例析高中生物学“事实性知识”的教学策略

刘本举

(首都师范大学附属中学 北京 100048)

1 问题的提出及分析

现代认知心理学将知识分为陈述性知识(declarative knowledge)和程序性知识(procedural knowledge)两大类。陈述性知识是回答“事物是什么”的知识、程序性知识是“怎样做”的知识。陈述性知识又包括事实性知识(factual knowledge)与概念性知识(conceptual knowledge)。其中，事实性知识是指学习一门学科所要知道的最基本的要素，是更进一步学习的基础。例如，要研究细胞的生命活动规律，必须先知道细胞的基本构造；要研究新陈代谢中有序化学变化的规律，先要学习构成细胞的各种物质的分子。这些最基本的知识就属于事实性知识。尽管陈述性知识要求的心理过程主要是记忆，但是，其获得过程要求新知识必须与原有知识形成联系。所以，单纯的机械记忆是难以达成教学目标的。

教材通常以描述性和结论性语言(如一些图片或少量的概括性介绍的文字信息)呈现事实性知识，如果让学生课前预习，对内容的理解不深入，仅仅是机械记忆；如果让学生查阅资料，有些相关资料艰涩难懂，仅仅是知识面的拓宽，而无助于理解与思维的提升。

本文列举分析了高中生物学教材中常见的四种类型的教学方法与策略，为该类型知识的教学及后续研究提供参考。

2 事实性知识的教学策略

2.1 “物质及功能”类知识的教学分析 “物质的分类、分布和功能”在教材上一般以叙述性、结论性的语言呈现，这样的课最难设计。兴趣是学习内驱力中最具活力的因素之一，尝试将“生活”融入课堂，让学生学到“鲜活”“有用”的知识，是激发兴趣的有效途径。当课堂里有了“生活”，教材罗列的“枯燥知识”就可变成学生喜爱的生活问题探讨。

例如，“细胞中的糖类”一节教学中，根据这节课的内容设计6个生活中的问题：什么糖最甜，啤酒的“度数”，乳糖不耐症，排毒养颜的“第7营养素”，饿过头就不饿了。把这些生活化的问题呈现在课堂上，通过启发式谈话法与学生一起探讨。

把每个生活化问题再细化后引发学生的思考。如：蜜蜂采来的花蜜中以蔗糖(甜度值为100)为主，成熟蜂蜜的甜度值为什么会高于100？(同时展示不同糖类的甜度值列表)你能推测一下可能的原因吗？再如：酒瓶上标注的12°、11°或10°是指酒精的含量吗？为什么经常过多饮用“高度数”的啤酒会导致啤酒肚？为什么有的人喝了牛奶就拉肚子？纤维素并不能被人消化吸收，而是随着食物残渣以粪便形式排出体外，为什么它却被称为排毒养颜的第七营养素？中午空腹时感觉很饿，为什么饿过头反而又不饿了？在解决这些问题时，将教学内容中糖的分类、水解、消化与吸收等融入到问题解决过程中，知识的掌握也就水到渠成。

学生的思维是发散的，他们会提出很多新问题，如：为什么酸奶营养价值更高？干啤是指含糖量低的啤酒，生啤就是不成熟的啤酒吗？紫薯的营养价值高是因为含有较多的纤维素吗？等等。在愉快的交流过程中学习，在兴趣驱动下发现新的问题，在探讨和交流中解决这些问题，使课堂精彩和快乐。

2.2 “结构及功能”类知识的教学 中学教材关于生物体或细胞结构及功能的事实性知识一般以图片和少量描述性语言进行介绍。如高中生物学中“线粒体的结构和功能”，教材中仅提供了一幅电子显微镜照片和一幅结构模式图，对线粒体的结构特点和基本功能只是简单介绍。有些教师先介绍线粒体的分布，然后介绍线粒体的结构特点，最后告诉学生线粒体的功能。也有一些会展示线粒体的电镜照片或模型，归纳总结线粒体的结构特点。如此，仍旧摆脱不了机械记忆的结果。对于“结构与功能”类事实性知识的学习，可根据美国认知心理学家奥苏泊尔(D.P.Ausubel)提出的认知结构同化论，先通过一定的方法激活学生原有知识，并引领学生以原有知识为基础同化新知识。所以，这部分内容的教学应该换一个思路，把多位科学家的研究成果整理和重新组合，演变成一系列小资料，再根据学生的认知特点，设计推理过程，让学生进行思考、推理和分析，并结合初中所学知识推理出线粒体的功能。然后再由功能反向推理，进行合理的科学猜想，逐步设想线粒体的基本结构。这个过程能够较好地激发学生思考的积极性，既训练了科学推理能力，又不动声色地让学生认同了“结构总是和功能相适应”的生命观念。

