信息視覺模式策略在生物學教學中的應用

信息視覺模式策略在生物學教學中的應用浙江省舟山市舟山中學（316000）楊重云心理學家米勒在1956年通過研究發(fā)現(xiàn)，人的短時記憶的容量是有限制的，只有7±2個組塊。這里的組塊就是測量人短時記憶量的最小單位。短時記憶是知識信息進入長時記憶的必經(jīng)通道，這樣短時記憶是學習中的瓶頸。但組塊中的信息量大小是不固定的，它可以是一個符號、一個詞、一個公式、一個圖象、一首詩、一段話等等。有人曾經(jīng)做過一個試驗：讓一個著名棋手與一個不會下棋的人在20秒內(nèi)記憶一局棋中的25個棋子。結(jié)果棋手的記憶準確無誤，而不會下棋的人只記住5個棋子的位置。但是如果將25個棋子隨意擺放、不成棋局，棋手與不會下棋的人都只記住了5個棋子。這說明棋手在記憶25個棋子的棋局時，可能是將它作為5個、4個、3個、2個甚至1個組塊來記住的。因此，組塊是一種有內(nèi)在聯(lián)系的信息組合，人們可以通過合理地組合信息來提高記憶能力?，F(xiàn)代認知學習理論的代表人物布魯納和奧蘇伯爾認為，學習是通過認知獲得意義和意向的過程，學習是認知結(jié)構(gòu)的組織或重新組織。該理論強調(diào)已有的知識經(jīng)驗對新知識的作用（即原有的認知結(jié)構(gòu)的作用），同時強調(diào)學習材料本身的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)。研究表明，有內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)的教材與學生原有的認知結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來，新舊知識發(fā)生相互作用，新材料便在學習者頭腦中獲得了意義。認知學習理論認為教學的關(guān)鍵是培養(yǎng)學生良好的認知結(jié)構(gòu)，而教學的實質(zhì)在于“促進學生認知結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化”。奧蘇伯爾指出，學生的認知結(jié)構(gòu)是從教材的知識結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化而來的，在教學中，我們不可能把教材知識的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)直接移入學生的頭腦中形成學生的認知結(jié)構(gòu)，而是要借助各種信息模式來表征和組織知識，展示出知識的邏輯結(jié)構(gòu)，幫助學生形成良好的認知結(jié)構(gòu)并順利轉(zhuǎn)化。在諸多的教學策略中，信息視覺模式教學是一種有效而富有特色的策略。信息視覺模式是各種類型的視覺信息表征方式。根據(jù)信息模式的分類學，信息可以用各種類型的視覺方式進行表征。在生物學教學中常用的信息模式有義從圖、層級圖、時間線、流程圖、概念圖、比較矩陣等(如表1所示)。表1信息視覺模式的分類視覺圖式類型名稱義從圖層級圖時間線流程圖概念圖比較矩陳1義從圖義從圖主要用于顯示某一核心概念及相關(guān)的要素或不同方面。各要素（或不同方面）間是并列平行的關(guān)系。在生物學教學中，義從圖主要用于生物學概念的學習。概念的學習，關(guān)鍵是抓住其中的關(guān)鍵詞。例如單倍體的概念：體細胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體，叫做單倍體。可以通過義從圖揭示出概念中4個關(guān)鍵詞（圖1）：體細胞本物種配子單倍體染色體數(shù)目個體圖1另外，義從圖在從一個知識點出發(fā)，輻射出多個相關(guān)知識點的過程中，有其獨特的作用。例如，在討論菜青蟲的防治方法問題時，我們可以把學生通過頭腦風暴法提出的奇特、新穎、有創(chuàng)意的想法和建議用義從圖表示出來（如圖2），在此基礎上評價各種想法的有效性和可行性，再通過分析和綜合產(chǎn)生出最佳解決問題的方法。學生會有許多獨特的視覺，甚至可能會有離奇的想法，教師展示出來并給予鼓勵和贊揚，可以培養(yǎng)學生勇于質(zhì)疑、勤于思考的創(chuàng)新意識。使用蛻皮激素使用性引誘劑使用農(nóng)藥培育轉(zhuǎn)基因植物菜青蟲的防治方法利用天敵人工捕捉法利用寄生生物利用非食物競爭對象圖2通過圖式表示對問題的討論和研究，有助于學生作為一個群體更有效地思考，互相啟發(fā)，又不失個性；能幫助群體控制每個人思想的復雜性，而又不輕視個體或丟失細節(jié)。由于各要素之間是平級關(guān)系，沒有主次之分，學生情感上樂于接受，無論自己是先說后說，對此問題的貢獻是一樣的，學生會積極參與，課堂氣氛活躍，并尋求到解決問題的途徑。2層級圖層級圖主要用于表示范疇和亞類或組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系。與義從圖不同的是，層級圖中等級層次關(guān)系嚴格，是上級和下屬（或次級）之間的關(guān)系，包含與被包含的關(guān)系。