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生物教学中程序性知识的获得与变式练习设计
现代信息加工心理学认为广义的知识可以分为两大类：一类为陈述性知识（declarative knowledge），另一类为程序性知识（procedural knowledge）。前一类知识用于回答“是什么”的问题，如细胞的亚显微结构怎样？生物的遗传物质是什么？后一类知识用于回答“怎么办”的问题，如利用转基因技术设计一方案解决水稻病虫害防治问题？如何培育无籽西瓜？这两类知识也就是人们常说的“知”与“会”。只有先让学生“知”，然后才能使学生 “会”，即先知后会。可见程序性知识的学习首先经历陈述性知识阶段，然后才过渡到实际办事、调控阶段，亦即程序性知识阶段。
中学生物学科的教学内容可以概括为三部分：第一部分是有关细胞的知识，包括细胞的成分、结构和分裂；第二部分是有关生物个体的知识，包括代谢、调节、生殖和发育、遗传和变异；第三部分中有关生物界的知识，包括生命的起源、生物的进化、生物与环境的关系。在生物教学中，我们不仅要使学生知道生物细胞、个体和群体的形态、结构、分类和分布等知识，更要使学生会运用这些知识去解释日常生活、社会发展中的生物现象，设计解决与生物学有关问题的有效方案。要将贮存于学生头脑中的生物学原理、法则转化为学生的技能，实现知识由静态向动态的转化，由贮存向使用的转化，由接受向创新的转化。掌握基本法则并进而创造性地解决问题，这可以说是生物教学的宗旨与目的，然而在教学中，经常发现学生虽然会背诵某一概念（如新陈代谢概念），熟记某一法则（如遗传的中心法则），但当要求用这些概念、法则解决实际问题时，他们熟记于心的知识却不能发挥作用。导致这一现象的原因是由于学生对知识的掌握停留在陈述性知识阶段，没有能够实现从陈述性知识向程序性知识的过渡（当然不是所有的陈述性知识都要转化为程序性知识），即没有掌握相关程序性知识。知识只是外在于学生的对象性的存在而没有内化为学生的素质，学生没有能够掌握知识而是被知识支配着。学生没有真正获得知识的意义，这样的学习只是一种机械学习。
程序性知识的核心成分是概念和规则的运用。其学习一般可以分为三个阶段。第一阶段是陈述性知识的获得，即学生能用语言陈述出概念和规则。比如知道基因的概念，掌握遗传的中心法则。但知道或能陈述这些概念、规则，与应用这些概念、规则支配自己的行为并不是一回事，这一阶段学生的技能尚未形成。第二阶段是通过应用性的变式练习，使规则的陈述性形式向程序性形式转化。就刚才的一例来说可通过“某基因由9002个脱氧核苷酸组成，该基因控制合成的蛋白质有两条多肽链。组成此蛋白质最多的氨基酸分子数目和最少的氨基数分别是多少？”这样的练习题强化基因的概念和遗传的中心法则的掌握，并进而解释生物发生遗传的机理。此时相应的规则已经开始支配学生的行为，达到应用水平，规则开始向办事的技能转化，这是程序性知识学习的关键阶段。第三阶段是程序性知识使用的熟练化阶段，这是程序性知识学习的最高阶段。规则完全支配人的行为，技能达到相对自动化。如掌握了遗传的中心法则，就能根据其原理利用转基因技术设计一方案解决水稻病虫害防治难题，这一阶段仍是通过变式练习达成
的。可见，在程序性知识学习的过程中，变式练习是技能获得并得以熟练和提高的关键手段。
变式指概念或规则的“正例的变化”。通过提供变化的正例，让学生练习，从而掌握程序性知识。当然不是所有的练习都能有效地促进程序性知识的获得，变式练习的设计需注意以下问题。
1、变式练习的相似性
指在相似情境下练习。教师在课堂上通过一个例子呈现某一程序性知识，学生了解了这个例子不等于学生掌握了技能，教师需提供相似情境的变式供学生练习。如在教学中讲授了光合作用的光反应和暗反应的过程，就可立即通过下列变式练习强化这一程序性知识：1、下列变化属于光合作用暗反应阶段的有：①氧分子的释放②［H］的产生③CO2的固定④产生ATP⑤ATP中能量的释放（ ）A. ①② B. ③④ C. ②④ D. ③⑤；2、光合作用过程中，能量流动的大致过程是（ ）A.叶绿素→ADP→CO2→碳水化合物 B.光→ATP→叶绿素→碳水化合物C. 光→叶绿素→CO2→碳水化合物D. 光→叶绿素→ATP→碳水化合物。通过一系列彼此联系的练习，帮助学生完成知识的转化。
2、变式练习的变化性
让学生练习不能只是让学生做简单地重复，教师还需提供变化的情境，让学生在不同的情境中练习，（孔子说“举一反三”，实际就是指在变化的情境中解决问题的能力。）只有在变化的情境中练习，才能提高学生运用技能的自主性、灵活性、创造性。如光合作用过程知识在上述练习的基础上可再作如下变式练习：将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处，则细胞内C3与葡萄糖的生成量的变化是（ ）A. C3增加，葡萄糖减少 B. C3与葡萄糖都减少 C. C3与葡萄糖都增加 D. C3突然减少，葡萄糖突然增加。这样可让学生在新的不同的情境中运用光合作用过程的知识，有利于提高学生学习的迁移能力，真正做到教会学生学习。
培养学生的创造性是时代对教育的一个急迫要求。而变式练习情境的变化性对于培养学生的创造性也有显著的作用。在变式练习的解决问题的过程中，可激发学生的创新意识，培养学生的创新能力。如光合作用还可再设计成这样的变式训练：大棚种植蔬菜实践中，可采取怎样的措施促进光合作用以提高产量？
3、变式练习的连续性
学生能够运用程序性知识解决问题说明学生已经掌握了程序性知识，心理学研究表明，能否成为某一领域的专家，成为解决问题的高手，其程序性知识的掌握是否已达到高度熟练的程度是一个重要的影响因素。要想让学生熟练地掌握程序性知识并达到自动化程度，必须经过一定量的练习才行，所以教师在教学中要适当多选编一些变式习题给以练习。
4、辅以适当的反例：程序性知识的学习还要求学生能分辨该知识的适用情境和不适用情境，提高学生的认知反省水平，从而提高学生解决问题的能力。所以教师提供一些不能用该规则解释或操作的例子，即反例，才能帮助学生分辨该程序性知识的适用范围，使学生对程序性知识的掌握更加巩固，使学生做到处变不惊，游刃有余。就上述光合作用的程序性知识可再变式为：能否通过检查下列物质量的增加检查植物光合作用速度（ ）A、光合作用产生的水的量；B、植物叶绿素含量；C、植物体内葡萄糖的氧化量。如不能，则请提供一个好的有效
的方法。以三个反例的分辨引导学生得出检查CO2的耗用量才是检查光合作用速度的最好而有效的方法。
总之，程序性知识的缺失会导致学生知而不能、懂而不会，学生普遍的低创造性与此亦不无关系。显然，程序性知识的教学是培养学生自主性、创造性的重要途径，是落实素质教育的重要环节，而在中学生物教学中应当重视变式训练的设计，以提高程序性知识的教学效益。
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