2.2.1 有关线粒体的知识背景 1850年，科学家给细胞染色的时候，发现细胞质并非仅是一种胶状物，里面有一种颗粒状的实体结构存在，当时称作“生命小体”。1897年，德国科学家Benda对此进行了系统的研究，观察很多材料后发现这种结构总是呈短线状、颗粒状，于是就叫它“线粒体”(mitochondrion，源于希腊字mito：线、chondrion：颗粒)，知道了名字的由来，印象就深刻。

2.2.2 资料分析 根据不同阶段科学家们的研究成果，思考线粒体可能有什么功能：①研究发现，线粒体普遍存在于动、植物细胞中；②在植物幼嫩组织和分生组织中较多，衰老组织中较少；③哺乳动物的肝细胞和心肌细胞较表皮细胞多(如每个肝细胞可达2000个，而一般细胞只有200个左右)；④在同一细胞中分布不均匀，如常聚集在精子尾基部、原生动物的纤毛基底部等。

根据这些资料，学生会推理：线粒体在耗能多的细胞中较多，在同一细胞内的耗能部位聚集，很可能这种结构可以提供能量。

2.2.3 引导学生像科学家一样思考 教师提出一系列思考问题：①根据初中所学内容，想一想生命活动所需的能量是从哪里来的？②有机物中含有能量，只有释放出来才能被生命活动利用，但这些能量怎样才能释放出来呢？③有机物在有氧条件下分解被称做细胞的有氧呼吸，线粒体和能量供应有关，由此你能推出线粒体的功能吗？学生通过思考可得出结论：线粒体是有氧呼吸的场所。然后再提出新的问题引入线粒体结构的学习：①有机物氧化是一个很复杂的过程，由几十个步骤的化学反应组成，有几十种中间产物，这些中间产物是集合在一起反应效率高，还是分散开反应效率高？应该有个什么样的结构比较好？②内部膜面积大些好还是小些好？要扩大膜面积有哪些可能的方式？③线粒体内的化学反应是在常温常压下进行的，怎样保证反应能够快速而高效地进行？这又需要哪些条件呢？

根据以往所学的知识，学生可以想到：反应物聚集到一起浓度较高，更有利于反应的快速进行，所以最好有膜的包被。学生还可以想到：内膜可能形成毛巾表面一样的凸起结构，或者像暖气片一样的结构等，不管学生的推理是否正确，都达到了让学生通过深入思考获取知识，而非机械记忆的目的。

2.3 “科学史”类知识的教学 教材中一般以叙述性语言介绍科学史实验，多数教师常常把科学史当作故事讲述，或者以“实验流程”的模式向学生介绍，尤其现在普遍应用多媒体课件，导致科学史实验的学习过程简化成“动画展示实验过程→分析实验步骤和结果→得出结论”。这样的教学过程中师生信息交流的方式类似于导游和参观者，达到的效果也只是“了解实验的过程与结果”，忽略了对实验原创性的思考过程，很难让学生真正“沿着科学家探索生物世界的道路理解科学的本质和科学研究方法”。

让学生从“实验的参观者”角色转变成为“实验的设计与实施者”角色，可以较好地避免上述问题的出现。如何引导学生以“实验的设计者”角色进行原创性思考，是解决问题的关键。所谓“原创性思考”就是能够引导学生从问题的发现者和研究者的视角去思考问题和解决问题。

