生物学教学中引入概念图策略的实验研究

生物学教学中引入概念图策略的实验研究徐洪林（成都市树德中学四川成都610031）刘恩山（北京师范大学生命科学学院北京100875）《生物学通报》2003.3摘要：在一些国家，概念图作为有意义学习的一种有效策略已广泛研究和应用。以高中学生为研究对象，以概念图作为教与学的策略，研究了在生物学教学中使用概念图策略对于提高高中学生生物学学业成绩的效果。关键词：概念图有意义学习生物学教学1前言概念图（Conceptionmaps）是由节点和连线组成的一系列概念的结构化表征。概念图中的节点表示某一命题或领域内的各概念；连线则表示节点概念间的内在逻辑关系。概念图的研究缘起于Novak等人的A-T课研究。他们发现一些低年级的儿童已经可以根据其对某一问题的理解，能独立地画出概念图了。随着研究的深入，人们发现，教师运用概念图进行教学，能更好地组织和呈现教学内容（Barenholz和Tamir，1992[1]），能更有效地监控自己的教学过程和自身概念的发展（Beyerbach，1988[2]），在教学中更为强调概念和原理的重要作用（Novak等），从而提高教学效果（Bernard，1992[3]；Wafaie，1997[4]）；学习者运用概念图进行学习，能促使学习者进行有意义学习，能更好地组织自己所学的概念，能较好地感知和理解概念在知识体系中的位置和意义，有效地降低自己的焦虑水平（Novak，1991），从而提高学习效果（Arnaudinetal。[5]；Roth，1994[6]等）。上述研究多数在西方国家中进行。多数样本来自大学生，至今还未见以中国内地学生为样本的该类实验研究。本研究是以我国高二年级学生为样本，研究了生物学教与学中使用概念图策略的效果及使用概念图的性别差异。2方法2。1实验设计以画概念图为自变量，以生物学学业成绩为操作变量，即实验班教师运用概念图策略进行教学，学生以画概念图为学习策略；控制班的教师和学生则以传统方法为教与学的策略。用学生的生物学学业成绩进行实验后测。在实验中尽量控制无关变量对实验的干扰。2。2抽样从阳安中学高二学生中，采用随机抽样的方式，确定了1个实验班（56人）和1个控制班（64人），总人数为120人，其中男生99名，女生51名。平均年龄16。8岁，最大年龄为20岁，最小年龄15岁。2。3实验操作实验班运用概念图策略进行教与学。其方法是：1）学生预习课文，找出新概念。2）教师以概念图技术组织教学材料和课堂教学，重点分析新旧概念间的各种关系。3）学生联想并写下联想到的概念，分析各概念间的关系。4）构建某一命题的概念图：1学生将概念写于一张张小纸片上。2根据纸片上概念间的关系确定各纸片摆放的位置。3将步骤2中概念间的位置关系复制到一张纸上。4用线段或箭头连接各概念。5逐一分析线段两端概念间的关系，并用适当的词标注于线段或箭头上。6教师引导学生分析概念图并做评价。按上述步骤，学生进行有意义学习。图1是1位学生在学完矿质代谢后将各节所绘概念图进行整理所得的关于“矿质代谢”这一命题的概念图。新陈代谢一章学完后对学生进行了后测。后测采用“生物学学业成就”测试。该测试题按Okebukde等（1988）所编制的生物学成就测试题的思想、格式进行设计。以新陈代谢为内容，按Bloom目标分类中“理解”以上层次编制，经3位资深生物学教师修改、缩减成50小题。在整个实验中，我们采取了很多措施来控制无关变量。如后测及评卷均由不知情的教师完成。我们的假设是：1实验班的生物学学业成绩优于控制班。2在使用概念技术上，男性优于女性。3结果及讨论1）生物学成就测试结果表明，使用概念图策略的实验班的生物学学业成绩明显优于控制班。“新陈代谢”学完后，教师运用概念图策略对整章内容进行了复习，对实验班和控制班同时施以“生物学成就测试题”进行测验。其结果见表1。期中考试、期末考试分别由学校和市统一组织，结果如表2和表3。表1、2、3结果的一致性说明，运用概念图策略的实验班的生物学学业成绩确实优于控制班，并具显著差异，这一结果与多数西方研究者的结果一致（Roychoudhury，1992；Wafaie，1997），同时也说明本研究使用的生物学成就测试题具有较高的效度。1生物学教与学中采用概念图策略能真正实现有意义学习。众所周知，一旦事物的性质、事件或过程人为地加以标识而形成的信息被按一定顺序组织起来就形成了概念。很显然，概念不是孤立的，也不能被单独表征，一概念的含义必须由其他概念来决定或标识，这样便形成一个概念系列，从而组成命题。让学生用概念图策略来探究和标识概念间的逻辑关系，从而完成概念的有意义建构。如果在某一命题中，学习者已有一些基本概念，在学习该命题中的其他概念时，通过画概念图就能在学习者自己的认知结构中构建起新旧概念间的实质性联系。2实现长时记忆，回忆更容易。通过画概念图，学习者就会将某一命题中各概念，在其头脑中建构成如图所示的一张假想认知结构图（图2）。图中节点1、2、3……12为命题中的各概念；节点间的连线表示各概念间的逻辑关系。如果要习得的新概念为12，学习者通过画概念图，将其整合到已有认知结构中的适当位置（如图中位置），它便与节点概念11、8、4、6产生有意义联系。它可通过这些概念与该命题中的其他概念发生间接的意义联系。概念12就稳固在该学习者的认知结构中了，当要提取该概念时，学习者可进行联想，提取该概念的直接途径就有11、8、4、6，间接途径就更多了。显然这使信息的提取变得很容易。除上述两点外，很多研究者还认为概念图是一种非常理想的元认知工具。画概念图过程中，学习者会不断反思自己的学习和认知过程。同时，概念图对教师的教学也会产生重要的影响，它使教师呈现知识的方式、教学材料的组织更为科学合理、更为有条理。综上所述，概念图策略可提高教师的教学效益，学生的学习效益，促进师生互动，能展示学生的主体性，提高生物学教育教学的效果。2）使用概念图策略没有性别差异。对“生物学成就测试成绩”以性别为变量做了统计分析，结果如表4。从表中可以看出，使用概念图策略没有表现出性别差异。上述实验结果表明，在对使用概念图策略的实验班学生的生物学成就测试成绩进行t-检验（t（df，54）=0。2056；P0。05）发现，在性别上没有出现显著差异。这与国外的很多研究结果都不一致。国外的研究结果，多数显示有性别差异（如Bodulus，1986等）。分析认为，这很可能与被试国家生物学课程的要求和教材内容有关。相关的研究也指出，使用概念图策略也能在很大程度上改变女性对待科学的态度。Jegede（1990）的研究也发现，使用概念图策略明显地减轻了女性在学习科学过程中的焦虑水平。这些结果都显示，概念图策略是能对女性学习科学课程有积极作用。从实验结果来看，女性的平均成绩还略高于男性。这可能是女性的生理特点及我国教材的内容、考试评价方法、目标等与国外的显著不同所造成的。这一结果是初步的，概念图在我国的研究还需进一步的深入。需要探索和研究的问题还很多，如1）使用概念图会改变被试者的认知方式吗?2）运用概念图能促进学习者替代性概念的转变吗?3）使用概念图能促进学生良好认知结构的形成吗?4）影响概念图作为教与学策略的因素有哪些?这些问题有待于进一步探索。