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奥苏伯尔(D.P.Ausubel)认为：有意义学习是通过新知识与学生认知结构中已有的有关观念的相互作用才得以发生的。这种相互作用的结果，导致了新旧知识有意义的同化。也就是说，学生已有的认识结构对有意义学习起着重要作用。因此，引导学生建立一个良好的生物学认知结构，对于学习和运用生物学知识具有十分重要的意义。
一、认知结构的缺陷是导致学习困难的主要原因
在生物学教学中，学生往往因生物学内容琐碎、难于记忆而不感兴趣，缺乏学习信心。究其原因，很大程度上是由于学生没有科学地构建认知结构，或者说我们的教师忽视了对学生头脑中认知结构的研究。生物学认知结构是学生头脑中生物学知识的全部内容及其组织。学生认知结构的缺陷主要表现在以下三方面：
1 缺乏可利用性
学生的生物学知识、信息储备量不大，缺少用来同化新知的适当观念。
2 可辨别性差
对知识死记硬背、机械理解，导致学生的知识组织结构不完整或紊乱无序。学生在学习新知识时不能够迅速找到知识的附着点，新知识的学习内容往往因不能清楚分辨而被原有知识干扰或取代。
3 稳定性低
原有的知识并没有牢固掌握，不但不会产生知识的正迁移，反而可能会出现负迁移。
二、引发认知冲突，优化认知结构
所谓认知冲突，就是学生原有的知识经验与新的学习内容之间的矛盾冲突。在生物学教学中，教师可利用外界的人为因素，激发学生的认知矛盾，引起学生的有意注意，调动学生的认知内驱力，来促进学生积极、高效地优化生物学认知结构。
1 利用教学中新、旧知识衔接点引发认知冲突
例如在学习《人类遗传病》时，教师可以设置冲突：“前面我们学习的色盲、血友病、白化病等遗传病是一出生就表现出来了的，但原发性高血压多数病人在出生时和年轻时候血压是正常的，只有到一定年龄才表现出高血压现象，怎么会是遗传病呢?是不是课本搞错了?”由此学生产生了认知冲突。之后教师再引导学生分析遗传病和先天性疾病的概念区别，学生总结出：遗传病是指由于遗传物质发生改变而引起的疾病，有些遗传病(如原发性高血压、蚕豆病等)必须到一定年龄后或受到某种因素的诱发才表现出来。先天性疾病一般是指婴儿出生时就已经表现出来的疾病，这种疾病不一定是由于遗传物质发生改变而引起的，有可能是在胚胎发育过程中因某些环境因素造成的。二者关系可以用下图表示。
经过这样的认知冲突的过程，学生的生物学认知结构就会发生变化，生物学知识容量会变大，知识的组织程度、有序化程度会更高。
2 利用生物学规律的适用条件引发认知冲突
在高中生物学学习中，由于学生对于公式、定律没有一个完整的认识，不了解它们的内涵和外延。没有掌握它们的适用条件，所以在应用过程中，常常会出现一些含糊和错误。教师可以利用学生在认识上的这些含糊点来设置认知冲突，使学生澄清认识，理清思路。
例如，在学习《调查人的遗传病》时，可以出示这样一个题目：人的耳垢有油性和干性两种，是受单基因(A、a)控制的。有人对某一社区的家庭进行了调查，结果如下表：(单位：个)
从组合一的数据看，子代性状没有呈典型的孟德尔分离比(3:1)，请问原因是什么?
