解玉嘉
(淮南市第二中學(xué),安徽 淮南232038)
實(shí)施高中新課程改革以來(lái),課堂教學(xué)發(fā)生了令人矚目的變化,同時(shí)也存在著不容忽視的問(wèn)題。其中,不少課堂在看似生動(dòng)活潑,熱鬧非凡的表象下掩蓋著實(shí)質(zhì)深處的蕭條——忽視對(duì)學(xué)生思維品質(zhì)的培養(yǎng)。為此,近年來(lái)筆者在高中生物教學(xué)實(shí)踐中,以新課程理念為指導(dǎo),致力于“預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突,提高生物課堂教學(xué)有效性”的思考與探索,產(chǎn)生了一些認(rèn)識(shí)和體會(huì)。
認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為:在學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展過(guò)程中,當(dāng)原有概念(或認(rèn)知結(jié)構(gòu))與現(xiàn)實(shí)情境存在某些差距時(shí),會(huì)引發(fā)他們心理產(chǎn)生矛盾或沖突,這就是認(rèn)知沖突。當(dāng)學(xué)習(xí)者已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與新知識(shí)情景之間存在某種差距而導(dǎo)致心理失衡時(shí),就會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突。產(chǎn)生認(rèn)知沖突后,需要學(xué)習(xí)者及時(shí)調(diào)整自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu),以期與新的學(xué)習(xí)情景之間實(shí)現(xiàn)新的平衡。新的平衡產(chǎn)生過(guò)程就是學(xué)習(xí)者心理不斷適應(yīng)變化和建構(gòu)的過(guò)程。
認(rèn)知發(fā)展理論創(chuàng)立者皮亞杰認(rèn)為,適應(yīng)包括同化和順應(yīng)兩種作用和過(guò)程,當(dāng)學(xué)習(xí)者面對(duì)一個(gè)新的刺激情景,能利用已有圖式把這一刺激整合到自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中,這就是同化;當(dāng)學(xué)習(xí)者不能利用原有圖式接受和解釋時(shí),其認(rèn)知結(jié)構(gòu)由于刺激的影響而發(fā)生改變,這就是順應(yīng)。在認(rèn)知主體的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程中,只有當(dāng)產(chǎn)生認(rèn)知沖突時(shí),才會(huì)發(fā)生順應(yīng)過(guò)程,順應(yīng)結(jié)果是對(duì)原有知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造或重組,達(dá)到一種新的、更高級(jí)的認(rèn)知平衡。學(xué)習(xí)者也正是在這一平衡與不平衡交替變化中,不斷建構(gòu)和完善認(rèn)知結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)認(rèn)知發(fā)展。
有效的課堂教學(xué)不僅要關(guān)注學(xué)生當(dāng)下發(fā)展,更要關(guān)注他們未來(lái)可持續(xù)發(fā)展;不僅要讓學(xué)習(xí)者獲得知識(shí),更要培養(yǎng)他們的思維方式,提升思維能力,進(jìn)一步升華為一種思維品質(zhì)和精神理念,對(duì)其長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)持久影響。
提高課堂教學(xué)有效性,離不開(kāi)教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮。教師作為教學(xué)過(guò)程中的組織者、指導(dǎo)者,通過(guò)預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突,造成學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不平衡,將他們帶入“憤悱”學(xué)習(xí)心境,使他們借助于他人(教師、學(xué)伴)的幫助,在一定的情境和文化背景下,利用必要的學(xué)習(xí)資源,自己主動(dòng)地建構(gòu)知識(shí),通過(guò)新舊知識(shí)之間的反復(fù)、雙向相互作用,來(lái)促成新認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成,在這一過(guò)程中激發(fā)學(xué)生思維,從而提高生物課堂教學(xué)有效性。
