基于中考生物學試題的學生認知困難分析與教學建議

伯海英

(福建省廈門市教育科學研究院 廈門 361004)

1 認知訪談是學情分析的新視角

針對學生的認知訪談，是通過針對學生理解問題、提取信息、判斷決策等一系列任務應答過程進行提問，深度分析學生生成答案的認知過程，尋找改進教與學的突破口；同時還可用于判斷測試內(nèi)容是否引發(fā)學生預期的認知活動等，為教師理解學生的學習、準確分析學情提供新的視角和方法[1]。

對認知訪談的結(jié)果分析需要認知加工模型的支持，常用的是Baxter等人提出的學科問題解決認知加工模型。該模型認為，學生學業(yè)成就既取決于個體的認知功能，如問題表征、策略運用、對問題解決過程和結(jié)果的自我監(jiān)控、對解題過程的解釋等，也取決于學生學科知識或技能的結(jié)構(gòu)化程度[2]。

2 基于中考試題的學困生認知困難分析

2.1 中考生物學試題考查目標及解題思路舉例 2018年福建省生物學中考試題力求通過新情境試題，從獲取信息、基于證據(jù)的推理和論證、觀點表達等方面導向初中教學關注科學思維的發(fā)展。學生答題情況低于預期，答題失誤較集中的四道試題分析如下。

例1(第22題) 右圖是反射弧五個組成部分關

系示意圖，下列反射與其反射弧組成部分對應關系正確的是。

反射反射弧的組成部分A手被針刺立刻縮回① 是手臂肌肉B司機看到紅燈剎車② 是視神經(jīng)C談虎色變③ 位于脊髓D膝跳反射④ 是膝蓋下方韌帶

本題選擇三種生活常見反射現(xiàn)象和一項課堂探究活動為背景，考查知識點是“反射弧的結(jié)構(gòu)”；其認知過程維度考查目標是“理解(比較/推斷)”；學科能力考查目標是“復雜推理”，即要求學生基于多項信息和相關概念，推測生物學現(xiàn)象發(fā)生的過程和機理[3]，學生應先分析反射弧的概念模型圖，從神經(jīng)沖動在反射弧中的傳導方向判斷①至⑤分別對應反射弧的結(jié)構(gòu)，分析四種反射的反射弧組成部分，確定反射與其反射弧組成部分的正確對應關系。

例2(第25題) 為研究溫度對某植物光合作用和呼吸作用的影響，研究小組設置6個不同溫度，在密閉環(huán)境中進行實驗。先持續(xù)光照12 h后，測得光照下密閉環(huán)境中二氧化碳(CO2)的減少量；然后黑喑處理12 h后，測得黑暗時密閉環(huán)境中CO2的增加量，實驗結(jié)果如下表。下列對實驗的分析，正確的是。

溫度設置5℃10℃15℃20℃25℃30℃光照12h CO2的減少量(mg)122130394542黑暗12h CO2的增加量(mg)6912182736

A.光照12 h后，25℃組植物光合作用共消耗45 mg CO2

B.光照12 h后，30℃組植物積累有機物最多

C. 24 h后，10℃組密閉環(huán)境中CO2減少30 mg

D. 24 h后，20℃組植物積累有機物最多

本題考查學生對光合作用、呼吸作用原料、產(chǎn)物、條件等綜合理解?！肮庹諘r，植物不僅進行光合作用，同時也進行呼吸作用”是解題的關鍵點，本題認知過程維度考查目標是“分析(區(qū)別)”“理解(推斷)”；學科能力考查目標是“復雜推理”。

例3[第31(4)題] ……資料2 疫苗對預防傳染病有重要作用。……需要專門研制埃博拉疫苗來抵抗埃博拉病毒，而不能接種乙肝疫苗來預防該病，原因是。

本題要求學生利用特異性免疫的概念來解釋實際問題，認知過程維度考查目標是“理解(說明)”，學科能力考查目標是“科學解釋”。其關鍵設問是“原因”，即回答“為什么”而非“是什么”，要求學生結(jié)合具體情境分析“抗原抗體結(jié)合具有特異性”。

例4[第34(4)題] ……興趣小組研究不同濃度食醋對泡白菜中亞硝酸鹽含量的影響……從泡菜制作第1 d開始，每天測定其亞硝酸鹽含量，測定10 d，結(jié)果如下。(4)分析比較四條曲線亞硝酸鹽含量的最大值，不同濃度食醋對泡白菜亞硝酸鹽含量的影響是。