这个数据与学生平时对分离定律的理解不一致，造成学生认知冲突。教师指导学生分析分离定律和本题研究范围的不同。学生将得出结论：只有Aa×Aa的后代才会出现3:1的性状分离比；因为调查是在整个社区人群中进行，第一组的双亲基因型可能为AA或Aa，从而导致了子代性状没有呈典型的孟德尔分离比的情况。
在教学中用此类题引发认知冲突，给学生留下强烈的冲突印象，使公式、定律的适用条件得到强化，有序化程度得到增强，重组了学生的认知结构，学生的生物学认知结构得到了优化。
3 利用生物学中的“例外”引发认知冲突
生物学存在着许多典型性和例外性现象，学生对典型性现象比较容易理解，而对例外性现象却似懂非懂。在教学中如果能够充分利用这些“例外”，将有利于解决学生的认知矛盾，完善学生的知识结构。
例如：光合作用一般是在叶绿体中进行的，有氧呼吸主要在线粒体中进行。一些学生往往据此得出结论：“进行光合作用的细胞都有叶绿体，进行有氧呼吸的细胞都有线粒体。”为了帮助这些学生纠正错误，教师可以问他们：“蓝藻和硝化细菌都是原核生物，除了核糖体以外没有其他的细胞器，那么，蓝藻怎样获取有机物?硝化细菌怎样获取能量呢?”这些学生一时失语。为帮助学生解决这个“认知失衡”，教师引导学生分析，为什么叶绿体内能够进行光合作用?为什么线粒体是进行有氧呼吸的主要场所?在学生回答正确的基础上，继续提问：蓝藻和硝化细菌内有没有这些必要条件呢?一步一步，学生总结出：蓝藻能够进行光合作用是因为细胞内有相应的色素和酶，硝化细菌能够进行有氧呼吸是因为细胞内有相应的酶，是不是有相应的细胞器并不是决定性的。
通过这样的过程，教师引导学生转换、扩展、建立、改变、重建认知结构。同时学生也初步了解了生物学知识中一般性和特殊性之间的关系，为学生今后解决同类问题，促使学生知识迁移能力的提高奠定了基础。
4 利用差异性生物学实验引发认知冲突
“差异性实验”是指实验现象与结果跟学习者的常规认识有冲突、有矛盾的实验。差异性实验对于学生有着浓厚的趣味性，对知识有着证伪性，可以强烈地引发认知冲突，优化生物学认知结构。
在学习《细胞中的无机物》时，教师把晒干的大米种子放在试管中用酒精灯烘烤。依照生活常识，大米应该越烘烤越干燥。然而实验结果与学生预料的相反，烘烤一段时间后大米表面变得湿润，甚至试管壁上也出现小水珠。大米怎么越烤越湿了呢?这一出乎预料的效应马上会引起学生极大的探知欲望，教师顺势引入自由水和结合水的概念，取得了良好的教学效果。
差异性实验制造了一种教学上的悬念，引发了学生的认知冲突，强化了学生的智力紧张，调动了他们的认知内驱力，促使他们去寻根究底，进一步深入学习。
5 利用学生的思维定势、思维障碍引发认知冲突
学生对生物学的某一章节的学习并不存在困难，而一旦进入综合测试，学生的思维便会出现定势、障碍。实际上，这些定势、障碍正是由于“线性头脑”造成的。这种线性头脑思维形式，让学生总是局限于原有的知识框架之中，对生物学概念、规律作孤立的理解，一旦遇到综合性的生物学问题，便造成了思维流程的中断。
例如：叶绿体产生的1个葡萄糖分子进入相邻细胞中被彻底氧化分解，这一过程中葡萄糖分子至少需要穿过几层膜?A.3，B.4，C.5，D.6。很多同学错选D。他们忽略了是丙酮酸进入线粒体而葡萄糖不能直接进入线粒体这个知识点，其实葡萄糖的行程路线为：2层膜的叶绿体→1层细胞膜→1层相邻细胞膜，共计4层膜。故正确答案为B。
帮助学生超越线性头脑，教师要多引发认知冲突，强调知识间结构的联系，让学生多接触非线性信息，在抽出知识主线的基础上，多帮学生分析知识的内在联系，归纳演绎主要知识，形成网络，并把主要知识纵横渗透，从而形成生物学知识的立体模式。只有这样，才能有利于形成“非线性头脑”，优化生物学认知结构。
6 利用生物学史引发认知冲突
