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建构主义在生物教学中的运用

 

    建构主义在生物教学中的运用

                     ——由二糖缩合猜想蛋白质缩合

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众所周知,在过去的廿年中,强调刺激——反应,并把学习者看作是对外部刺激作出被动反应、即作为知识灌输对象的行为主义学习理论,已经让位给强调认知主体的内部心理过程,并把学习者看作是信息加工主体的认知学习理论。

一、什么是建构主义

建构主义(constructivism)也译作结构主义,其最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰(J.Piaget)。他是认知发展领域最有影响的一位心理学家,他所创立的关于儿童认知发展的学派被人们称为日内瓦学派。皮亚杰的理论充满唯物辩证法,他坚持从内因和外因相互作用的观点来研究儿童的认知发展。他认为,儿童是在与周围环境相互作用的过程中,逐步建构起关于外部世界的知识,从而使自身认知结构得到发展。儿童与环境的相互作用涉及两个基本过程:“同化”与“顺应”。同化是指把外部环境中的有关信息吸收进来并结合到儿童已有的认知结构(也称“图式”)中,即个体把外界刺激所提供的信息整合到自己原有认知结构内的过程;顺应是指外部环境发生变化,而原有认知结构无法同化新环境提供的信息时所引起的儿童认知结构发生重组与改造的过程,即个体的认知结构因外部刺激的影响而发生改变的过程。可见,同化是认知结构数量的扩充(图式扩充),而顺应则是认知结构性质的改变(图式改变)。认知个体(儿童)就是通过同化与顺应这两种形式来达到与周围环境的平衡:当儿童能用现有图式去同化新信息时,他是处于一种平衡的认知状态;而当现有图式不能同化新信息时,平衡即被破坏,而修改或创造新图式(即顺应)的过程就是寻找新的平衡的过程。儿童的认知结构就是通过同化与顺应过程逐步建构起来,并在“平衡——不平衡——新的平衡”的循环中得到不断的丰富、提高和发展。这就是皮亚杰关于建构主义的基本观点。

建构主义学习理论的基本内容包括“学习的含义”(即关于“什么是学习”)与“学习的方法”(即关于“如何进行学习”)这两个方面。

关于学习的含义,建构主义认为,知识不是通过教师传授得到,而是学习者在一定的情境即社会文化背景下,借助学习是获取知识的过程其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。学习的质量是学习者建构意义能力的函数,而不是学习者重现教师思维过程能力的函数。换句话说,获得知识的多少取决于学习者根据自身经验去建构有关知识的意义的能力,而不取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容的能力。

关于学习的方法,建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习,也就是说,既强调学习者的认知主体作用,又不忽视教师的指导作用,教师是意义建构的帮助者、促进者,而不是知识的传授者与灌输者。学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者,而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。

学生要成为意义的主动建构者,就要求学生在学习过程中从以下几个方面发挥主体作用:

(1)要用探索法、发现法去建构知识的意义;

(2)在建构意义过程中要求学生主动去搜集并分析有关的信息和资料,对所学习的问题要提出各种假设并努力加以验证;

(3)要把当前学习内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事物相联系,并对这种联系加以认真的思考。“联系”与“思考”是意义构建的关键。

教师要成为学生建构意义的帮助者,就要求教师在教学过程中从以下几个面发挥指导作用:

(1)激发学生的学习兴趣,帮助学生形成学习动机;

(2)通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间联系的线索,帮助学生建构当前所学知识的意义。

(3)为了使意义建构更有效,教师应在可能的条件下组织协作学习(开展讨论与交流),并对协作学习过程进行引导使之朝有利于意义建构的方向发展。引导的方法包括:提出适当的问题以引起学生的思考和讨论;在讨论中设法把问题一步步引向深入以加深学生对所学内容的理解;要启发诱导学生自己去发现规律、自己去纠正和补充错误的或片面的认识。

二、建构主义的教学方法

建构主义学习理论提倡的学习方法是教师指导下的、以学生为中心的学习;建构主义学习环境包含情境、协作、会话和意义建构等四大要素。这样,我们就可以将与建构主义学习理论以及建构主义学习环境相适应的教学模式概括为:“以学生为中心,在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用,利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神,最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。”

在上述建构主义的教学模式下,目前已开发出的、比较成熟的教学方法主要有以下几种:

⒈ 支架式教学(Scaffolding Instruction) ,由以下几个环节组成:

(1)搭脚手架——围绕当前学习主题,按“最邻近发展区”的要求建立概念框架。

(2)进入情境——将学生引入一定的问题情境(概念框架中的某个节点)

(3)独立探索——让学生独立探索。探索内容包括:确定与给定概念有关的各种属性,并将各种属性按其重要性大小顺序排列。探索开始时要先由教师启发引导(例如演示或介绍理解类似概念的过程),然后让学生自己去分析;探索过程中教师要适时提示,帮助学生沿概念框架逐步攀升。起初的引导、帮助可以多一些,以后逐渐减少--愈来愈多地放手让学生自己探索;最后要争取做到无需教师引导,学生自己能在概念框架中继续攀升。

