運用信息加工理論整合教材圖表生成生物學概念

唐玉福

[摘 要]以“有絲分裂”的教學為例介紹如何運用信息加工理論設計整合教材圖表生成生物學概念的教學基本流程，從中揭示學生運用圖表生成生物學概念的學習心理過程，為教師優化生物教學過程，幫助學生整合教材圖表生成生物學概念，落實教學目標提供一些參考。

[關鍵詞]信息加工理論；教材圖表；生物學概念

[中圖分類號] G633.91 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）17-0076-02

一、信息加工的基本理論

信息加工過程在學習流程上分為三個階段，即注意刺激、編碼刺激和貯存與提取信息。

1.注意刺激。注意刺激指人體從外界環境接受刺激后，人腦記憶系統即對所獲信息進行加工，將不被注意的信息剔除，被注意的信息則成為短時記憶，為后續信息加工做準備。這說明，學習的必要條件是注意，運用圖表進行概念有效教學的必要條件是所呈現的圖表內容能持續吸引學生的注意力。

2.刺激編碼。編碼是指人腦把短時記憶加工成長時記憶的過程，即把短時記憶中許多信息小單元組成有意義的概念。高中生物教學中只靠短時記憶，顯然無法達成教學目標，只有學生將生物學知識轉化成有意義的概念，才能更順利地達成教學目標。

3.貯存與提取信息。記憶痕跡的強度和提示線索的清晰度是從長時記憶中提取信息的主要影響因素。據此，教學過程中，為了便于學生貯存與提取信息，要做好兩點，即通過訓練強化記憶痕跡及提供清晰的提示線索。教師在教學當中應精準掌握學情，為學生提供恰到好處的圖表線索，提高教學效率。

二、高中生物教材圖表和生物學概念

圖表是高中生物學知識的重要載體，也是歷年高考試題命題的重要載體。學生對教材圖表的學習方法欠佳，導致學習效果不理想。若能優化學生對教材圖表資源的學習，將有助于學生掌握生物學知識，提高其理性思維和科學探究等基本能力。

生物學概念是高中生物知識體系中的核心，它是高中生物課堂教學的重點和難點。若學生對概念內涵和外延理解不到位，將直接影響其對生物學知識的理解和應用。

三、運用信息加工理論整合教材圖表進行生物學概念教學

運用信息加工理論整合教材圖表進行生物學概念教學，應引導學生針對實際問題進行科學探究，讓學生主動建構生物學概念，滲透生物學核心素養的培養。

1.教學基本流程。根據信息加工過程的三個階段，將生物課堂教學基本流程細化為：創設情境，引發刺激→科學探究，選擇注意刺激→引導歸納，形成刺激編碼→鞏固應用，貯存與提取信息。

2.教學實施過程。下面以“有絲分裂”的教學為例來說明教學的流程。

（1）創設情境，引發刺激

[步驟1] 展示動畫：植物細胞有絲分裂的過程。設問：一次有絲分裂完成后，變化的是什么？不變的是什么？

恰當的環境刺激要結合學生原有的知識儲備，引發學生的認知沖突。此時，教師創設問題情境，用動畫作為刺激源，以直觀生動的視覺畫面引起學生的注意。學生觀看動畫后發現與原有的認知不同，激發了學習興趣和探究欲望。

[步驟2]明確學習目標。告訴學生本節課的學習任務是理解真核細胞有絲分裂的過程，以及掌握各個時期染色體的行為、數目變化及DNA的數量變化。學習任務越明確，學生越能自我監控及選擇性地注意刺激。

（2）科學探究，選擇注意刺激

短時記憶是有選擇性的，若能對刺激進一步適當處理，則注意刺激將轉變為短時記憶，否則，將成為剔除信息。根據這個原理，教學中教師應對刺激多做一點“進一步的適當處理”，比如以另一種形式再現，增強感官收錄成為短時記憶。

