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認知結構同化論在生物教學中的應用

奧蘇伯爾(D.P.Ausubel)是當代美國著名的認知心理學家，他于1963年提出了認知結構同化論，用以闡明認 知結構在學習中的作用。目前，這一理論已為廣大教育工作者熟悉并認同。本文擬就這一理論在中學生物學教 學中的應用談點認識和體會。

一、認知結構同化論的基本內容

認知結構同化論認為，學生從事新的有意義的學習時，必須有適于新知識學習的原有的認知結構，學生學 習就是一個同化和發展自身認知結構的過程。同化的實質是新舊知識的相互作用，它既是新知識習得的心理機 制，也是新知識被保持的心理機制。

奧蘇伯爾根據新知識與認知結構原有知識（觀念）的概括和包容水平不同，提出了三個不同的新舊知識相 互作用模式。

①上位學習。

認知結構中原有的觀念在概括和包容水平上低于要學習的新觀念。例如，根據已知的小麥、水稻、玉米等 植物的特征，從中概括出單子葉植物的概念的學習。新舊觀念相互作用的結果是習得新的上位觀念。

②下位學習（又稱類屬學習）。

認知結構中原有觀念的概括和包容水平高于要學習的新觀念。例如，已知單子葉植物的概念，并已知水稻 、玉米、小麥是單子葉植物的實例，現在要進行高粱是單子葉植物的新例證的學習。

③并列學習。

要學習的新觀念與原有觀念無上位、下位關系，但在橫向上有彼此吻合的關系（圖1C）。例如，通過呼吸 作用與已知的光合作用的關系的比較，知道光合作用與呼吸作用的聯系與區別的學習。新、舊知識相互作用的 結果是產生一種新的聯合的意義。

二、認知結構同化論在生物學教學中的應用

學生學習生物學的過程，就是一個認知結構的轉換與建構的過程，也是認知結構的同化過程。因此，教師 必須根據學生原有的認知結構進行教學設計，幫助學生建構良好的認知結構。

1.根據原有的認知結構進行教學

奧蘇伯爾有句名言：“如果我不得不把全部教育心理學還原為一條原理的話，我將會說，影響學習的唯一 的最重要的因素是學習者已經知道了什么。”并且指出，要“根據學生原有知識進行教學。”可以說，這是運 用同化理論指導生物學教學的最基本的原則。在教學中，了解學生、選擇教學方法、教學模式和教學策略都必 須遵循這一條原則。

(1)了解學生原有的認知狀況。在上課前，教師要充分了解學生已有的知識情況，尤其是與新知識有密切關 系的已有概念和原理掌握的情況，這是教學設計時選擇有效的教學策略和方法的依據。同時，由于學生的認知 方式、學習風格、個性特征的差異，對同一事物的認識、感受也不會完全相同，這就使學生建構的認知結構具 有多樣性或特異性。因此，教學設計時還必須充分考慮到學生認知結構的個體差異性，采取靈活多樣的教學方 法和教學策略，促使學生順利地實現認知結構的同化學習。在教學中，一般可以通過課前提問、診斷性測試等 方式了解學生原有知識狀況，也可以通過日常觀察、心理問卷調查，了解學生的認知方式和學習風格。

(2)注重新舊知識的聯系。教學中要善于從已有的知識過渡到新知識，講清新知識與已有知識的內在聯系與 區別，以利于學生進行同化學習。

首先，在設計引言時，不僅要考慮到能否引發學生的學習興趣，還要注重新舊知識的銜接，采用溫故知新 的方法引入。例如，學習呼吸作用時，可以設問，綠色植物通過光合作用把光能轉變成貯存在有機物中的化學 能，而植物的生命活動無時無刻都離不開能量的供應。那么，有機物中貯存的化學能又是怎樣被釋放出來，供 給植物生命活動的呢？由此引入呼吸作用。這樣既總結了所學舊知識又引出新知識，承上啟下，易于學生理解 光合作用與呼吸作用之間的聯系。

其次，在教學過程中，要運用對比方法，充分揭示新舊知識的聯系與區別，以舊促新，以新帶舊，幫助學 生掌握和理解知識，例如，高中生物“細胞”一節中描述了葉綠體與線粒體的結構與功能，但較抽象籠統，而 在后繼的“綠色植物的新陳代謝”中則著重講述了與之相關的光合作用和呼吸作用。在進行教學設計時，可以 抓住新舊知識間的密切聯系，在前面的學習中讓學生重點掌握葉綠體和線粒體中酶和色素的分布和結構特點， 而后面學習光合作用和呼吸作用時，先用一定時間復習舊知識，從而使新舊知識兩相結合，使學生更易于掌握 諸如光合作用中光反應和暗反應以及有氧呼吸的場所等知識，更易于理解結構與功能相適應這一生物學的基本 原理。

 (3)選擇建構化教學模式

如果說學生的學習就是利用原有的認知結構同化新知識，建構新的認知結構的過程，那么教師的教學就應 該遵循認知結構建構化教學模式。這一模式的基本思路是，在學生的認知結構中找到同化新知識的原有的有關 知識，經過分析、推理等思維過程，使新知識與原有的知識建立聯系，進而概括出新的規律性知識并重建新的 認知結構，然后通過運用新規律，進一步檢驗、鞏固新知識，并實現知識的遷移。

