相似性理论在生物教学设计中的应用

王进才

现代教学理论认为教学过程由教师、学生和知识三要素构成。在教学过程中，教师在传授知识时，必须把握知识内在联系和学生认知规律，选择恰当的教学方式以体现启发性原则，教学活动方能顺利地、有效地向前推进。因此教学设计必须以学生认知发展为前提，而且必须包括知识结构设计和启发式教学设计。教育学家认为，教学设计是一种创造，是优化教学的前提。而一切创造，无论是自然界的创造还是人类的创造，都是基于某种相似性而进行的(即相似创造律)。

因而从生物学知识结构体系、学生认知发展和教师进行启发式教学中存在的大量相似现象人手进行创造是生物教学设计的基本出发点。而研究这些相似现象能使它们变得简明、清晰，并使之具有理性观念和在认识上产生飞跃，以达到优化生物教学之目的。

1生物学知识结构设计中的相似性

在进行知识结构设计前必须分析教材知识结构。分析的目的在于通过研究教学大纲、教学目的和认真钻研教材，把握住教材重点、难点内容和知识之间的联系。而重点、难点内容的知识单元为基本概念和基本知识。基本概念和基本知识因为具有较多相似功能并决定着重点、难点内容的内部规律和系列性而成为“教学过程的核心内容”。(布鲁纳语)

因而，面对众多教材知识内容，在设计时，无论是教材内容的取舍、重新组织，还是补充内容的选择必须符合有利于基本概念、基本知识的学习和充分揭示知识之间内在联系的目的，下面就分别探讨一下相似性研究在这两方面的作用。

1.1研究相似性有利于基本概念的学习

概念作为一种思维方式是人们对事物相似性概括的认识，而基本概念则更深刻更广泛地反映了事物之间的相似性。人们正是通过分析有关事物之间的相似性，然后综合最后形成了有关基本概念。可见，学习基本概念必须符合其由分析到综合的形成规律。而此规律的形成离不开对相似性的研究。

通过研究发现，教材的编写一般采用了先综合后分析的指导思想，因为教材不同于科普文章，也不同与一般的教学论文和总结，如“减数分裂”、“光合作用”和“呼吸作用”的编写等。如果教师原原本本按教材体系进行讲授的话，那只能助长学生去死记硬背基本概念。此时，我们只能重新组织教材内容，使之符合基本概念形成的规律。

如在“减数分裂”一节中，教材是按照先介绍减数分裂的基本概念，再介绍精子形成的过程来编写的。这显然不符合基本概念形成规律。而我们通过研究相似性，依照基本概念形成规律可以这样来设计知识结构：先讲精子和卵细胞形成过程，然后比较两者相似性，最后综合得出减数分裂的概念。如此教学，学生对基本概念的掌握才是扎实的。

1.2研究相似性有利于揭示知识之间的联系

在教材内容体系中，各知识点之间都是相互联系的，这和相似规律：“一切事物、知识之间都是通过相似性中介而联系的”论述是一致的。如在表面上风马牛不相及的分别存在于植物和动物体内的叶绿素和血红素的化学结构是相似的，都是卟啉化合物。因而，研究各知识点之间的相似性可以充分揭示知识之间的联系。

又如在“新陈代谢基本类型”一节中，前后就有知识点十几个，诸如同化作用、异化作用、自养生物、光合作用型和化能合成作用型等。在充分研究的前提下，可以发现这些知识点都是通过对相似性中介——物质的合成和分解、能量的贮存和释放的阐述来发生联系的。因而在知识结构设计中只要把握住这种联系，教学时就会大大有助于学生学习，以达到事半功倍的效果。

2学生认知发展中的相似性

学生是学习的主体，在设计教学时，必须以学生认知结构为前提，必须符合学生认识发展规律。对学生认知发展规律研究作出重要贡献的皮亚杰在认识发生论中认为学生认识发展或知识形成有以下四个基本概念：图式、同化、顺应和平衡。

2.1图式

图式是一个核心概念。可以理解为动作在相似环境中，由于重复而引起的迁移和概括。在学习过程中，图式能不断变迁、丰富和发展。学生原有图式产生于刚出生到认知发生冲突之间，此间学生便“开始在相似客体之间建立起简单关系”，从而形成图式。如学生通过观察和体验把植物地下部分统称为根，茎则一概视为地上部分等。

