《生物学教学》2011年第10期

　　例谈多轮教学模式在高中生物教学中的应用

　　胡继飞

　　摘要：本文以“ATP的主要来源——细胞呼吸”一课为例，阐释了多轮认知结构教学模式在高中生物教学中的应用，即按照 “初识新课知识结构→检视原有认知结构→打破原有认知结构→建立新的认知结构→巩固新的认知结构”的教学流程，对细胞呼吸主题的教学进行了设计与探讨。

　　关键词：多轮教学模式;细胞呼吸;应用

　　一个适用于多学科的“多轮认知结构教学模式”(简称为“多轮教学模式”) [1]的理论依据和指导思想主要来自于认知建构理论和概念图教学理论，其基本教学流程为：初识新课知识结构→检视原有认知结构→打破原有认知结构→建立新的认知结构→巩固新的认知结构。本文以新教材人教版高中生物《分子与细胞》模块中的“ATP的主要来源——细胞呼吸”一节(2课时)为例，进一步说明该模式在高中生物教学中的具体应用。

　　1 初识新课知识结构

　　知识结构(knowledge structure)与认知结构(cognitive structure)是既有区别又有联系的两个概念。学生认知结构的发展以知识结构为基础，同时又影响学生知识结构的形成。确定教学单元后，首先应初步了解单元教材的知识点及其呈现方式和逻辑结构。方法是对课程标准的要求和单元教材的内容进行研读和分解，特别是要知道单元教材中包含有哪些基本素材，比如有哪些事实性材料、有哪些方法性材料、有哪些概念和原理、有哪些应用性材料、以上素材间有何内在联系、课程标准对此有何教学要求，等等。

　　本课的教学，先是引导学生按照表1所示，通过自学教材来分门别类地抽取新课中的学习材料，然后初步归纳出一个知识结构的图解。在此基础上，教师还应结合课程标准的要求来帮助学生明确新课的学习目标。课标对本课的要求主要有两点，一是能够说明细胞呼吸，并探讨其原理的应用(具体内容标准)，二是能够通过实验来探究酵母菌的呼吸方式(活动建议)。

　　表1 新课的教材知识结构分析

　　2 检视原有认知结构

　　原有认知是获取新认知的基础，教学的起点自然是要弄清学生已经知道什么和还不知道什么，然后在此基础上实施新课的教学。本课教学的第二个环节，就是通过教师的提问和概念图表征策略，让学生用概念图将已有认知结构表征出来。具体包括3个步骤：

　　第一步，根据上一个环节分析得到的新课知识结构，来推定学生应该具备什么样的原有认知结构，即在学习新课之前，学生需要习得哪些必需的前期知识。表2是学习新课时学生应有的认知结构。但学生实有的原认知结构与应有的原认知结构之间往往是有差距的，这就需要进行第二、三步的分析。

　　第二步，弄清学生已经具备了什么样的认知结构，这些原有认知结构既包括那些必需的前期知识，也包括那些非必需但仍关涉新知学习的前期知识，还包括相应的认知策略等。本课主要采用提问法和中心概念衍射法来了解学生的实际认知结构，提问法是根据表2的素材和概念图对学生进行提问和检测，中心概念衍射法是让学生以“呼吸作用”和“能量(ATP)”两个概念为核心，通过发散思维将相关的知识点和观念联接起来形成概念图(示例略)。这其中有些是初中或高中生物课程所学，有些是来自于学生生活经验的积累。

　　第三步，在前两步的基础上，通过对比分析进一步弄清学生的原有认知结构中还缺少什么和不缺少什么，为下一步的教学提供依据。比如，人教版初中《生物学》教科书七年级上册讲到了植物的呼吸作用及其化学反应总式，并给出了“呼吸作用”的定义。同时初中教材还介绍了“人体的呼吸”和“细菌的发酵现象”，也讲到叶绿体和线粒体是细胞中的能量转换器等内容。生活经验也会让学生认为，生物的呼吸作用一定需要氧气。这些都是教师分析学生原有认知结构的依据。

　　表2 应有的原认知结构检视

　　3 打破原有认知结构

　　要发展新的认知结构，就必须打破原有认知结构，即所谓“不破不立”。 打破原有认知结构的平衡性并不是一次性的，而是要贯穿在教学的全过程之中，尤其是在新课的导入环节。方法主要有二，一是寻找原有认知结构的“缺口”，教师的工作之一就是要将学生原有认知结构中的那些亟待填补上的“缺口”暴露出来。二是在原有认知结构与新信息之间制造认知冲突。制造认知冲突的方法有很多，比如利用生活经验、生产实际、教材资源、科学实验、科学理论、科学假设、科学史料、自然现场、模拟场景、教师故错、师生歧见等来创设认知冲突，使学生在学习过程中出现“困难”、“障碍”或“不协调”因素。打破原有认知结构的结果，就是学生产生不满足感和急于获取新知的积极心向。