(4)协作学习——进行小组协商、讨论。讨论的结果有可能使原来确定的、与当前所学概念有关的属性增加或减少,各种属性的排列次序也可能有所调整,并使原来多种意见相互矛盾、且态度纷呈的复杂局面逐渐变得明朗、一致起来。在共享集体思维成果的基础上达到对当前所学概念比较全面、正确的理解,即最终完成对所学知识的意义建构。

(5)效果评价——对学习效果的评价包括学生个人的自我评价和学习小组对个人的学习评价,评价内容包括:①自主学习能力;②对小组协作学习所作出的贡献;③是否完成对所学知识的意义建构。

⒉ 抛锚式教学(Anchored Instruction),由以下几个环节组成:

(1)创设情境——使学习能在和现实情况基本一致或相类似的情境中发生。

(2)确定问题——在上述情境下,选择出与当前学习主题密切相关的真实性事件或问题作为学习的中心内容。选出的事件或问题就是“锚”,这一环节的作用就是“抛锚”。

(3)自主学习——不是由教师直接告诉学生应当如何去解决面临的问题,而是由教师向学生提供解决该问题的有关线索,并要特别注意发展学生的“自主学习”能力。自主学习能力包括:①确定学习内容表的能力(学习内容表是指,为完成与给定问题有关的学习任务所需要的知识点清单);②获取有关信息与资料的能力(知道从何处获取以及如何去获取所需的信息与资料);③利用、评价有关信息与资料的能力。

(4)协作学习——讨论、交流,通过不同观点的交锋,补充、修正、加深每个学生对当前问题的理解。

(5)效果评价——抛锚式教学要求学生解决面临的现实问题,学习过程就是解决问题的过程,即由该过程可以直接反映出学生的学习效果。因此对这种教学效果的评价往往不需要进行独立于教学过程的专门测验,只需在学习过程中随时观察并记录学生的表现即可。

⒊ 随机进入教学(Random Access Instruction),由以下几个环节组成:

(1)呈现基本情境——向学生呈现与当前学习主题的基本内容相关的情境。

(2)随机进入学习——取决于学生“随机进入”学习所选择的内容,而呈现与当前学习主题的不同侧面特性相关联的情境。在此过程中教师应注意发展学生的自主学习能力,使学生逐步学会自己学习。

(3)思维发展训练——由于随机进入学习的内容通常比较复杂,所研究的问题往往涉及许多方面,因此在这类学习中,教师还应特别注意发展学生的思维能力。

(4)小组协作学习——围绕呈现不同侧面的情境所获得的认识展开小组讨论。在讨论中,每个学生的观点在和其他学生以及教师一起建立的社会协商环境中受到考察、评论,同时每个学生也对别人的观点、看法进行思考并作出反映。   

(5)学习效果评价:包括自我评价与小组评价,评价内容与支架式教学中相同。

三、建构主义在教学中的运用

建构主义在课堂教学中正在进行不断的实践和运用,关于建构主义的三种教学方法实际上应该是以某一种作为主线,其它方法加以辅助。运用的目的就是要改变以往灌输式的以教师为主体的传统教学,逐步实现以学生为主体的,强调学生根据一定的情境自己去感受、探索、验证、归纳、总结,并且能够灵活应用, 将书本上的知识真正的变成自己的知识。

学生进入高中,学习生活各方面进入了一个快速转型的关键时期,实际上,各门学科都面临着一个重新入门的问题。因此,高一年级的基础知识是否掌握得好,会影响到整个高中阶段系统知识的掌握。

对于生物学科而言,在高一入门的第一章教材中,教师和学生就会碰到一个比较难对付的内容——蛋白质。蛋白质的教学是第一章第二节《组成生物体的化合物》中的重点和难点,包括氨基酸的通式、脱水缩合反应、蛋白质高分子化合物的空间结构和功能等,其中还涉及到缩合、肽键、二肽、多肽和肽键等概念。在学生还没有积累到相关有机化学基础的情况下,如何让他们掌握这么多新知识,用什么样的方法教学,对于教师而言的确是一个难题。而对于学生来说,如果教师用传统讲述灌输的方式教学,他们肯定不会感到轻松愉悦。

因此,在这一内容的教学过程中,尤其是脱水缩合方面,如果联系前面所学知识,运用猜想、探究的方式,让学生自主地参与进来,运用建构主义的教学方法,课堂气氛肯定会比较轻松,同时也能培养学生自主思维的能力。

 

例如:学习“蛋白质脱水缩合”内容的一段课堂实录:

师:前面我们学习了糖类有机物,组成二糖和多糖的单糖是五碳糖还是六碳糖?

生:六碳糖。

师:那么,谁能写出六碳糖的分子式?

