认知结构同化论在生物教学中的应用

奥苏伯尔(D.P.Ausubel)是当代美国着名的认知心理学家,他于1963年提出了认知结构同化论,用以阐明认知结构在学习中的作用。目前,这一理论已为广大教育工作者熟悉并认同。本文拟就这一理论在中学生物学教学中的应用谈点认识和体会。
一、认知结构同化论的基本内容
认知结构同化论认为,学生从事新的有意义的学习时,必须有适于新知识学习的原有的认知结构,学生学习就是一个同化和发展自身认知结构的过程。同化的实质是新旧知识的相互作用,它既是新知识习得的心理机制,也是新知识被保持的心理机制。
奥苏伯尔根据新知识与认知结构原有知识(观念)的概括和包容水平不同,提出了三个不同的新旧知识相互作用模式。
①上位学习。
认知结构中原有的观念在概括和包容水平上低于要学习的新观念。例如,根据已知的小麦、水稻、玉米等植物的特征,从中概括出单子叶植物的概念的学习。新旧观念相互作用的结果是习得新的上位观念。
②下位学习(又称类属学习)。
认知结构中原有观念的概括和包容水平高于要学习的新观念。例如,已知单子叶植物的概念,并已知水稻、玉米、小麦是单子叶植物的实例,现在要进行高粱是单子叶植物的新例证的学习。
③并列学习。
要学习的新观念与原有观念无上位、下位关系,但在横向上有彼此吻合的关系(图1C)。例如,通过呼吸作用与已知的光合作用的关系的比较,知道光合作用与呼吸作用的联系与区别的学习。新、旧知识相互作用的结果是产生一种新的联合的意义。
二、认知结构同化论在生物学教学中的应用
学生学习生物学的过程,就是一个认知结构的转换与建构的过程,也是认知结构的同化过程。因此,教师必须根据学生原有的认知结构进行教学设计,帮助学生建构良好的认知结构。
1.根据原有的认知结构进行教学
奥苏伯尔有句名言:“如果我不得不把全部教育心理学还原为一条原理的话,我将会说,影响学习的唯一的最重要的因素是学习者已经知道了什么。”并且指出,要“根据学生原有知识进行教学。”可以说,这是运用同化理论指导生物学教学的最基本的原则。在教学中,了解学生、选择教学方法、教学模式和教学策略都必须遵循这一条原则。
(1)了解学生原有的认知状况。在上课前,教师要充分了解学生已有的知识情况,尤其是与新知识有密切关系的已有概念和原理掌握的情况,这是教学设计时选择有效的教学策略和方法的依据。同时,由于学生的认知方式、学习风格、个性特征的差异,对同一事物的认识、感受也不会完全相同,这就使学生建构的认知结构具有多样性或特异性。因此,教学设计时还必须充分考虑到学生认知结构的个体差异性,采取灵活多样的教学方法和教学策略,促使学生顺利地实现认知结构的同化学习。在教学中,一般可以通过课前提问、诊断性测试等方式了解学生原有知识状况,也可以通过日常观察、心理问卷调查,了解学生的认知方式和学习风格。
(2)注重新旧知识的联系。教学中要善于从已有的知识过渡到新知识,讲清新知识与已有知识的内在联系与区别,以利于学生进行同化学习。
首先,在设计引言时,不仅要考虑到能否引发学生的学习兴趣,还要注重新旧知识的衔接,采用温故知新的方法引入。例如,学习呼吸作用时,可以设问,绿色植物通过光合作用把光能转变成贮存在有机物中的化学能,而植物的生命活动无时无刻都离不开能量的供应。那么,有机物中贮存的化学能又是怎样被释放出来,供给植物生命活动的呢?由此引入呼吸作用。这样既总结了所学旧知识又引出新知识,承上启下,易于学生理解光合作用与呼吸作用之间的联系。
其次,在教学过程中,要运用对比方法,充分揭示新旧知识的联系与区别,以旧促新,以新带旧,帮助学生掌握和理解知识,例如,高中生物“细胞”一节中描述了叶绿体与线粒体的结构与功能,但较抽象笼统,而在后继的“绿色植物的新陈代谢”中则着重讲述了与之相关的光合作用和呼吸作用。在进行教学设计时,可以抓住新旧知识间的密切联系,在前面的学习中让学生重点掌握叶绿体和线粒体中酶和色素的分布和结构特点,而后面学习光合作用和呼吸作用时,先用一定时间复习旧知识,从而使新旧知识两相结合,使学生更易于掌握诸如光合作用中光反应和暗反应以及有氧呼吸的场所等知识,更易于理解结构与功能相适应这一生物学的基本原理。
(3)选择建构化教学模式
如果说学生的学习就是利用原有的认知结构同化新知识,建构新的认知结构的过程,那么教师的教学就应该遵循认知结构建构化教学模式。这一模式的基本思路是,在学生的认知结构中找到同化新知识的原有的有关知识,经过分析、推理等思维过程,使新知识与原有的知识建立联系,进而概括出新的规律性知识并重建新的认知结构,然后通过运用新规律,进一步检验、巩固新知识,并实现知识的迁移。
