【摘要】本文介紹了知識(shí)結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)、掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要意義，最后結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容介紹了基于知識(shí)結(jié)構(gòu)理論的科學(xué)教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】知識(shí)結(jié)構(gòu) 理論基礎(chǔ) 科學(xué)教學(xué)

在過(guò)去幾十年中，科學(xué)教學(xué)反復(fù)強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)該理解概念，反對(duì)死記硬背。許多學(xué)校已經(jīng)采取了多種教學(xué)方法促使學(xué)生成為一個(gè)高效的學(xué)習(xí)者。那么，如何促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)，避免機(jī)械學(xué)習(xí)，結(jié)構(gòu)性知識(shí)的理論能夠?qū)ξ覀兊慕虒W(xué)有所啟示。

一、知識(shí)結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)

1.圖式理論

圖式理論認(rèn)為知識(shí)是儲(chǔ)存在信息袋中的。有意義的信息以相互聯(lián)系的事實(shí)或概念網(wǎng)絡(luò)的形式儲(chǔ)存在長(zhǎng)時(shí)記憶中，這種網(wǎng)絡(luò)即圖式理論。個(gè)體由于經(jīng)驗(yàn)的不同，對(duì)于相同的物體和事件擁有的圖式也不完全相同。

我們?cè)鯓荧@得或改變圖式，也就是我們?cè)鯓訉W(xué)習(xí)？圖式理論最重要的原則是：如果新信息能夠很恰當(dāng)?shù)厍度氲揭延械膱D式中，則這種信息比無(wú)法嵌入的信息更容易理解、學(xué)習(xí)和保持。圖式能夠依據(jù)特殊任務(wù)的需要進(jìn)行調(diào)整，以適合獨(dú)特的知識(shí)領(lǐng)域或問(wèn)題情境。調(diào)整可能涉及到對(duì)一個(gè)過(guò)程進(jìn)行精練、補(bǔ)充參照物、或者調(diào)整圖式到新的情境。當(dāng)新的經(jīng)驗(yàn)不能被現(xiàn)有的圖式描述的時(shí)候，就需要重新建構(gòu)圖式。學(xué)習(xí)者開(kāi)始重組自身的知識(shí)，增加圖式，為現(xiàn)有的圖式增加新的概念。而重組知識(shí)是學(xué)習(xí)活動(dòng)中最重要的一點(diǎn)。

就科學(xué)學(xué)習(xí)而言，學(xué)習(xí)者不斷地將新學(xué)習(xí)的知識(shí)聯(lián)系到頭腦中原有的知識(shí)圖式之中，利用原有的圖式對(duì)新知識(shí)進(jìn)行組合，使其與原有圖式發(fā)生聯(lián)系，以便對(duì)新知識(shí)進(jìn)行理解，把新知識(shí)與學(xué)習(xí)者原有圖式進(jìn)行聯(lián)系的過(guò)程，就是學(xué)習(xí)者理解知識(shí)的過(guò)程。新知識(shí)一旦與學(xué)習(xí)者頭腦中原有的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，有意義學(xué)習(xí)就發(fā)生了，學(xué)習(xí)者理解了新的知識(shí)，包含新知識(shí)的圖式更新了原有的圖式。如果新的知識(shí)完全不能與原有的學(xué)習(xí)者頭腦中的圖式發(fā)生聯(lián)系，那么學(xué)習(xí)者就要建立一個(gè)新知識(shí)的圖式。

2.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

圖式理論的基本前提是人類記憶，是按照語(yǔ)義組織在一起的。圖式是以相互聯(lián)系的概念網(wǎng)絡(luò)形式排列的。這些網(wǎng)絡(luò)被稱為語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。比較著名的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)模型有：層次網(wǎng)絡(luò)模型（hierarchical network model），比如Novak提出的概念圖（concept map）就是一個(gè)非常著名的層級(jí)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)模型；另一個(gè)著名的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)模型是激活擴(kuò)散模型（spreading activation model），這一模型放棄了概念的層次結(jié)構(gòu)，而以語(yǔ)義聯(lián)系或語(yǔ)義相似性將概念組織起來(lái)。

