,有利于學(xué)生對較難的生物概念、微觀事物、抽象問題的理解與掌握,糾正其可能存在的模糊概念與相異構(gòu)想。如圖6所示為有氧呼吸過程的示意圖:
(5)曲線圖。曲線圖清楚直觀地表示出兩個量之間的數(shù)量關(guān)系或變化關(guān)系,顯示研究對象發(fā)展變化的規(guī)律性和特殊性,借助曲線圖表征,可以將定性和定量的分析巧妙地聯(lián)系起來。如圖7所示為光照強(qiáng)度與光合作用速率變化關(guān)系的曲線圖。
(6)知識網(wǎng)絡(luò)圖。生物學(xué)中常用知識網(wǎng)絡(luò)圖表示知識之間的結(jié)構(gòu)序列,有利于學(xué)生橫向和縱向把握知識之間的聯(lián)系,理解相互之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,提高其歸納演繹能力,形成有序的知識結(jié)構(gòu),強(qiáng)化記憶能力。如下頁圖8所示為細(xì)胞與其他知識之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)圖。
(7)知識點(diǎn)表格。表格具有整齊、簡明、易于比較分析的特點(diǎn)。利用表格表征,對相似、相近或相反的知識點(diǎn)進(jìn)行整合,有助于學(xué)生在比較中形成對知識的辨析和理解,進(jìn)行有效的類比編碼和對比編碼記憶。如表1所示為光合作用和細(xì)胞呼吸的比較:
2.直觀教學(xué)手段表征
生物學(xué)是一門從分子、細(xì)胞、個體水平研究生物的結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律,以及生物與周圍環(huán)境關(guān)系等的科學(xué)。生物概念和理論具有較強(qiáng)的概念性和抽象性,學(xué)生對此的理解存在一定的思維障礙。教學(xué)中借助實驗、模型、多媒體等直觀教學(xué)手段使教學(xué)內(nèi)容形象化、直觀化,可以減輕學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷,化解或突破知識難點(diǎn)。
(1)實驗表征。生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,生物學(xué)知識是從生物現(xiàn)象和生物過程中抽象出來的本質(zhì)特征,生物學(xué)知識的形成離不開實驗。學(xué)生通過觀察實驗現(xiàn)象和實驗過程可以實現(xiàn)抽象的知識與具體形象的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化,形成豐富的表象來支持對抽象化知識的理解和記憶。例如,在探究“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”的實驗中,學(xué)生通過實驗測量發(fā)現(xiàn)三塊瓊脂塊中NaOH擴(kuò)散的深度一樣,但瓊脂塊越小,內(nèi)部留下的空白越少這一表象后,通過數(shù)據(jù)的處理,就比較容易理解“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率關(guān)系”這一抽象的生物學(xué)知識。
(2)模型表征。染色體的行為變化過程抽象、復(fù)雜,單靠語言和文字描述,學(xué)生很難理解和把握。利用模型組織教學(xué),變抽象為具體,化不可見為可見,有利于學(xué)生形象直觀地認(rèn)知它們的本質(zhì)特征。例如,減數(shù)分裂過程中染色體行為的變化可通過建構(gòu)模型,抽象出減數(shù)分裂過程中染色體變化的本質(zhì)特征,突破知識難點(diǎn)。如表2所示:
(3)多媒體表征。生物學(xué)是一門從微觀層面研究宏觀事物及其變化的學(xué)科。由于微觀世界比較抽象,許多學(xué)生思維局限于宏觀表征,對一些生理過程及其本質(zhì)缺乏實質(zhì)性理解,如有絲分裂、興奮的傳導(dǎo)、傳遞等。借助多媒體技術(shù)模擬和放大微觀的生理過程及其變化,使抽象的、不可見的微觀世界變得生動形象,有利于減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷,糾正其可能存在的模糊觀念與相異構(gòu)想,從而突破生物學(xué)基本理論教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
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