2.2同化和顺应

同化和顺应是学生适应环境的两种机能。同化指当学生学习的新知识和原有认知结构中的图式有较多相似之处时，便易理解和接受。如虽然大多数根生在地下，但玉米和榕树的支柱根、菟丝子的寄生根等则生长在地上，于是便发生了冲突，但学生经过分析和推理可以得到上述器官仍然是根，只不过发生了变态而已。这样学生又用“变态”这一原有认知结构，重新将现象联系起来，从而建立起新的平衡。

而顺应是指内部图式的调整和改变以适应现实的现象。从某种意义上讲，顺应是一种特殊类型的同化，因为创立或调整新图仍然离不开已有图式去同化新情境，即增加新知识为顺应。如学生在学习茎时发现，茎并非都是生长在地上，如莲的根状茎、马铃薯的块茎等。这些现象便和原有认知发生冲突，则学生必须调整和改变以往图式，从而建立有关茎的新的图式，这就是顺应，从而达到认知上新的平衡。

2.3平衡

平衡是学生认知结构的稳定状态。当学生遇到新知识，总是试用原有图式去同化之，若成功则达到认识上新的平衡；若不成功则作出顺应，调整原有图式或创立新图式去同化新知识，直至认识上新的平衡。

这种平衡不断提高的过程就是认知结构形成和发展的基本过程。

可见，学生思维活动一开始就离不开相似性，学生认知发展轨迹和知识形成都离不开对事物相似性的认识。这也正符合相似运动规律的论点：无论是自然界还是人类思维，其由简单到复杂、由低级到高级的运动都是在相似或其变异中进行的。

3启发式教学设计中的相似性

布鲁纳认为：要圆满完成教学任务，一个重要因素就是发现以前未曾认识的各个基本观念间的关系和相似规律性，因而在设计教学时必须采取恰当教学方式去引导学生发现知识之间的联系和相似的规律性，以体现教师主导地位。但是无论教师采取何种教学方法和何种教学手段，都必须遵守启发性原则。而掌握进行启发的前提和启发的方法是设计的重要课题。

3.1相似性是采用启发式教学的前提

相似论认为教师采用启发性原则的前提是人们在学习和实践活动中积累起来的并贮存在大脑中的知识单元。这个知识单元又被称为相似块。只有当思维被启发、原有相似块被激活的条件下，人们才能根据原有相似块去对照、分析、比较、鉴别那些纷繁的知识内容属性，才能理解、掌握以至于发现、发明与创造。

3.2相似性是运用启发式教学的方法

启发在于启迪思维、启迪心智。至于如何启发，布鲁纳认为：“教师应当明确地教学生‘当你不能看出如何解题时，不妨想想同该问题相似的有联系的，但较为简单的问题，然后用解决简单问题的方法作为解决较为复杂问题的计划或者引导学生学到这样一种技术而不是让他们自己实际上背出那番话。”

可见，发现同该问题有联系的相似块并激活它们是运用启发的方法，而相似性在此有相当重要的作用。

如在自由组合规律教学中，为什么黄圆和绿皱的F2代不仅出现了黄圆和绿皱豌豆，还出现了绿圆和黄皱豌豆?对于此问题学生一般无法回答。而在老师不断地引导下，贮存在学生大脑中的有关减数分裂、生殖发育、基因控制蛋白质合成、基因分离规律的相似块被激活，学生便通过分析同该问题相似的有联系的但较为简单的问题，然后比较综合这些较简单问题的解法，最后归纳得出结论：性状重组是基因重组的结果；基因重组是在减数分裂形成配子的过程中进行的，配子中的基因是重组的，配子经过受精作用形成了合子，则合子中的基因也必然是重组的；合子这个体发育起点，基因控制蛋白质合成，而性状的表现主要是通过蛋白质的代谢得以体现的，那么合子的基因是重组的，则该个体的性状也必然重组。显而易见，如此教学，效果是显著的。

综上所述，无论是在生物学基本概念形成、生物学知识内在联系的把握、还是在学生认知规律的发展以及教师应用各种教学方式中的启发性原则的体现中，都蕴含着大量的相似性，因此我们完全可以认为，了解并掌握教学过程设计中的相似性才能有效地完成生物教学的设计并达到优化生物教学的目的。