两种知识表征方式教学效果的比较研究——以“蛋白质的结构及其多样性”为例

郑云桓 胡桂平

(江西师范大学生命科学学院 南昌 330022)

1 知识表征方式

生物学教学中常用的知识表征方式有文字表征、图示表征、多媒体表征、模型表征、实验表征等多种类型。现代认知心理学的研究表明，人类知识获得的过程并不是对外部物化知识的简单复制，而是要经过内部的深度加工，才能有意义地建构自己的认知结构。实际上，教师选择的知识表征方式对学生的内部加工过程影响巨大。但是生物学教学中相关的实证研究甚少。笔者以人教版高中生物学教材必修一“生命活动的承担者——蛋白质”一节为例，采取多媒体表征和模型表征两种不同方式进行了教学实践研究。

2 两种知识表征方式的比较研究

2.1 教学内容分析 课程标准对本节内容的要求是： 概述(理解水平)蛋白质的结构和功能以及蛋白质多样性的原因。由于高一学生缺乏氨基酸等有机物的基础知识，而蛋白质的结构微观、复杂、抽象，因此学生对蛋白质结构和功能多样性的认知存在困难。

2.2 两种知识表征方式 多媒体和模型是生物学教学中常用的知识表征方式。

2.2.1 多媒体表征 多媒体是把多种媒介利用起来，形成集文字、声音、图像和动画等于一体的信息表征方式[1]。其优势在于使知识的表达从简单抽象、走向模拟仿真，给学习提供类似真实的情景，同时对多种感官进行刺激，大大弥补了文字表达形式的不足。生物学中存在许多微观、抽象及动态变化的知识内容，而借助于多媒体表征，可以将微观变宏观、化抽象为具体，形成丰富的直观认识，减轻学生的认知负荷，化解学生的认知困难。

2.2.2 模型表征 模型的形式有多种，包括物理模型、概念模型、数学模型等。模型表征中的模型一般是指的物理模型，通过实物或图画形式直观地表达对象的特征。

生物学中包含着大量微观抽象的知识，可以利用物理模型组织教学，变抽象为具体，化不可见为可见，有利于学生直观地认识物质的空间结构。例如，利用有色导线这一随处可见、成本低廉的道具，制作蛋白质结构模型、细胞周期各时期染色体结构模型以及晶状体曲度调节原理模型，将微观抽象的生物学知识通过一根导线所制作的实物模型呈现在学生面前，化解了学生的认知困难，操作过程又简易可行[2]。另外，也可以让学生主动参与制作生物模型，在做中学，使学生获得丰富的实践经验，动手能力和创新能力也得到了培养。

2.3 两种知识表征方式的教学实践 选取某中学高一年级两个平行班(按中考成绩平均分班，基础相同)进行教学实践。

2.3.1 教学实验设计 除去关于“蛋白质的结构及其多样性”这一内容的讲授方式不同，其他部分内容的讲授方式在两个平行班完全一致，使用多媒体动画方式讲授蛋白质的结构及其多样性的班级称为“多媒体表征组”，而以建构模型来理解蛋白质结构和多样性的班级称为“模型表征组”，具体教学操作过程如表1所示。

2.3.2 教学实验结果 本节课教学结束后，围绕教学内容，编制了测试卷(总分50分)进行教学效果的检测。测试结果表明，“蛋白质的结构”“蛋白质多样性的原因”“有关蛋白质的计算”三个部分模型表征组的平均均高于多媒体表征组，多媒体表征组的测试总平均分是39． 93 分，模型表征组的测试总平均分是42． 05 分。统计学分析发现，两组成绩存在显著性差异( P = 0． 039 ＜ 0．05)，模型表征组的成绩要好于多媒体表征组。

3 结果分析

以上结果表明模型表征组在“蛋白质多样性的原因”这一部分表现出的优势明显，更加有利于学生对于该部分内容的理解和掌握。从课堂观察角度来看，模型表征组课堂气氛较为活跃。当学生得知要建构模型即表现出极大的兴趣，认真听取建构模型的规则。在建构模型过程中，学生像在做游戏一样全身心投入其中，认真选取氨基酸依次填入至纸条上，时不时与同伴进行小声的讨论。纸条“蛋白质”建构完成后，在教师的引导下学生之间互相交换模型，并积极地进行讨论，寻找模型之间的不同之处。教师引导总结时，学生认真听讲，思维活跃，课堂氛围轻松愉悦。而多媒体表征组的课堂气氛相较于模型表征组较为平淡，且在动画演示结束之后，学生间缺乏交流和讨论。积极的学习氛围与广泛的参与，这是模型表征组在最终的测试中表现得更好的重要原因。因此教师要重视直观教学，让学生充分利用身体感知或探究生物学相关概念的教学内容[3]，提高教学的有效性。

当然多媒体表征所具有的优势也是毋庸置疑的，即多媒体善于展示动态变化的过程，如减数分裂的过程、DNA的复制的过程、基因指导蛋白质的合成的过程等。而模型表征则更适用于噬菌体模型、DNA分子模型、流动镶嵌模型等静态模型的教学。需要注意的是，建构模型需要耗费较多的时间且课堂气氛容易过于活跃，教师在实际教学过程中应该要注意对教学进程的把握和课堂秩序的管理。