上面提到的圖式理論和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)都說(shuō)明了人的記憶是有關(guān)知識(shí)相互聯(lián)系的一個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

二、掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要意義

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)描述知識(shí)結(jié)構(gòu)。下面簡(jiǎn)短地闡述學(xué)習(xí)知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要意義。

1.結(jié)構(gòu)是所有知識(shí)固有的

Mandler指出：“沒(méi)有結(jié)構(gòu)或組織，就沒(méi)有意義可言”。沒(méi)有結(jié)構(gòu)，也就沒(méi)有什么事情能被描述，心理結(jié)構(gòu)也就不能形成。沒(méi)有結(jié)構(gòu)，抽象的知識(shí)更是無(wú)法描述。對(duì)一個(gè)領(lǐng)域理解得越深，結(jié)構(gòu)一定是越抽象，抽象觀念更加依賴于結(jié)構(gòu)。

2.為了理解和回憶，知識(shí)結(jié)構(gòu)是必須的

為了能夠提取，我們很自然地把知覺(jué)到的事物組織成心理表象。在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)中，大量研究已經(jīng)表明：與沒(méi)有結(jié)構(gòu)的多種觀念相比，擁有某種結(jié)構(gòu)的知識(shí)能夠被更好地喚起；在觀念之間有意義的關(guān)聯(lián)越多，越容易喚起。這清晰地表明，知識(shí)結(jié)構(gòu)促進(jìn)喚起。在諸多觀念間建立結(jié)構(gòu)性聯(lián)系對(duì)于理解新的觀念是非常必要的。圖式理論解釋了個(gè)體是如何依據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)圖式，在新事物與原有圖式間建立結(jié)構(gòu)性的相互關(guān)系，個(gè)體以此建構(gòu)新事物的意義。

3.學(xué)習(xí)者同化知識(shí)結(jié)構(gòu)

學(xué)習(xí)包括建立新的知識(shí)結(jié)構(gòu)，依靠建立新的節(jié)點(diǎn)，并使新的節(jié)點(diǎn)與原有的節(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生相互的聯(lián)系。如果在現(xiàn)有的知識(shí)和新的知識(shí)之間連接被形成，新的知識(shí)能被更好地整合和理解。圖式理論表明：學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重新組合。研究已經(jīng)顯示：在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)逐漸改變到與內(nèi)容結(jié)構(gòu)更相近。也就是說(shuō)，與教學(xué)開(kāi)始時(shí)相比，教學(xué)之后學(xué)習(xí)者的知識(shí)結(jié)構(gòu)與教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)更相似。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生獲得了陳述性知識(shí)，同時(shí)獲得了知識(shí)結(jié)構(gòu)，發(fā)展了程序性知識(shí)。

4.記憶結(jié)構(gòu)反映客觀世界

“人類記憶是客觀世界中存在的知識(shí)結(jié)構(gòu)的一面鏡子”。人們按照自身需要，習(xí)得了不同的知識(shí)，建立了不同領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

5.知識(shí)結(jié)構(gòu)是問(wèn)題解決的基礎(chǔ)

大量研究已經(jīng)表明，知識(shí)結(jié)構(gòu)在問(wèn)題解決中是非常重要的。幾個(gè)研究已經(jīng)直接評(píng)估認(rèn)知結(jié)構(gòu)對(duì)問(wèn)題解決的影響。Roberson應(yīng)用出聲思維來(lái)評(píng)估認(rèn)知結(jié)構(gòu)，他發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者知識(shí)結(jié)構(gòu)的掌握程度強(qiáng)烈預(yù)示著他們解決問(wèn)題的水平；他主張，學(xué)習(xí)者對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)中公式和重要概念間關(guān)系的掌握比能力更重要。Gordon Gill研究表明：學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的圖示（反映了潛在的認(rèn)知結(jié)構(gòu)）與教學(xué)者對(duì)知識(shí)的圖示之間的相似程度能夠高度預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)者總的問(wèn)題解決成績(jī)。研究還支持，知識(shí)結(jié)構(gòu)是程序性知識(shí)獲得的中介。專業(yè)領(lǐng)域的問(wèn)題解決依靠足夠的專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)。