生物課堂教學(xué)活動(dòng)并非一種純認(rèn)知的探索或傳輸行為,它必然伴隨著強(qiáng)烈的情感反應(yīng)。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)具有重要影響。認(rèn)知—接受學(xué)習(xí)理論的倡導(dǎo)者奧蘇伯爾認(rèn)為:學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)主要包括認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力、附屬內(nèi)驅(qū)力和自我提高內(nèi)驅(qū)力,其中認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力最為重要,不僅是學(xué)生求知和理解的欲望,而且是掌握知識(shí)、闡明和解決問(wèn)題的欲望。學(xué)習(xí)者具有保持認(rèn)知平衡的傾向,當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)不能用頭腦中已有的知識(shí)來(lái)解釋一個(gè)新問(wèn)題、或發(fā)現(xiàn)新知識(shí)與已有的知識(shí)相悖時(shí),就會(huì)產(chǎn)生“認(rèn)知失衡”,導(dǎo)致一種“緊張感”。故筆者認(rèn)為,課堂教學(xué)中如能引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,正是調(diào)動(dòng)他們認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力的一種有效手段。 因?yàn)閷W(xué)生一旦產(chǎn)生認(rèn)知沖突,就會(huì)引起“認(rèn)知失衡”,就能激起他們的求知欲和好奇心,并產(chǎn)生解決這種認(rèn)知矛盾的需要,以求得心理平衡,從而促使學(xué)生進(jìn)行認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化和順應(yīng)。所以說(shuō),引發(fā)認(rèn)知沖突是調(diào)動(dòng)學(xué)生情感因素,促使他們實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)的契機(jī)和動(dòng)力。
在生物課堂教學(xué)中,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力是其根本目標(biāo),學(xué)生思維能力的發(fā)展,是發(fā)展其他能力的基礎(chǔ)和核心。而必備的知識(shí)儲(chǔ)備是發(fā)展思維能力的基礎(chǔ),故要把生物用語(yǔ)、概念、原理等必備知識(shí)系統(tǒng)地轉(zhuǎn)化給學(xué)生,建構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)。然而,當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突后,為消除“認(rèn)知失衡”以實(shí)現(xiàn)新的認(rèn)知平衡,就必須迅速激活原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu),從中選擇接受相關(guān)信息,并進(jìn)行有目的加工和整合。這種歷經(jīng)假設(shè)、觀察、實(shí)驗(yàn)、交流、推理、歸納等思維過(guò)程,所獲得的知識(shí)會(huì)更富有“含金量”。
著名教育家杜威認(rèn)為,好的教學(xué)必須能喚起兒童的思維。杜威將思維過(guò)程分為五個(gè)步驟:疑難的情境,處于困惑、迷亂、懷疑的狀態(tài);確定疑難的所在,并從疑難中提出問(wèn)題;通過(guò)觀察和其他心智活動(dòng)以及搜集事實(shí)材料,提出解決問(wèn)題的種種假設(shè);推斷哪一種假設(shè)能夠解決問(wèn)題;通過(guò)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證或修改假設(shè)。其中,“疑難的情境,處于困惑、迷亂、懷疑的狀態(tài)”即為“認(rèn)知沖突”?!皩W(xué)起于思,思源于疑”,認(rèn)知沖突是激發(fā)思維第一步,思維過(guò)程即是從認(rèn)知沖突中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程。
可見(jiàn),預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突,能引發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索,發(fā)展思維能力。如果沒(méi)有思維能力,則難以產(chǎn)生有意義的經(jīng)驗(yàn)。
學(xué)生頭腦中在沒(méi)有接受正式科學(xué)概念教育之前,對(duì)現(xiàn)實(shí)生活現(xiàn)象和前期預(yù)備學(xué)習(xí)過(guò)程中形成的經(jīng)驗(yàn)性概念,被稱之為前概念。有的前概念與科學(xué)概念一致,這樣的前概念會(huì)促進(jìn)科學(xué)概念的進(jìn)一步建構(gòu)與掌握;而有的前概念與科學(xué)概念截然不同,甚至出現(xiàn)相互排斥或?qū)αⅰ=?gòu)主義的教學(xué)觀認(rèn)為,對(duì)前概念的不滿是促使學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素,只有當(dāng)學(xué)生感到原有的概念失去了作用,不能解釋新的事件或者不能解決當(dāng)前遇到的問(wèn)題,產(chǎn)生認(rèn)知沖突時(shí),他才可能去改變?cè)懈拍钚纬煽茖W(xué)概念。