層級圖能夠使各要素之間復雜的關(guān)系一目了然。在生物學教學中，有關(guān)的結(jié)構(gòu)層次及分類等的內(nèi)容用這種圖式比較適合。如生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成細胞的化合物分類層級圖（圖3、圖4）。生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的成分生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)非生物的物質(zhì)和能量生產(chǎn)者消費者分解者食物鏈食物網(wǎng)圖3構(gòu)成細胞的化合物無機化合物有機化合物水無機鹽蛋白質(zhì)核酸糖類脂質(zhì)圖43時間線時間線表示隨時間發(fā)展的事件序列。顯然，這種圖式最顯著的特征就是嚴格的順序，故圖式中用的是“→”而不是“—”。在生物學教學中可以主要用來描述生物學實驗的操作過程、生物工程技術(shù)中的簡單工藝流程等。如觀察植物細胞的有絲分裂的實驗操作：解離→漂洗→染色→制片。又如基因工程的基本步驟：提取目的基因→目的基因與運載體結(jié)合→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測和表達4流程圖流程圖表示流程各步驟，有時間的先后順序，但又比時間線復雜些，因為有分支，各分支間又是并列關(guān)系。能量流動過程、物質(zhì)代謝過程以及生物工程技術(shù)中的工藝流程等用該信息模式表示再合適不過了。另外，遺傳圖解實際上就是一種流程圖。如氨基酸在體內(nèi)的變化情況可以表示為如圖5。氨基酸合成氨基轉(zhuǎn)換脫氨基各種組織蛋白質(zhì)，形成新的氨基酸含氮部分：不含氮部分以及酶和激素等氨基轉(zhuǎn)變氧化分解合成尿素CO2+H2O糖類、+能量脂肪圖5氨基酸的復雜代謝過程通過幾條簡單的線條展示出來，用最直觀簡潔的符號表達了文字難以表達的效果，不僅免去學生走進文字迷宮，又能迅速正確掌握代謝過程，各種變化的先后順序清楚明了。5概念圖概念圖是目前科學教育中經(jīng)常使用的一種方式，是呈現(xiàn)概念或命題之間相互聯(lián)系的一種簡明便利的圖式，它以概念為核心，連接次級概念，并以這些次級概念為節(jié)點，再連接下一層次的概念或?qū)嵗?，?gòu)成一個分層次、多節(jié)點相互關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。生物學教學中常用的概念圖分為2類，一類是章節(jié)圖，章節(jié)圖即為反映課本中某章或某節(jié)知識要點的概念圖，如在講授基因的分離定律時，可以將出現(xiàn)的基因、等位基因、顯性基因、隱性基因、性狀、顯性性狀、隱性性狀、相對性狀等概念構(gòu)建成如圖6的概念圖：決定基因性狀決定顯性基因顯性性狀等位基因相對性狀決定隱性基因隱性性狀圖6另一類是專題概念圖。此類概念圖主要用于生物學知識的復習中。我們可以將生物學的知識內(nèi)容分為若干專題，專題概念圖就是對專題知識內(nèi)容及概念進行系統(tǒng)歸納和總結(jié)形成的網(wǎng)絡圖，如“蛋白質(zhì)”專題概念圖（圖從略）。由于學生的理解（可能不完整或錯誤）及看問題角度不同，學生會畫出不同的網(wǎng)絡圖式。因此該圖式能發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)造性，能促使學生主動復習鞏固知識，訓練學生分類總結(jié)能力，形成良好的認知結(jié)構(gòu)。6比較矩陣比較矩陣適合于一系列可供比較的項目特征。把要比較的項目按一定的順序列出圖表，便于學生迅速發(fā)現(xiàn)它們的異同點，從而發(fā)現(xiàn)問題，得出結(jié)論，達到比較的目的。如高中生物教材中出現(xiàn)的有關(guān)結(jié)構(gòu)或物質(zhì)的鑒定就可以設計成比較矩陣（如表2）表2有關(guān)結(jié)構(gòu)或物質(zhì)的鑒定被鑒定的結(jié)構(gòu)或物質(zhì)化學試劑顏色反應反應條件染色體龍膽紫或醋酸洋紅深色常溫淀粉碘液藍紫色常溫可溶性還原糖斐林試劑磚紅色沉淀水浴加熱尿糖班氏糖定性試劑磚紅色沉淀水浴加熱蛋白質(zhì)雙縮脲試劑紫色反應常溫脂肪蘇丹=3\*ROMANIII染液蘇丹=4\*ROMANIV染液橘黃色紅色常溫DNA二苯胺試劑藍色水浴加熱7生物學特色圖式各學科都有自己的獨特的語言符號，如物理學中的電路圖、等勢圖，地理學中的地圖，化學中的實驗裝置圖等。生物學中的結(jié)構(gòu)模式圖、結(jié)構(gòu)示意圖、實物圖等，這些圖式我們可以很好利用，幫助學生在短時間內(nèi)準確接受大量信息，免去繁冗累贅的文字敘述。實踐表明，利用信息視覺圖式符號來表征和組織生物學知識有以下特點：第一：視覺符號易被快速識別，與文字相比人們更容易接受視覺圖式信息；第二：減少繁冗累贅的文字敘述，使學生容易掃描關(guān)鍵詞、概念和命題，從信息資源中抓住知識的