6.專家的知識(shí)結(jié)構(gòu)與新手不同

正如我們預(yù)料的那樣，專家問(wèn)題解決者的知識(shí)結(jié)構(gòu)與新手不同，專家表征問(wèn)題的方式與新手也不相同。對(duì)物理學(xué)專家和新手的研究表明，專家應(yīng)用抽象的物理規(guī)則，而新手注意問(wèn)題文字方面的特征。專家和新手問(wèn)題解決者間的主要差異是，專家的知識(shí)包括豐富系列的模式索引的圖式，來(lái)引導(dǎo)問(wèn)題解釋和解決。這些圖式是專家在專業(yè)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)性知識(shí)，專家形成了更精致的圖式，并且把圖式組塊聯(lián)系在一起。專家表征問(wèn)題依據(jù)抽象原理，而新手依據(jù)問(wèn)題的表面特征。

三、基于知識(shí)結(jié)構(gòu)理論的初中科學(xué)教學(xué)策略

知識(shí)結(jié)構(gòu)被看作是理解某門學(xué)科內(nèi)容的重要組成部分，特別是科學(xué)課程。專家和成功學(xué)習(xí)者的知識(shí)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出相聯(lián)系系列概念的精致的、高度整合的框架，這樣的知識(shí)結(jié)構(gòu)促進(jìn)問(wèn)題解決和其他的認(rèn)知活動(dòng)。 科學(xué)教學(xué)就是要通過(guò)各種教學(xué)活動(dòng)，把專家的思維過(guò)程再現(xiàn)出來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生像專家那樣的思維，以形成專家似的知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生以聯(lián)系的觀念和方法學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，只有這樣學(xué)生才能真正實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)。

下面結(jié)合初中科學(xué)《物體的內(nèi)能》一節(jié)課的教學(xué)談?wù)劸唧w實(shí)施策略。

1.利用先行組織者引導(dǎo)新課的教學(xué)

新課開(kāi)始時(shí)，可以利用先行組織者，把這節(jié)課要學(xué)習(xí)的新知識(shí)與已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)發(fā)生聯(lián)系，以這種方式引入新知識(shí)。如在九年級(jí)講解“物體的內(nèi)能”一節(jié)課時(shí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了機(jī)械能、動(dòng)能和勢(shì)能知識(shí)，上課首先引導(dǎo)學(xué)生思考：“自行車剎車時(shí)，原來(lái)的動(dòng)能是消失了呢，還是轉(zhuǎn)化成了其他的能？它稱為什么能？”學(xué)生思考后回答出：動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。教師說(shuō)出今天要講解的新內(nèi)容——內(nèi)能。教師再進(jìn)一步聯(lián)系上節(jié)課講的單擺和滾擺，利用實(shí)物幻燈片投影展示出教師課前在白紙上畫出的新舊知識(shí)聯(lián)系的示意圖，展示給學(xué)生。

2.在講解新課過(guò)程中利用知識(shí)結(jié)構(gòu)圖作為教學(xué)支架

接著教師與學(xué)生一起回憶分子運(yùn)動(dòng)論的內(nèi)容。然后教師利用計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)分子在水中的擴(kuò)散現(xiàn)象，說(shuō)明是由于分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，進(jìn)一步引出：分子由于無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而具有的能量就是內(nèi)能。然后利用幻燈片呈現(xiàn)出物體的內(nèi)能跟物體溫度直接相關(guān)的示意圖形，讓學(xué)生認(rèn)真看示意圖。