运用此模式的前提是学生必须具有大量相关的原有知识。另外,知识的内化或认知结构的建构过程是一个复杂的思维活动,只有通过对知识的分析、综合、推理、重组等思维加工过程,才能建立起新旧知识之间的联系,使知识系统化、结构化,进而通过知识的应用实现知识的迁移。比如,学习基因的遗传规律时,一旦学生认知结构中有了有关减数分裂、基因的分离规律等知识,就可以用于同化基因的自由组合规律和伴性遗传等知识,学生再通过运用遗传规律解遗传习题,就可以进一步促进对知识的理解。
(4)设计先行组织者
先行组织者是奥苏伯尔提出并倡导的一种教学策略。其核心是,在课堂教学中讲授新知识之前,首先为学生设计一个能把握所授知识的本质,对新知识具有引导性、起同化作用的知识结构——组织者,并将其内化为学生的认知结构。因为组织者必须在正式教授新知识之前呈现给学生,因此称为“先行组织者”。
其实,设计先行组织者,就是对学生原有的认知结构的提炼概括、拓宽引伸。例如,在根吸收矿质元素过程的教学中,通过分析植物细胞膜的结构以及相关的物理、化学知识(学生已有的),引导学生得出如下“先行组织者”(学生原有)认知结构:(1)植物细胞具有呼吸作用;(2)植物细胞膜带有电荷,能吸附带相反电荷的离子;(3)植物细胞膜上有运输离子的载体,能将离子进行跨膜运输等。一旦学生建立起这一先行组织者,教学过程即可按上述(图2)的认知结构建构化教学模式展开。
2.建构良好的认知结构
所谓认知结构,就是学生头脑中内化的知识的组织,也就是学生头脑里内化了的知识结构。衡量学生学习质量的重要标志就在于学生头脑中是否建立了良好的认知结构,即学生到底掌握了多少知识,这些知识是否构成了良好的组织结构。因此,生物学教学的重要目标之一就是帮助学生建立良好的认知结构。那么,如何才能帮助学生建立良好的认知结构呢?
(1)重视知识结构与认知结构的匹配
学生良好的认知结构的建立,取决于教学中是否能为学生呈示良好的知识结构。因此,生物学教学必须重视知识结构和认知结构的匹配。教学中要注意以下两点:
第一,坚持按知识结构进行教学的原则。
进行知识结构教学,是指教师在教学中,通过分析教科书,找出知识之间的联系和内在规律,把各章节的中心内容及与之有联系的知识串联起来,按单元或章节的知识结构进行教学设计、组织教材、板书提纲,使学生能提纲挈领地掌握学习内容,这样,有利于学生掌握基本概念和原理,也有利于发展学生的智力。
第二,科学地设计知识结构网络。
要根据各单元知识的内在联系,首先确定核心知识点(最基本的概念和原理),在课堂教学中,时时都要围绕这个核心知识点,通过知识的纵横联系,建立知识结构网络,学生只有通过这种知识结构网络的学习与内化,才可能构建高层次的认知结构。
(2)建构良好的认知结构的原则
奥苏伯尔认为,新旧知识相互作用,必须遵循渐进分化和综合贯通原则,才能促进知识的组织,从而促进良好的认知结构的建构。
①渐进分化,建立深层次的认知结构。
奥苏伯尔指出:“个人在一特殊学科的教学内容的组织是由其头脑中的一个层级构成的。而在这个层级结构中,最概括的概念占据了结构的顶端位置,它们下面是较低概括水平的概念,比较高度分化的从属概念和具体材料。”可见,渐进分化指认知结构上位、下位知识之间或一般与个别知识之间的组织。生物学教学中必须按照这一原则呈示教材,才能促使学生的认知结构由浅层向深层转化。比如,在讲述新陈代谢时,先讲新陈代谢的一般概念,包括同化作用和异化作用;新陈代谢的工具——酶;新陈代谢与ATP等。再讲植物的新陈代谢(水分代谢、矿质代谢、光合作用、呼吸作用)和动物的新陈代谢(物质代谢、能量代谢)等。这样渐进分化,使学生对新陈代谢的概念的认知不断深化。
②综合贯通,建立整体化的认知结构。
综合贯通是指相互并列的知识之间的横向组织,如概念与概念之间、原理与原理之间乃至章节之间的横向联系,亦即对知识的融会贯通。因此,综合贯通一般出现在上位学习和并列学习中。
在生物学教学特别是复习教学中,要通过抓住知识的中心与要领,统揽全局,打破知识的章节界限和原来的知识结构,对所学的知识以新的方式重新组合,重建新的知识结构网络。比如,在复习减数分裂、DNA和基因等内容时,按照染色体—DNA—基因这条主线,将相关的遗传、变异等知识与这条线串起来,就形成了复杂的有关遗传与变异的知识结构网络。通过这样的重新组合、综合贯通,使知识网络化、系统化、整体化,有利于学生建立整体化的高层次的认知结构,从而进一步发展了学生的智能。

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