科学史生动地记述了科学家探索科学世界的道路，描述了科学发现的历史。通过科学史中趣味史实的叙述，可以从中引出问题，激起学生的认知冲突，进而促使学生去思考、去探索。例如，在讲述“光合作用”时，教师给学生讲述荷兰学者普里斯特利的盆栽柳树的实验：普里斯特利取来土壤60kg，置于木桶内，然后将2kg的柳枝插入土中，连续5年只给树苗浇灌雨水。5年后，树苗长大了，树重60kg，比原来增加了58kg，而桶中土的重量仍有59.943kg。也就是说，土壤仅减少了57g。问：柳树依靠什么增加自身的重量和体积?教师讲述的故事说明，植物长大了，而土壤几乎未减少。然而，生活经验却告诉学生，植物靠吸收土壤中的养料维持生命。这样，实验事实和日常经验产生了矛盾，形成了问题情境，引发了学生的认知冲突，激起学生对新学内容的浓厚兴趣和探究的欲望。
现代心理学研究表明，在课堂教学中设置认知冲突，造成认知结构的不平衡，促成原有知识结构的顺应，优化学生的生物学认知结构，可以大大提高学生的学习效率，使学生所学知识不容易遗忘，更容易形成学习能力。
(责任编辑 杨子)
一、认知结构的缺陷是导致学习困难的主要原因
在生物学教学中，学生往往因生物学内容琐碎、难于记忆而不感兴趣，缺乏学习信心。究其原因，很大程度上是由于学生没有科学地构建认知结构，或者说我们的教师忽视了对学生头脑中认知结构的研究。生物学认知结构是学生头脑中生物学知识的全部内容及其组织。学生认知结构的缺陷主要表现在以下三方面：
1 缺乏可利用性
学生的生物学知识、信息储备量不大，缺少用来同化新知的适当观念。
2 可辨别性差
对知识死记硬背、机械理解，导致学生的知识组织结构不完整或紊乱无序。学生在学习新知识时不能够迅速找到知识的附着点，新知识的学习内容往往因不能清楚分辨而被原有知识干扰或取代。
3 稳定性低
原有的知识并没有牢固掌握，不但不会产生知识的正迁移，反而可能会出现负迁移。
二、引发认知冲突，优化认知结构
所谓认知冲突，就是学生原有的知识经验与新的学习内容之间的矛盾冲突。在生物学教学中，教师可利用外界的人为因素，激发学生的认知矛盾，引起学生的有意注意，调动学生的认知内驱力，来促进学生积极、高效地优化生物学认知结构。
1 利用教学中新、旧知识衔接点引发认知冲突
例如在学习《人类遗传病》时，教师可以设置冲突：“前面我们学习的色盲、血友病、白化病等遗传病是一出生就表现出来了的，但原发性高血压多数病人在出生时和年轻时候血压是正常的，只有到一定年龄才表现出高血压现象，怎么会是遗传病呢?是不是课本搞错了?”由此学生产生了认知冲突。之后教师再引导学生分析遗传病和先天性疾病的概念区别，学生总结出：遗传病是指由于遗传物质发生改变而引起的疾病，有些遗传病(如原发性高血压、蚕豆病等)必须到一定年龄后或受到某种因素的诱发才表现出来。先天性疾病一般是指婴儿出生时就已经表现出来的疾病，这种疾病不一定是由于遗传物质发生改变而引起的，有可能是在胚胎发育过程中因某些环境因素造成的。二者关系可以用下图表示。
经过这样的认知冲突的过程，学生的生物学认知结构就会发生变化，生物学知识容量会变大，知识的组织程度、有序化程度会更高。
2 利用生物学规律的适用条件引发认知冲突
在高中生物学学习中，由于学生对于公式、定律没有一个完整的认识，不了解它们的内涵和外延。没有掌握它们的适用条件，所以在应用过程中，常常会出现一些含糊和错误。教师可以利用学生在认识上的这些含糊点来设置认知冲突，使学生澄清认识，理清思路。
例如，在学习《调查人的遗传病》时，可以出示这样一个题目：人的耳垢有油性和干性两种，是受单基因(A、a)控制的。有人对某一社区的家庭进行了调查，结果如下表：(单位：个)
从组合一的数据看，子代性状没有呈典型的孟德尔分离比(3:1)，请问原因是什么?