接下來(lái)教師定義熱運(yùn)動(dòng)、內(nèi)能，同時(shí)利用實(shí)物幻燈片投影展示出教師課前在白紙上畫出的熱運(yùn)動(dòng)、內(nèi)能和溫度關(guān)系知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。教師做出新課知識(shí)的結(jié)構(gòu)圖，伴隨著講解，講到哪里，就以幻燈片形式呈現(xiàn)該部分的知識(shí)結(jié)構(gòu)，教師可采用手工在白紙上繪制，這樣可以靈活地控制呈現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的部位。上課時(shí)，教師可以把概念的精確定義、原理等內(nèi)容做成PPT課件，在電腦上呈現(xiàn)，教師伴隨著講解、提問(wèn)學(xué)生、與學(xué)生互動(dòng)討論，相應(yīng)地呈現(xiàn)電腦課件，用幻燈片實(shí)物展示知識(shí)間的關(guān)系，在電腦和實(shí)物幻燈機(jī)間做好切換。

3.下課時(shí)利用知識(shí)結(jié)構(gòu)圖做總結(jié)

講解新課快下課時(shí)，利用知識(shí)結(jié)構(gòu)圖做好小結(jié)。這節(jié)課教師還準(zhǔn)備了內(nèi)能轉(zhuǎn)化方式、做功和熱傳導(dǎo)的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。教師還可以利用相應(yīng)的知識(shí)關(guān)系圖初步引出下節(jié)課要講的內(nèi)容。

4.復(fù)習(xí)課充分利用知識(shí)結(jié)構(gòu)圖作為教學(xué)支架

復(fù)習(xí)課上知識(shí)點(diǎn)眾多，最適宜利用知識(shí)結(jié)構(gòu)圖對(duì)知識(shí)進(jìn)行梳理。教師事先做好所要復(fù)習(xí)內(nèi)容范

圍的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，復(fù)習(xí)到哪個(gè)內(nèi)容就呈現(xiàn)相應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。復(fù)習(xí)課知識(shí)結(jié)構(gòu)圖不一定按照課本的章節(jié)制作，可以按照有利于學(xué)生的思路邏輯、按照知識(shí)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)重新組織。教師課前把知識(shí)結(jié)構(gòu)圖做好，可以提高上課的效率。

5.課下利用知識(shí)結(jié)構(gòu)圖作為學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)知識(shí)的工具

上新課之前，教師可以布置學(xué)生制作預(yù)習(xí)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖；學(xué)習(xí)完某個(gè)章節(jié)后，可以布置學(xué)生制作復(fù)習(xí)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)建構(gòu)主義理論，知識(shí)來(lái)源于學(xué)習(xí)者的主動(dòng)建構(gòu)。學(xué)生自己制作知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，做自我檢查，使知識(shí)系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，教師還能通過(guò)學(xué)生制作的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的錯(cuò)誤理解，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)。

最后還應(yīng)該指出，知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的形式不是固定不變的，可以是表格式、線性圖式、結(jié)構(gòu)框圖、概念圖、左右排列的大括弧形式、上下排列的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)、環(huán)形分布圖，不同的知識(shí)內(nèi)容應(yīng)該選擇相適合的形式，只要能夠清晰地、簡(jiǎn)潔地呈現(xiàn)知識(shí)，體現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系、促進(jìn)思維，就是好的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。以知識(shí)結(jié)構(gòu)圖引領(lǐng)教學(xué)，使學(xué)生形成相互聯(lián)系地看待科學(xué)概念、科學(xué)原理，避免了孤立地、機(jī)械地背誦概念定義、記憶原理。結(jié)構(gòu)性知識(shí)的形成必將提高學(xué)生分析解決科學(xué)問(wèn)題的能力。

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(作者單位：浙江蘭溪市實(shí)驗(yàn)中學(xué))