[步驟1]展示圖1，設問：染色體與DNA是什么關系？

[步驟2]進一步處理，展示表1。再設問：判別染色體和DNA數量的方法是什么？

[步驟3] 再進一步處理，展示圖2。設問：①分裂間期的特點是什么？②分裂前期、中期、后期和末期的特點是什么？③紡錘體、著絲點、染色單體、胞質分裂、赤道板的含義是什么？（要求學生用自己的語言對這些名詞進行說明，建構它們之間的關系圖）

教師展示圖1和表1，學生通過感官獲得染色體與DNA之間的數量關系，并加深了對染色體和DNA數量判別方法的認識，但此時的記憶時間極短。展示圖2，做進一步適當處理，讓相似再現，又有所遞進，并要求學生閱讀教材，先獨立思考，再小組合作討論找出答案，使注意刺激上升為短時記憶。

（3）引導歸納，形成刺激編碼

研究表明，進行刺激編碼，即把人腦接收的信息組織成有意義的塊，除了利于理解知識外，更利于儲存和提取信息。據此，教學中教師應引導學生運用多種方法來編碼。在本節課中通過調整教材圖表的呈現形式使之形成有效刺激編碼，將“有絲分裂”這一知識收到長時記憶之中。

[步驟1] 展示圖3，設問：有絲分裂過程中如何保證DNA分子（染色體）數在親代和子代細胞中保持穩定？

學生通過對短時記憶輸入進來的有絲分裂過程信息進行加工、思考、討論，最后歸納出結論：植物細胞“有絲分裂”的本質是有絲分裂前后細胞核的遺傳物質保持穩定。

[步驟2] 據圖2填表2。

引導學生對細胞周期中的各時期的染色體和DNA進行計數，嘗試找出規律。

[步驟3]據表2數據在圖4中畫出染色體、DNA的數量變化曲線。

引導學生將數據轉換成直觀的曲線，讓學生更容易分析出植物細胞“有絲分裂”概念的本質規律，完成對植物細胞有絲分裂本質內涵的信息編碼。

[步驟4]以形成對植物細胞有絲分裂過程本質信息編碼為基礎，進行動物細胞有絲分裂過程的學習。展示圖5，要求學生對圖5與圖2進行分析，比較其異同，并閱讀教材，小組合作找出答案。最后完成由動植物細胞有絲分裂過程中各時期遺傳物質的具體變化規律抽象出所有生物細胞“有絲分裂”遺傳物質的具體變化規律，完成對“有絲分裂”本質內涵和外延信息的深層次編碼。

（4）鞏固應用，貯存與提取信息

[應用]下列關于某真核生物細胞有絲分裂模式圖（圖6）的敘述，正確的是（ ）。

A.細胞有絲分裂的順序是丁、乙、丙、甲

B.抑制DNA復制酶的活性，甲時期細胞將增多

C.染色體與DNA之比為1∶2的是丁、乙、丙

D.若要抑制紡錘體的形成，則應作用于丙細胞

將有絲分裂的一般規律運用于新的具體實例中，將抽象概念轉換為具體行為，實現認知遷移。當學生理解了有絲分裂的本質內涵和外延后，以后無論是考查記憶方面的知識，還是理解方面的知識都能檢測學生的學習效果，也能使學生在理解的基礎上將該知識轉換為有意義的概念，形成長時記憶。

總之，在信息加工理論的指導下，教師整合教材圖表幫助學生生成生物學概念是可行的。在整合教材圖表幫助學生生成生物學概念時要注意以下三點，一是要有針對性地選擇刺激，圖表呈現的形式、順序，除了要考慮刺激的特征外，還要考慮學生已有的信息儲備和認知習慣；二是短時記憶信息儲存容量是有限的，在整合圖表進行概念教學時應留給學生對圖表和概念信息加工的時間；三是生物教材圖表是生物學概念的編碼元素，在教學中可以變換方法運用教材圖表進行編碼，幫助學生生成生物學概念。這對學生理解知識、形成長時記憶及提取知識均大有裨益。

（責任編輯 黃春香）