基于圖式理論的中學生物學概念教學

廣東省深圳外國語學校 陳文昕

一、生物學概念學習的意義及現狀

生物學概念是生物學知識的基礎和精髓，是反映物質在生命現象中特殊屬性的一種思維形式，是生物學科知識體系的重要組成部分。生物學概念是生物學科的知識核心，幾乎貫穿于每一節教學內容中。生物學概念的掌握有助于學生對新信息進行加工、記憶、儲存，還可以促進學生抽象思維水平的發展。因此，正確地表征生物學概念是生物學習的核心環節。

在教學中，教師講解生物學概念時大多在定義的層面，學生傾向于生硬記憶概念或通過完成相應習題鞏固概念。張素燕2017 年通過對不同智力學生“有氧呼吸”概念表征進行研究，發現學生在概念習得后仍無法準確理解有氧呼吸的本質，普遍存在認知結構不完善、未真正領悟各種生命現象的本質、尚未形成系統的學科知識網絡、無法用已有的知識去解決新問題、無法將新概念納入自己的已有圖式中等問題。

二、圖式理論

1781 年，德國哲學家康德提出了認知圖式的概念。巴特萊特認為，記憶不是對無數的、約定俗成的、無生命力和零散的痕跡的重新激活，而是一種富有想象力的重建或組建。圖式理論是對過去經驗的反映，20 世紀70 年代，魯梅哈特等人提出了現代圖式理論，該理論認為學習者有序地將新知識與舊經驗組織起來是一種知識的表征形式。根據此理論，學生在理解新概念時，大腦內會自發形成新概念與已有的舊概念之間的聯系，這些已存在的舊知識對新知識的認知過程起到決定性影響。

（一）圖式分類

根據圖式理論，有三種基本圖式知識影響學生的理解能力：語言圖式、內容圖式和形式圖式。語言圖式指學生已有的語言知識，即關于語音、詞匯、語法等方面的知識。內容圖式是指學生對某個概念背景知識和所涉及的主題的熟悉程度。形式圖式指學生對于概念的文體、篇章結構的掌握情況。

掌握語言圖式是正確理解概念內容的基礎，一個概念太多生字或句子結構太復雜都會影響學生對概念的理解。不同的文體又有各自不同的編碼和解碼的范式，讀者需要根據不同文體的圖式，對閱讀材料做出預見、推理和判斷。通常學生對文體結構比較熟悉時，理解所讀概念的質量會更高，速度也會更快。形式圖式包括閱讀材料的篇章結構的知識。如果讀者熟悉閱讀材料的體裁，就能把握作者的寫作思路和文章的結構層次，弄清文章的特定框架和各段落的排列組織方式，厘清段落之間的邏輯關系，從而對下文發展作出合理的預測。從文章體裁來講，概念屬于說明文體裁，是對客觀事物做出說明或對抽象事理的闡釋，中學生都熟悉這種篇章結構。內容圖式是學生對概念內容范疇的已經理解程度，包括背景知識，在一定程度上能幫助學生獲得正確的理解，學生可以根據概念中已經提供的信息進行推理，得出正確的理解。如活菌計數法，使用稀釋涂布法接種，當樣品的稀釋度足夠高時，培養基表面生長的一個菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌。通過統計平板上的菌落數，就能推測出樣品中大約含有多少活菌。

三種圖式是相互統一、相互依賴的。語言圖式是理解概念的基礎，內容圖式是理解概念的依據，而形式圖式則是調用內容的能力，三者相輔相成，缺一不可。學生在學習一個新概念的過程中，如果能夠激活相關的圖式，就會產生理解，也是這三種圖式交互的過程。

（二）圖式理論下的生物學概念形成的過程

在理解輸入的信息時，首先激活已有的圖式，依賴已有的圖式知識對新信息進行解碼和編碼，同時也在對原有圖式進行調整和補充，學生掌握的圖式越多，越容易被激活，理解能力、信息存儲能力以及長期記憶能力就越強。圖式存在并不意味著它就能發揮作用，關鍵在于將其激活，使頭腦中已有的信息與文本中的符號之間相互聯系至關重要。在中學生物學教學過程中理解新概念時，需要把頭腦中已有的圖式激活，并使之同文本信息相互作用、產生共鳴。當學生頭腦中的內容圖式等相關圖式一旦被激活，在閱讀過程中會產生比語言能力更大的作用，語言方面的不足或欠缺某些圖式信息，在某種程度上可以由內容圖式來彌補。