生1:C6H12O6

生2:写成碳水化合物的形式就是C6(H2O)6

师:很好。我们知道,一个二糖分子是由两个单糖分子结合形成,那么,大家能不能猜猜二糖的分子式应该怎么写?

生:那就应该是两个单糖加起来,也就是C12H24O12,也可以写成C12(H2O)12

师:很好,现在大家翻开书13页,看看书上写的二糖分子式是多少?

生:老师,我发现了,是C12H22O11,二糖在两个单糖基础上少了一分子H2O

师:很好,二糖是由两个单糖分子中间脱去一分子水缩合连接而成的。在这基础上,假设再往上加单糖分子,由很多单糖分子之间各脱去一分子水,缩合连接就形成了多糖大分子化合物。现在我们知道,其实大分子化合物是由小分子单位缩合形成的。

前面我们已经学习了,蛋白质也是高分子化合物,它的基本单位是氨基酸,按么大家根据二糖的缩合反应猜想一下,蛋白质大分子是怎么形成的呢?

生:说不定也是两个氨基酸分子之间脱去一分子水连接形成的。

师:很好。那么大家翻开书15页,阅读15页下面的图示,看看氨基酸到底是怎么连接的?

这时学生都兴致勃勃地通过看书检测自己的猜测对不对,看的过程中,教师提出思考题:脱去的水分子是来自于氨基酸分子结构中的哪个部分?

生1:两个氨基酸分子通过中间脱去一分子水连接起来。

生2:这分子水中的羟基来自于前一个氨基酸的羧基,氢来自于后一个氨基酸的氨基。

师:很好,同学们总结得很好。我们把这个连接的反应称作脱水缩合反应。由两个氨基酸分子脱水缩合形成的化合物称为二肽,脱去一分子水后形成一个肽键结构连接前后两个氨基酸分子。

生:老师,那么氨基酸分子也能像单糖一样,很多都连接在一起吗?

师:你说得很对。很多各氨基酸分子脱水缩合连接在一起后形成的物质就称作多肽,多肽呈链状,因此也称作为多肽链。由一条或多条肽链结合在一起就形成了高分子化合物蛋白质。

通过类似这样的一个过程,在学生原有的有关糖类知识的了解基础上,由教师提出二糖的缩合形成的方法这一问题情境,学生通过一个猜想—验证—了解的过程对糖类的脱水缩合有了一个初步的知识框架。在这个初步的知识框架基础上,教师随即再自然的引出“猜想蛋白质大分子形成过程”的问题,那么学生就很容易顺着这一思路,再次通过猜想—验证—了解的过程达到对实质性内容掌握的目的。最后再由教师进一步的总结归纳,相信学生这时已经轻轻松松地将蛋白质脱水缩合的知识真正掌握了。

四、建构主义的运用小结

建构主义在课堂教学中运用的好处是不言而喻的,不仅活跃了课堂的气氛,使教学内容尤其是难点内容变得轻松简单,而且,由于体现了学生学习的自主性,极大的调动了学生的学习积极性,培养了学生自主思维的意识和能力,培养了学生之间协作讨论的合作意识,让他们在探索的过程中品尝到了成功的快乐。

因此,我们将建构主义教学方法的实施过程大致分为这样几个步骤:感知知识情境——提出问题——猜想讨论——验证——归纳总结。

感知知识情境:即由教师提出一个知识框架,这个知识框架的内容是学生的知识系统已经存在的,并且跟等待提出的新的知识内容有着密切的联系。让学生首先对提出的知识框架有一个感知和回味,在思维中形成一个情境的铺垫。

提出问题:在铺设了原有知识框架的基础之上,由教师用问题的方式将新的知识引出,并指导学生联想和思考。

猜想讨论:联系铺设的知识框架,学生进行大胆的猜想,并在小组间进行讨论,交换意见。

验证:由教师指出正确的知识内容,或者利用相关的资料和其他途径,让学生了解猜想内容的实际情况,对自己的猜想进行验证和思考。

归纳总结:这个环节包括教师引导归纳和学生归纳总结两个方面。教师的引导由为重要,通过正确恰当的联系和归纳,可以很好的将学生的认知从一个水平引导到另一个更高的水平。而学生在这个过程中也应该体现主体能动性,在教师的引导下归纳总结,逐步完善自己大脑思维中逐渐复杂的知识结构,并使其更具有个人特色,形成一套最适合自己操作和应用的牢固的知识体系。

 

 

 

 

 

参考文献

1.张建伟、陈琦,“从认知主义到建构主义”,北京师范大学学报(社会科学版),1996年,第4期。

2.何克抗,“建构主义--革新传统教学的理论基础”、“建构主义学习理论与建构主义学习环境”,教育传播与技术,1996年第三期(总第12期)。

3.朱智贤、林崇德,“思维发展心理学”,北京师范大学出版社,1986年。4.彭聃龄,“认知心理学”,黑龙江教育出版社,1990年。

 

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