課程標準要求學生理解“科學探究需要利用多種方式呈現(xiàn)證據(jù)、數(shù)據(jù)，如采用文字、圖表等方式來表述結(jié)果”，該題認知過程維度考查目標是“理解(推斷)”，學科能力考查目標是“簡單推理”。根據(jù)題意，學生應該聚焦“硝酸鹽含量的最大值”，分析曲線所反映的不同濃度食醋對泡白菜亞硝酸鹽含量影響的特點，要求作答兩方面： 其一，食醋能抑制泡白菜亞硝酸鹽的產(chǎn)生；其二，三組食醋濃度中，0.6%的抑制作用最佳，濃度過高或過低，抑制作用均下降。

2.2 學困生認知困難及原因分析 選擇上述試題作答錯誤的學困生進行認知訪談，并根據(jù)認知過程模型對訪談信息進行歸類編碼。以對L學生的認知困難分析為例(表1)。

表1 L學生認知困難舉例分析

分析L學生的訪談信息可知，該生解決問題的路徑無序、跳躍，有時“想當然”。認知困難主要包括： ①問題表征困難(例1)；②策略運用處于低水平，難以基于問題選擇合適解題策略(例2)；③概念混淆(例3)；④解決問題過程缺乏“自我監(jiān)控”；⑤不能完整解釋解決問題的原理和方法(例4)。

進一步分析多位學困生的訪談信息，根據(jù)加涅的學習結(jié)果分類理論，歸納他們認知困難發(fā)生的主要原因(表2)。

相對而言，學生的認知困難中，言語信息維度<智慧技能維度<認知策略維度，不同學生在三個維度的認知困難存在差異。

表2 學困生認知困難主要原因

3 基于學生認知困難的教學改進建議

3.1 正確認識學生認知困難的教學成因 教師常常把測試成績不理想歸因于“生源差”，認為學生思維發(fā)展水平、學習習慣差等智力或非智力因素導致其認知困難；其次歸因于學習內(nèi)容本身不易被理解。學生訪談表明，課堂教學不當是導致學生認知困難的重要外因。因此，針對學生的認知困難，教師應正確歸因，先追溯該困難是否與教學不當有關。

3.2 以高階認知需求驅(qū)動學習過程 訪談所暴露的學生對概念理解模糊、機械、無法遷移應用的問題，也和教學有密切關系。不少初中生物學教師習慣于從陳述性知識開始課堂教學，且課堂的大部分時間用于陳述科學事實，有些教學雖然設置了情境和問題，但教師急于給出結(jié)論，跨越學生的思考過程，留給學生建構(gòu)知識框架、解決問題的時空很少。

實際上，初中大部分生物學概念的學習可以從需要解決的真實問題入手，以高階認知需求驅(qū)動學習過程，學生在解決問題過程中主動學習相關科學事實。例如，從解決“心臟如何推動血液在血管中沿一個方向不停流動？”出發(fā)，將心臟結(jié)構(gòu)的學習置于血液循環(huán)的整體框架中，促進學生主動探究，科學思維和概念建構(gòu)相伴隨，并進一步理解結(jié)構(gòu)功能觀、系統(tǒng)觀等生命觀念。

3.3 重視認知策略示范與應用指導 訪談中，有些學生問題表征正確，也能正確關聯(lián)概念，但缺乏解決問題的策略，無從解決問題。認知策略的示范和指導應結(jié)合實例，并將示范和應用相結(jié)合。

第一，堅持應用信息獲取和加工策略。獲取信息，并進行有效加工和整理，建構(gòu)利于知識存儲的框架，這是學生可持續(xù)進步的重要基礎。教師應重視在日常教學中示范復述、組織、精加工等策略，并使之應用常態(tài)化。

第二，重視示范解決復雜問題的步驟，這對學困生尤其重要。例如，審題應先找到題干中關鍵詞、限制條件和隱性條件，分析已知條件與問題的因果關系。上例2學生應先明確“光照下”(限制條件)、“CO2減少”是光合作用和呼吸作用的共同結(jié)果(隱性條件)，表格數(shù)據(jù)所代表的意義(因果關系)。

第三，采用優(yōu)生講題的方法，分享優(yōu)生解決問題的認知路徑。上例1某優(yōu)生的認知路徑是“問題表征→策略運用→自我監(jiān)控→解釋”，具體過程是： 復述設問，確定考查點；標注符號①～⑤的意義；對照符號意義逐選項判斷，排除錯誤；確定判斷是否正確；總結(jié)所選項正確理由。該生合理清晰的認知路徑對其他學生有很好的示范作用。

總之，借助認知訪談及其分析，有利于教師正視學困生認知困難的成因，打破習以為常的低效做法，針對性改進教學；有利于學生反思解決問題的過程，積累策略性知識，提升解決問題的能力。