運用此模式的前提是學生必須具有大量相關的原有知識。另外，知識的內化或認知結構的建構過程是一個 復雜的思維活動，只有通過對知識的分析、綜合、推理、重組等思維加工過程，才能建立起新舊知識之間的聯 系，使知識系統化、結構化，進而通過知識的應用實現知識的遷移。比如，學習基因的遺傳規律時，一旦學生 認知結構中有了有關減數分裂、基因的分離規律等知識，就可以用于同化基因的自由組合規律和伴性遺傳等知 識，學生再通過運用遺傳規律解遺傳習題，就可以進一步促進對知識的理解。

(4)設計先行組織者

先行組織者是奧蘇伯爾提出并倡導的一種教學策略。其核心是，在課堂教學中講授新知識之前，首先為學 生設計一個能把握所授知識的本質，對新知識具有引導性、起同化作用的知識結構――組織者，并將其內化為 學生的認知結構。因為組織者必須在正式教授新知識之前呈現給學生，因此稱為“先行組織者”。

其實，設計先行組織者，就是對學生原有的認知結構的提煉概括、拓寬引伸。例如，在根吸收礦質元素過 程的教學中，通過分析植物細胞膜的結構以及相關的物理、化學知識（學生已有的），引導學生得出如下“先 行組織者”（學生原有）認知結構：(1)植物細胞具有呼吸作用；(2)植物細胞膜帶有電荷，能吸附帶相反電荷 的離子；(3)植物細胞膜上有運輸離子的載體，能將離子進行跨膜運輸等。一旦學生建立起這一先行組織者，教 學過程即可按上述（圖2）的認知結構建構化教學模式展開。

2.建構良好的認知結構

所謂認知結構，就是學生頭腦中內化的知識的組織，也就是學生頭腦里內化了的知識結構。衡量學生學習 質量的重要標志就在于學生頭腦中是否建立了良好的認知結構，即學生到底掌握了多少知識，這些知識是否構 成了良好的組織結構。因此，生物學教學的重要目標之一就是幫助學生建立良好的認知結構。那么，如何才能 幫助學生建立良好的認知結構呢？

(1)重視知識結構與認知結構的匹配

學生良好的認知結構的建立，取決于教學中是否能為學生呈示良好的知識結構。因此，生物學教學必須重 視知識結構和認知結構的匹配。教學中要注意以下兩點：

第一，堅持按知識結構進行教學的原則。

進行知識結構教學，是指教師在教學中，通過分析教科書，找出知識之間的聯系和內在規律，把各章節的 中心內容及與之有聯系的知識串聯起來，按單元或章節的知識結構進行教學設計、組織教材、板書提綱，使學 生能提綱挈領地掌握學習內容，這樣，有利于學生掌握基本概念和原理，也有利于發展學生的智力。

第二，科學地設計知識結構網絡。

要根據各單元知識的內在聯系，首先確定核心知識點（最基本的概念和原理），在課堂教學中，時時都要 圍繞這個核心知識點，通過知識的縱橫聯系，建立知識結構網絡，學生只有通過這種知識結構網絡的學習與內 化，才可能構建高層次的認知結構。

(2)建構良好的認知結構的原則

奧蘇伯爾認為，新舊知識相互作用，必須遵循漸進分化和綜合貫通原則，才能促進知識的組織，從而促進 良好的認知結構的建構。

①漸進分化，建立深層次的認知結構。

奧蘇伯爾指出：“個人在一特殊學科的教學內容的組織是由其頭腦中的一個層級構成的。而在這個層級結 構中，最概括的概念占據了結構的頂端位置，它們下面是較低概括水平的概念，比較高度分化的從屬概念和具 體材料。”可見，漸進分化指認知結構上位、下位知識之間或一般與個別知識之間的組織。生物學教學中必須 按照這一原則呈示教材，才能促使學生的認知結構由淺層向深層轉化。比如，在講述新陳代謝時，先講新陳代 謝的一般概念，包括同化作用和異化作用；新陳代謝的工具――酶；新陳代謝與ATP等。再講植物的新陳代謝（ 水分代謝、礦質代謝、光合作用、呼吸作用）和動物的新陳代謝（物質代謝、能量代謝）等。這樣漸進分化， 使學生對新陳代謝的概念的認知不斷深化。

②綜合貫通，建立整體化的認知結構。

綜合貫通是指相互并列的知識之間的橫向組織，如概念與概念之間、原理與原理之間乃至章節之間的橫向 聯系，亦即對知識的融會貫通。因此，綜合貫通一般出現在上位學習和并列學習中。

在生物學教學特別是復習教學中，要通過抓住知識的中心與要領，統攬全局，打破知識的章節界限和原來 的知識結構，對所學的知識以新的方式重新組合，重建新的知識結構網絡。比如，在復習減數分裂、DNA和基因 等內容時，按照染色體―DNA―基因這條主線，將相關的遺傳、變異等知識與這條線串起來，就形成了復雜的有 關遺傳與變異的知識結構網絡。通過這樣的重新組合、綜合貫通，使知識網絡化、系統化、整體化，有利于學 生建立整體化的高層次的認知結構，從而進一步發展了學生的智能。