從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō),預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變?cè)谏锝虒W(xué)中具有重要作用。
在實(shí)際教學(xué)中可從以下“三個(gè)點(diǎn)”上預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突:
一是初、高中知識(shí)銜接點(diǎn)。如:學(xué)生在學(xué)習(xí)高中必修1“光合作用原理和應(yīng)用”之前,已經(jīng)在初中建立了光合作用的前概念,學(xué)生知道綠色植物的葉片在光照條件下能夠?qū)O2和H2O合成為淀粉等,這對(duì)學(xué)生進(jìn)一步理解光合作用原理和應(yīng)用有幫助,教師可以結(jié)合高中生物關(guān)于光合作用過(guò)程的深入探究歷程,利用多媒體技術(shù)優(yōu)勢(shì),從微觀上模擬其中的一些重要發(fā)現(xiàn),引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突,促使他們深刻認(rèn)識(shí)光合作用的本質(zhì)。
二是教材前后知識(shí)聯(lián)系點(diǎn)。如:讓學(xué)生解釋摩爾根果蠅雜交實(shí)驗(yàn)眼色遺傳現(xiàn)象。學(xué)生在前面剛學(xué)過(guò)基因的分離定律和自由組合定律,頭腦中有了前概念。當(dāng)給出果蠅眼色遺傳實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖:P 紅眼(雌)×白眼(雄)→F1 紅眼(雌、雄)→F2 紅眼(雌、雄)3/4 白眼(雄)1/4。針對(duì)這個(gè)結(jié)果,學(xué)生必然會(huì)用分離定律去加以解釋,馬上判斷出紅眼為顯性,白眼為隱性,馬上推導(dǎo)出親本中的紅眼果蠅基因型為AA,白眼果蠅基因型為aa,子一代的基因型為Aa。此時(shí)可以利用紅眼有雌性果蠅也有雄性果蠅,而白眼果蠅全是雄性果蠅,與孟德?tīng)柕幕蚍蛛x定律出現(xiàn)的結(jié)果不一樣,引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突。這樣可以自然地激起學(xué)生的興趣與求知欲,有助于他們建立科學(xué)概念。
三是必修與選修模塊知識(shí)交叉點(diǎn)。如:必修1關(guān)于細(xì)胞分化的前概念是“細(xì)胞分化是一種持久性的變化,一般來(lái)說(shuō),分化了的細(xì)胞將一直保持分化后的狀態(tài),直到死亡”。即細(xì)胞分化具有 “不可逆性”。而學(xué)習(xí)選修3專題2時(shí)再次涉及到細(xì)胞分化,出現(xiàn)了細(xì)胞脫分化知識(shí):“(植物組織培養(yǎng))首先要通過(guò)細(xì)胞的脫分化的過(guò)程,培養(yǎng)出愈傷組織……細(xì)胞脫分化就是讓已分化的細(xì)胞,經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)后,失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過(guò)程?!逼湟馑季褪且呀?jīng)分化的細(xì)胞還可再失去分化,恢復(fù)到較為原始的狀態(tài)。這部分知識(shí)是在必修基礎(chǔ)上對(duì)細(xì)胞分化知識(shí)的深化,更接近細(xì)胞分化科學(xué)概念,在此設(shè)置認(rèn)知沖突,讓學(xué)生認(rèn)為教材前后矛盾了,有利于引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到細(xì)胞分化“不可逆性”的條件,即在體內(nèi)條件下,當(dāng)細(xì)胞一旦脫離原來(lái)植物體,處于離體狀態(tài),就可發(fā)生“脫分化”。這樣很快能夠讓學(xué)生建立科學(xué)概念,有利于提高教學(xué)有效性。
生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性科學(xué),實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)科教學(xué)內(nèi)容中最精彩的部分,也是設(shè)置認(rèn)知沖突的重要依托。學(xué)生在進(jìn)行觀察或?qū)嶒?yàn)之前,時(shí)常會(huì)有意無(wú)意生成假設(shè)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與假設(shè)相近時(shí),會(huì)感受到成功喜悅。