相似性理論在生物教學設計中的應用

王進才

現代教學理論認為教學過程由教師、學生和知識三要素構成。在教學過程中，教師在傳授知識時，必須把握知識內在聯系和學生認知規律，選擇恰當的教學方式以體現啟發性原則，教學活動方能順利地、有效地向前推進。因此教學設計必須以學生認知發展為前提，而且必須包括知識結構設計和啟發式教學設計。教育學家認為，教學設計是一種創造，是優化教學的前提。而一切創造，無論是自然界的創造還是人類的創造，都是基于某種相似性而進行的(即相似創造律)。

因而從生物學知識結構體系、學生認知發展和教師進行啟發式教學中存在的大量相似現象人手進行創造是生物教學設計的基本出發點。而研究這些相似現象能使它們變得簡明、清晰，并使之具有理性觀念和在認識上產生飛躍，以達到優化生物教學之目的。

1生物學知識結構設計中的相似性

在進行知識結構設計前必須分析教材知識結構。分析的目的在于通過研究教學大綱、教學目的和認真鉆研教材，把握住教材重點、難點內容和知識之間的聯系。而重點、難點內容的知識單元為基本概念和基本知識。基本概念和基本知識因為具有較多相似功能并決定著重點、難點內容的內部規律和系列性而成為“教學過程的核心內容”。(布魯納語)

因而，面對眾多教材知識內容，在設計時，無論是教材內容的取舍、重新組織，還是補充內容的選擇必須符合有利于基本概念、基本知識的學習和充分揭示知識之間內在聯系的目的，下面就分別探討一下相似性研究在這兩方面的作用。

1.1研究相似性有利于基本概念的學習

概念作為一種思維方式是人們對事物相似性概括的認識，而基本概念則更深刻更廣泛地反映了事物之間的相似性。人們正是通過分析有關事物之間的相似性，然后綜合最后形成了有關基本概念?？梢?，學習基本概念必須符合其由分析到綜合的形成規律。而此規律的形成離不開對相似性的研究。

通過研究發現，教材的編寫一般采用了先綜合后分析的指導思想，因為教材不同于科普文章，也不同與一般的教學論文和總結，如“減數分裂”、“光合作用”和“呼吸作用”的編寫等。如果教師原原本本按教材體系進行講授的話，那只能助長學生去死記硬背基本概念。此時，我們只能重新組織教材內容，使之符合基本概念形成的規律。

如在“減數分裂”一節中，教材是按照先介紹減數分裂的基本概念，再介紹精子形成的過程來編寫的。這顯然不符合基本概念形成規律。而我們通過研究相似性，依照基本概念形成規律可以這樣來設計知識結構：先講精子和卵細胞形成過程，然后比較兩者相似性，最后綜合得出減數分裂的概念。如此教學，學生對基本概念的掌握才是扎實的。

1.2研究相似性有利于揭示知識之間的聯系

在教材內容體系中，各知識點之間都是相互聯系的，這和相似規律：“一切事物、知識之間都是通過相似性中介而聯系的”論述是一致的。如在表面上風馬牛不相及的分別存在于植物和動物體內的葉綠素和血紅素的化學結構是相似的，都是卟啉化合物。因而，研究各知識點之間的相似性可以充分揭示知識之間的聯系。

又如在“新陳代謝基本類型”一節中，前后就有知識點十幾個，諸如同化作用、異化作用、自養生物、光合作用型和化能合成作用型等。在充分研究的前提下，可以發現這些知識點都是通過對相似性中介——物質的合成和分解、能量的貯存和釋放的闡述來發生聯系的。因而在知識結構設計中只要把握住這種聯系，教學時就會大大有助于學生學習，以達到事半功倍的效果。

2學生認知發展中的相似性

學生是學習的主體，在設計教學時，必須以學生認知結構為前提，必須符合學生認識發展規律。對學生認知發展規律研究作出重要貢獻的皮亞杰在認識發生論中認為學生認識發展或知識形成有以下四個基本概念：圖式、同化、順應和平衡。

2.1圖式

圖式是一個核心概念?？梢岳斫鉃閯幼髟谙嗨骗h境中，由于重復而引起的遷移和概括。在學習過程中，圖式能不斷變遷、豐富和發展。學生原有圖式產生于剛出生到認知發生沖突之間，此間學生便“開始在相似客體之間建立起簡單關系”，從而形成圖式。如學生通過觀察和體驗把植物地下部分統稱為根，莖則一概視為地上部分等。