（三）圖式理論對于生物教學的意義

圖式理論可以幫助教師優化課堂教學，幫助學生構建知識網絡，構建生物知識體系，發展解決問題的能力。

1.優化課堂教學

常規教學中，教師教授的知識往往是孤立的，教學效果不理想。應用圖式理論，把散亂的知識點組織化、結構化，抓住知識本質，為教師提供了一種新的教學思路，可促使學生用整體的眼光把握新知識的各個環節，建立聯系，更好更快、系統地理解生物學知識。

2.構建知識網絡

人的工作記憶保持時間和記憶容量是有限的，而結構化的知識有助于記憶。圖式理論是通過有意識地將新知識與已有的圖式融合或修改，建立新圖式，并將學習內容結構化，提高記憶的容量和效率。

3.發展解決問題的能力

通過圖式理論，學生可以高度概括所學的知識點，并使知識點之間建立廣泛的聯系，形成知識網絡，提升對知識的完善、推理、聯想和遷移等能力，從而在宏觀上掌握知識，提高學生解決問題的能力。

三、圖式理論指導下的生物學概念教學策略

由于學生的生活經歷和教育背景、日常生活小環境和社會大環境的差異，所具備的背景知識各不相同，如何利用圖式理論使學生更好地理解生物學概念，引導學生構建多種圖式，并有效激活，提高學生對知識的理解和應用能力，就顯得十分重要。我們可以從語言圖式和內容圖式兩方面入手，探尋講授生物學概念的普遍做法。

（一）從語言圖式出發

語言圖式是理解的前提和基礎，沒有語言圖式，內容圖示和形式圖式就成了無源之水、無本之木。以語言圖式為基礎，學生才能對概念中的字、詞、句進行理解，并完成對生物學概念的整體理解。如在理解甲狀腺激素時，讓學生知道概念中的每一個字及其含義，學生才能充分理解這一概念。

（二）從內容圖式出發

內容圖式是學生的生活經驗和背景知識，直接決定了對概念的理解程度。新獲取的信息與原有的圖式交匯融合，形成更新更具體的圖式，當新獲取的信息與原有的圖式不一致時，人們總是試圖用原有的經驗去解釋新信息，或者根據新信息來更新原有的圖式，從而完成理解的過程。例如，講解甲狀腺激素的分泌器官，通過體液運輸，通過激素受體作用于靶細胞，作用后改變原有的生命活動，化學本質是有機物，含量很少，提供調節信息等。并采用圖解法、列表法或流程法將概念知識網絡化，方便學生理解和記憶，有助于學生生成新的圖式。此概念涉及內容圖式，還涉及更多、更復雜的相關內容，如甲狀腺激素包含甲狀腺，甲狀腺的內容圖式包括了甲狀腺在生物體所處的位置、功能、結構等相關內容。也就是說，往往是以一個概念為主題，同時涉及多個概念和知識點，具有復雜的聯系。教師在教學中，充分考慮學生在課堂的有限學習時間，根據教材的要求劃定所學概念所涉及的知識點的延伸范圍和深度，分析其中的內在聯系，幫助學生構建知識網絡，促使學生記憶更牢固。

（三）采取有效措施，確保形成正確的圖式

教師如果僅僅講授抽象的知識，學生很難將其應用于解決實際的問題中，很難精確掌握此知識。因此，教師需要采取有效措施，確保形成正確的圖式。

教師在講課時，首先要認識到生物學概念學習是一個不斷完善和拓展的過程，不是簡單地獲取事實的過程，隨著學習地不斷深入，不斷地完善圖式。另外，由于圖式具有鑲嵌性，教師要注意激活學生的已有圖式，如果沒有和所學相關的內容，教師可通過類比推理等方式促進學生形成新的圖式。最后，教師進行針對性干預，讓學生充分暴露其認知誤區，教師對其進行指導，及時修正學生的圖式。另外，可以安排課外習題等方式了解學生的圖式建立情況，幫助學生完善和修正圖式。

生物學概念是生物課程內容的最基本組成部分，是提高學生生物學素養的重要教學內容。當學生理解概念時，新輸入的知識與原有的圖式進行整合或修改，并生成新的圖式和認知框架。應用圖式理論有助于學生記憶、理解生物學概念，并形成知識網絡，便于優化知識結構，使知識點之間高度組織化，提升學生解決問題的能力。