但當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與假設(shè)相異時(shí),則會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈認(rèn)識(shí)沖突,從而激發(fā)他們進(jìn)一步探究的愿望。正如鐘啟泉教授所說(shuō):“實(shí)驗(yàn)是在學(xué)習(xí)者的面前引起日常生活中不可能經(jīng)驗(yàn)到的現(xiàn)象。違背學(xué)習(xí)者常識(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,將造成學(xué)習(xí)者意識(shí)中的認(rèn)知失衡狀態(tài),擺脫這種認(rèn)知矛盾狀態(tài)求得解放的需求,就成了學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)?!?/p>
教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)探究性實(shí)驗(yàn)情境,預(yù)先有意識(shí)地讓學(xué)生嘗試作出猜想,然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生意想不到的新現(xiàn)象,來(lái)促使學(xué)生用改變?cè)姓J(rèn)知結(jié)構(gòu),去順應(yīng)、解釋這些新現(xiàn)象。由此可見(jiàn),利用實(shí)驗(yàn)探究預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突,是一條行之有效的途徑。這里務(wù)必將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的呈現(xiàn)與學(xué)生的思維發(fā)展緊密結(jié)合,把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作為鍛煉學(xué)生思維、培養(yǎng)學(xué)生能力的載體,而不是僅僅讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
例如在講解滲透作用之前,先向?qū)W生展示如下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:U形管管腔底部中央用半透膜隔開(kāi)后,左側(cè)注入清水,右側(cè)注入等量蔗糖溶液,靜置一段時(shí)間,右側(cè)液面升高。
然后設(shè)問(wèn):為什么一段時(shí)間后,U形管右側(cè)液面會(huì)高出左側(cè)?
學(xué)生在初中已學(xué)過(guò)U形管,根據(jù)壓強(qiáng)平衡原理,U形管兩側(cè)液面應(yīng)該一樣高,而此實(shí)驗(yàn)中,U形管略加改變,在中間添加一個(gè)半透膜,其兩側(cè)液面就不一樣高了。這究竟是為什么?原因何在?學(xué)生原來(lái)所掌握的知識(shí)原理不能解釋這一新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,從而引發(fā)認(rèn)知沖突,激發(fā)他們強(qiáng)烈的探求欲望,使他們急切地進(jìn)入新知識(shí)的學(xué)習(xí)。
生物科學(xué)史是生物科學(xué)產(chǎn)生、形成和發(fā)展及其演變規(guī)律的反映。許多生物學(xué)史話本身就蘊(yùn)含著生物學(xué)的概念、原理和實(shí)驗(yàn)方法等知識(shí),尤其一些關(guān)鍵的歷程還能夠體現(xiàn)科學(xué)家獨(dú)特的思維方式。將生物科學(xué)史引入課堂教學(xué)能夠引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)生物學(xué)知識(shí)的形成過(guò)程,從中學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維方法和理解生物學(xué)概念、原理的來(lái)龍去脈,將科學(xué)理論產(chǎn)生過(guò)程同學(xué)習(xí)過(guò)程結(jié)合起來(lái),有助于學(xué)生把生物學(xué)知識(shí)當(dāng)作動(dòng)態(tài)發(fā)展的知識(shí)。研究表明,科學(xué)史的研究進(jìn)程在一定程度上與學(xué)生的思維發(fā)展有相似之處,通過(guò)相應(yīng)的科學(xué)史,引發(fā)與原有知識(shí)的認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生探索欲,促使學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí),發(fā)展學(xué)生思維。在無(wú)法直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的情況下,可以利用科學(xué)史上一些關(guān)鍵歷程中著名的實(shí)驗(yàn)來(lái)制造認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生的探究熱情,為后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)作有效的心理鋪墊,可極大地提高學(xué)習(xí)效率。