　　在掌握了学生实有的原认知结构状态以后，我们就要设法打破学生原有认知结构使之出现“认知失衡”。本课教学，可以运用多种方法来打破原有认知平衡：一是利用上节课留下的知识“缺口”来打破原有认知平衡，基本思路：ATP与ADP相互转化→ADP转化为ATP时的能量从何而来→主要来自细胞的呼吸作用→细胞呼吸是如何提供能量的(出现知识“缺口”);二是利用物质的燃烧和生物的呼吸都需要氧、呼吸作用是在线粒体中进行的等原有概念来引发认知冲突，通过新课学习来修正原有认知结构中关于呼吸作用一定需要氧气的观点。

　　4 建立新的认知结构

　　打破旧有认知结构的目的是要建立新的认知结构。如何建立新的认知结构?一是概念形成，主要通过学生对科学事实的直接感知和观察来建立初级概念;二是概念同化，用已有的概念来吸纳新的概念。原有认知结构的“缺口”暴露出来后，“缺口”中的链接点(类似于化合物中被断开的化学键)也显露出来，这时我们可以通过概念同化来将新信息整合到原有认知结构的缺口中。因此，教师应找准新、旧知识之间的连接点，让学生在新、旧知识的比较中找出共同点和区别点，顺利地完成知识和思维的迁移。三是概念改变，主要是学生原有的某种知识经验由于受到与此不一致的新经验的影响而发生的重大转变，即皮亚杰所说的“通过认知顺应来修改原有认知结构”。学生习得新概念后，应及时通过精加工策略来将新旧知识整合起来形成新的认知结构，并用概念图表征出来。

　　图1 细胞呼吸单元概念图

　　基本策略是用原有认知结构来吸纳和整合新课中获得的新信息，但具体方法需要根据前述三个教学环节的情形来进行调整。这是教学的主要环节，注意引导学生在“认知失衡”的状态下自主进行知识建构。通过学习学生获得类似于表1所示的新信息，并将这些新信息与类似于表2所示的原有认知整合起来，从而建立起新的认知结构。教师要注意引导学生将这一新的认知结构表征为兼有个人意义的概念图，图1所示为某学生在教师引导下完成的概念图。值得注意的是，与原有认知结构不同，新的认知结构改以“细胞呼吸”为核心概念来构建知识网络结构。

　　5 巩固新的认知结构

　　新的认知结构建立起来后，需要及时巩固。基本方法是进行变式练习，具体策略主要有二，一是知识的整合和结构的固化，主要是对上一个教学环节建立起来的新的认知结构作进一步的精加工，将小的知识结构合并为大的知识结构，并增进知识之间的联系性，以建立更为牢固的概念系统和知识网络。二是知识在新情境下的应用，主要是运用新建立的认知结构来解决新情境下的新问题，包括书面作业中的科学问题和生产生活中的实际问题。

　　本课的教学，一是利用教材上的“练习”和“自我检测”两个栏目对学生进行知识的巩固训练，比如教材“练习”部分设计的“基础题”和“拓展题”，有助于对基础知识的巩固，教材“自我检测”部分的“画概念图”，要求学生将呼吸、呼吸作用、细胞呼吸、有氧呼吸和无氧呼吸5个概念的内在联系表述清楚，也有利于学生对相近概念的理解和把握;二是让学生对上一个教学环节自己制作的概念图做进一步的修改完善，或者寻找新的切入点让学生进行新的概念图设计，比如要求学生从概念、场所、反应式、具体过程、能量的产生与去向及生活实例6个方面，对有氧呼吸与无氧呼吸进行图解和比较;三是让学生运用细胞呼吸的原理来解释或解决生产和生活中存在的实际问题，并对感兴趣的相关课题进行自主探究，比如可以设计一些诸如粮食的贮存和果蔬的保鲜、水稻生产中的适时露田和晒田、提高啤酒生产效率等生产生活实际问题，让学生通过小组合作进行讨论、设计或实验探究。

　　参考文献

　　[1] 胡继飞主编.2008.创新生物教学方式[M].北京：高等教育出版社：50-52