例如，在生长素发现科学史的教学中，引导学生在分析与评价拜耳和詹森实验的基础上学习温特实验，教师提出以下探究问题:①假如尖端能产生某种化学物质，我们能否收集到这种物质？如何收集？②如果可以选择某种基质收集，基质必须具备哪些特点？③如何利用基质收集尖端产生的化学物质？④怎样利用收集化学物质后的基质进行实验研究？⑤结果如何才能证明尖端产生了某种化学物质？上述问题适时逐步提出，引导学生讨论分析，通过提问、修正、总结的方式解决这些问题。让学生经历一个“寻找方法→选择材料→设计方案→预期结果”的探究过程。随后展示温特实验，让学生将自己设计的实验方案与温特实验比较、分析并找出异同。并评价温特实验与詹森实验相比，有什么进步之处？(温特实验的进步之处在于较好地排除了尖端这种结构本身对实验结果的干扰。)

通过上述探究与评价过程，可以较好地学习科学实验的一般方法和思路，提高学生的实验探究能力和批判性思维能力。

2.4 “生命活动过程”类知识的教学 教材通常以发生的先后次序，以描述性语言呈现“生命活动过程”方面的知识。最常见的教学是将其进行提炼归纳，找准关键点，让学生记住这些点，以便达成“简述”的教学目标。有些教师还总结成为“口诀”“顺口溜”等，以便于学生的背诵或记忆。但是学生在学习这些知识的过程中并没有得到能力的锻炼和提升。

生物学是一门以实验为基础的科学，生命活动过程的相关知识均来自科学家的实验研究，这些实验研究的背景知识，为课堂教学提供了丰富的素材，挖掘并整理这些素材，将其转化为可进行课堂探究的小资料，引导学生进行基于资料的课堂探究活动，不仅让学生在思考探究的过程中得到能力的提升，并且在满足学生好奇心的同时得到兴趣的养成与发展。

例如，在“静息电位与动作电位形成的离子基础”的教学中，挖掘并整理相关资料，设计成基于资料的课堂探究过程，让学生在思考讨论与分析问题的基础上理解静息电位与动作电位产生的机理，既能让学生理解相关原理，又在思考与分析的过程中得到分析能力的锻炼。

资料1：①科学家研究枪乌贼神经细胞的巨大轴突时，将电位计的一个电极置于膜外，另一个置于膜内时，检测到了-70 mv的电位差；②研究发现，神经细胞内K+浓度远高于膜外(膜内浓度是膜外的约28倍)，而Na+浓度远低于膜外(膜外浓度是膜内的约15倍)；③细胞膜上存在K+渗漏通道，不管刺激与否均处于开放状态；④离子通道是由蛋白质组成的，具有高度专一性，只允许某一种离子通过，其他离子均不能通过。

引导学生思考讨论：神经细胞膜内外的电位差可能是哪种离子跨膜运输造成的？这种离子运输能持续进行吗？为什么？

资料2：①科学家用电极刺激神经纤维时，检测到细胞膜内外的电位差由-70 mv变为0，又反转变为+35 mv；②研究表明，细胞膜上还存在K+门控通道和Na+门控通道，受到刺激时才能打开，且运输离子的功能更强大；③K+门控通道总是等Na+门控通道完成任务时才打开，门控通道只要没有离子通过时即关闭；⑧Na+-K+离子泵总是不停地工作，把生命活动过程中丢失K+的运回细胞，同时把进入细胞多余Na+的运出细胞，以恢复兴奋前的状态。

引导学生思考讨论：神经纤维在接受刺激时，膜内外电位差的反转可能是哪些离子跨膜运输造成的？这些离子的跨膜运输能否持续进行？为什么？

上述问题解决后，通过资料及问题继续引导学生思考讨论：①假如把神经细胞放入较高浓度的K+溶液中，静息电位会发生变化吗？为什么？②假如把神经细胞放入较高浓度的Na+溶液中，动作电位的峰值会有何变化？为什么？放入极低浓度的Na+溶液中呢？

基于资料和问题的生物学课堂探究活动，会让学生始终处于积极思考的学习状态，问题的解决过程不仅让学生理解了静息电位及动作电位等生理过程产生的机理，而且培养了学生的思维能力和解决问题的能力。