例如,植物的激素調(diào)節(jié)中,如何來(lái)證實(shí)生長(zhǎng)素是植物莖尖端產(chǎn)生的?利用多媒體顯示溫特實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,引導(dǎo)學(xué)生探究:根據(jù)溫特實(shí)驗(yàn),能得出什么結(jié)論?學(xué)生推測(cè):切下的胚芽鞘尖端把某些物質(zhì)傳遞給瓊脂,當(dāng)含有這種物質(zhì)的瓊脂放在切掉尖端的胚芽鞘切面一側(cè)時(shí),又把這種物質(zhì)傳遞給植物,引起生長(zhǎng)和彎曲。質(zhì)疑:這個(gè)實(shí)驗(yàn)有不合理的地方嗎?由此產(chǎn)生的認(rèn)知沖突引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望,促使他們深刻思考上述假設(shè)不合理的原因,并最終認(rèn)識(shí)到瓊脂本身有可能會(huì)將某種物質(zhì)傳遞給植物,引起生長(zhǎng)和彎曲,從而理解增設(shè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的重要性。由此可見(jiàn),恰當(dāng)運(yùn)用科學(xué)史上一些不成熟的科學(xué)實(shí)驗(yàn)、猜想或假設(shè),能培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和質(zhì)疑能力,在此基礎(chǔ)上,啟發(fā)學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力,從而達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新精神的教育目的。
在習(xí)題講解中運(yùn)用變式問(wèn)題,通過(guò)預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突,讓學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)經(jīng)歷平衡→不平衡→平衡的發(fā)展歷程,使學(xué)生思維處于不斷的碰撞、調(diào)整、興奮之中,由此帶給學(xué)生的刺激比較深刻,教學(xué)效果較好。
如在講基因頻率后,讓學(xué)生練習(xí)運(yùn)用已知某遺傳病發(fā)病率計(jì)算基因頻率,設(shè)置如下問(wèn)題:
囊性纖維變性是一種常染色體遺傳病。據(jù)統(tǒng)計(jì),在某歐洲人群中,每2500個(gè)人中就有一個(gè)患此病。現(xiàn)有一對(duì)健康的夫婦生了一個(gè)患有此病的孩子,此后,該婦女又與另一健康的男子再婚。則該再婚的雙親生一孩子患該病的概率最接近于:
A.1/25 B.1/50 C.1/100 D.1/625
學(xué)生根據(jù)雙親正常,卻生一病孩,推知該常染色體遺傳病為隱性遺傳病。致病基因記為a,則該婦女的基因型為Aa。欲求該婦女與另一健康男子再婚后生一患病孩子的概率,必須求出該健康男子是雜合子的概率。根據(jù)題意,由基因型aa的頻率為1/2500可求得基因a的頻率為1/50,基因A的頻率為49/50。由此人群中,AA的概率為49/50×49/50,Aa的概率為2×49/50×1/50。由于該男子健康,故其為攜帶者的概率為Aa/(AA+Aa)=2/51。于是再生一孩患病的可能性為2/51×1/4≈1/100。
變式:某人群中某常染色體顯性遺傳病的發(fā)病率為19%,一對(duì)夫婦中妻子患病,丈夫正常,他們所生的子女患該病的概率是( )
A.10/19 B.9/19 C.1/19 D.1/2
由于該顯性遺傳病,在人群中的發(fā)病率為19%,該病用A表示,患者不能直接套用上面的公式,因?yàn)榛颊呋蛐蜑锳A和Aa,它們的概率之和為19%,故aa的概率為1-19%=81%,根據(jù)哈迪-溫伯格定律,a的基因頻率為90%,A的基因頻率為10%。由此人群中AA的概率為1/100,Aa的概率為18/100。因妻子患病,不可能是aa,故其基因型是Aa的概率為Aa/(AA+Aa)=18/19,AA的概率為1/19。丈夫正常,基因型為aa。
綜上所述,這對(duì)夫婦所生子女的患病概率為1/19×11+18/19×1/2=10/19(或 1-正常=1-18/19×1/2)。
在此題的解決過(guò)程中,學(xué)生通過(guò)第一題得出的規(guī)律與變式題中的問(wèn)題產(chǎn)生了認(rèn)知沖突,結(jié)果是學(xué)生調(diào)整了原有結(jié)論,得出了包容性更強(qiáng)的新的規(guī)律。
總之,預(yù)設(shè)認(rèn)知沖突,提高課堂教學(xué)的有效性,是一個(gè)值得探究的課題。教師惟有不斷鉆研教育,提高自身專業(yè)素養(yǎng),深入研究學(xué)情,才能科學(xué)合理地預(yù)置認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生的求知欲,于潛移默化中改善他們的思維品質(zhì),提高思維能力,達(dá)到提高課堂教學(xué)有效性的目的。
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