2.2同化和順應

同化和順應是學生適應環境的兩種機能。同化指當學生學習的新知識和原有認知結構中的圖式有較多相似之處時，便易理解和接受。如雖然大多數根生在地下，但玉米和榕樹的支柱根、菟絲子的寄生根等則生長在地上，于是便發生了沖突，但學生經過分析和推理可以得到上述器官仍然是根，只不過發生了變態而已。這樣學生又用“變態”這一原有認知結構，重新將現象聯系起來，從而建立起新的平衡。

而順應是指內部圖式的調整和改變以適應現實的現象。從某種意義上講，順應是一種特殊類型的同化，因為創立或調整新圖仍然離不開已有圖式去同化新情境，即增加新知識為順應。如學生在學習莖時發現，莖并非都是生長在地上，如蓮的根狀莖、馬鈴薯的塊莖等。這些現象便和原有認知發生沖突，則學生必須調整和改變以往圖式，從而建立有關莖的新的圖式，這就是順應，從而達到認知上新的平衡。

2.3平衡

平衡是學生認知結構的穩定狀態。當學生遇到新知識，總是試用原有圖式去同化之，若成功則達到認識上新的平衡；若不成功則作出順應，調整原有圖式或創立新圖式去同化新知識，直至認識上新的平衡。

這種平衡不斷提高的過程就是認知結構形成和發展的基本過程。

可見，學生思維活動一開始就離不開相似性，學生認知發展軌跡和知識形成都離不開對事物相似性的認識。這也正符合相似運動規律的論點：無論是自然界還是人類思維，其由簡單到復雜、由低級到高級的運動都是在相似或其變異中進行的。

3啟發式教學設計中的相似性

布魯納認為：要圓滿完成教學任務，一個重要因素就是發現以前未曾認識的各個基本觀念間的關系和相似規律性，因而在設計教學時必須采取恰當教學方式去引導學生發現知識之間的聯系和相似的規律性，以體現教師主導地位。但是無論教師采取何種教學方法和何種教學手段，都必須遵守啟發性原則。而掌握進行啟發的前提和啟發的方法是設計的重要課題。

3.1相似性是采用啟發式教學的前提

相似論認為教師采用啟發性原則的前提是人們在學習和實踐活動中積累起來的并貯存在大腦中的知識單元。這個知識單元又被稱為相似塊。只有當思維被啟發、原有相似塊被激活的條件下，人們才能根據原有相似塊去對照、分析、比較、鑒別那些紛繁的知識內容屬性，才能理解、掌握以至于發現、發明與創造。

3.2相似性是運用啟發式教學的方法

啟發在于啟迪思維、啟迪心智。至于如何啟發，布魯納認為：“教師應當明確地教學生‘當你不能看出如何解題時，不妨想想同該問題相似的有聯系的，但較為簡單的問題，然后用解決簡單問題的方法作為解決較為復雜問題的計劃或者引導學生學到這樣一種技術而不是讓他們自己實際上背出那番話?！?/p>

可見，發現同該問題有聯系的相似塊并激活它們是運用啟發的方法，而相似性在此有相當重要的作用。

如在自由組合規律教學中，為什么黃圓和綠皺的F2代不僅出現了黃圓和綠皺豌豆，還出現了綠圓和黃皺豌豆?對于此問題學生一般無法回答。而在老師不斷地引導下，貯存在學生大腦中的有關減數分裂、生殖發育、基因控制蛋白質合成、基因分離規律的相似塊被激活，學生便通過分析同該問題相似的有聯系的但較為簡單的問題，然后比較綜合這些較簡單問題的解法，最后歸納得出結論：性狀重組是基因重組的結果；基因重組是在減數分裂形成配子的過程中進行的，配子中的基因是重組的，配子經過受精作用形成了合子，則合子中的基因也必然是重組的；合子這個體發育起點，基因控制蛋白質合成，而性狀的表現主要是通過蛋白質的代謝得以體現的，那么合子的基因是重組的，則該個體的性狀也必然重組。顯而易見，如此教學，效果是顯著的。

綜上所述，無論是在生物學基本概念形成、生物學知識內在聯系的把握、還是在學生認知規律的發展以及教師應用各種教學方式中的啟發性原則的體現中，都蘊含著大量的相似性，因此我們完全可以認為，了解并掌握教學過程設計中的相似性才能有效地完成生物教學的設計并達到優化生物教學的目的。