这个数据与学生平时对分离定律的理解不一致，造成学生认知冲突。教师指导学生分析分离定律和本题研究范围的不同。学生将得出结论：只有Aa×Aa的后代才会出现3:1的性状分离比；因为调查是在整个社区人群中进行，第一组的双亲基因型可能为AA或Aa，从而导致了子代性状没有呈典型的孟德尔分离比的情况。
在教学中用此类题引发认知冲突，给学生留下强烈的冲突印象，使公式、定律的适用条件得到强化，有序化程度得到增强，重组了学生的认知结构，学生的生物学认知结构得到了优化。
3 利用生物学中的“例外”引发认知冲突
生物学存在着许多典型性和例外性现象，学生对典型性现象比较容易理解，而对例外性现象却似懂非懂。在教学中如果能够充分利用这些“例外”，将有利于解决学生的认知矛盾，完善学生的知识结构。
例如：光合作用一般是在叶绿体中进行的，有氧呼吸主要在线粒体中进行。一些学生往往据此得出结论：“进行光合作用的细胞都有叶绿体，进行有氧呼吸的细胞都有线粒体。”为了帮助这些学生纠正错误，教师可以问他们：“蓝藻和硝化细菌都是原核生物，除了核糖体以外没有其他的细胞器，那么，蓝藻怎样获取有机物?硝化细菌怎样获取能量呢?”这些学生一时失语。为帮助学生解决这个“认知失衡”，教师引导学生分析，为什么叶绿体内能够进行光合作用?为什么线粒体是进行有氧呼吸的主要场所?在学生回答正确的基础上，继续提问：蓝藻和硝化细菌内有没有这些必要条件呢?一步一步，学生总结出：蓝藻能够进行光合作用是因为细胞内有相应的色素和酶，硝化细菌能够进行有氧呼吸是因为细胞内有相应的酶，是不是有相应的细胞器并不是决定性的。
通过这样的过程，教师引导学生转换、扩展、建立、改变、重建认知结构。同时学生也初步了解了生物学知识中一般性和特殊性之间的关系，为学生今后解决同类问题，促使学生知识迁移能力的提高奠定了基础。
4 利用差异性生物学实验引发认知冲突
“差异性实验”是指实验现象与结果跟学习者的常规认识有冲突、有矛盾的实验。差异性实验对于学生有着浓厚的趣味性，对知识有着证伪性，可以强烈地引发认知冲突，优化生物学认知结构。
在学习《细胞中的无机物》时，教师把晒干的大米种子放在试管中用酒精灯烘烤。依照生活常识，大米应该越烘烤越干燥。然而实验结果与学生预料的相反，烘烤一段时间后大米表面变得湿润，甚至试管壁上也出现小水珠。大米怎么越烤越湿了呢?这一出乎预料的效应马上会引起学生极大的探知欲望，教师顺势引入自由水和结合水的概念，取得了良好的教学效果。
差异性实验制造了一种教学上的悬念，引发了学生的认知冲突，强化了学生的智力紧张，调动了他们的认知内驱力，促使他们去寻根究底，进一步深入学习。
5 利用学生的思维定势、思维障碍引发认知冲突
学生对生物学的某一章节的学习并不存在困难，而一旦进入综合测试，学生的思维便会出现定势、障碍。实际上，这些定势、障碍正是由于“线性头脑”造成的。这种线性头脑思维形式，让学生总是局限于原有的知识框架之中，对生物学概念、规律作孤立的理解，一旦遇到综合性的生物学问题，便造成了思维流程的中断。
例如：叶绿体产生的1个葡萄糖分子进入相邻细胞中被彻底氧化分解，这一过程中葡萄糖分子至少需要穿过几层膜?A.3，B.4，C.5，D.6。很多同学错选D。他们忽略了是丙酮酸进入线粒体而葡萄糖不能直接进入线粒体这个知识点，其实葡萄糖的行程路线为：2层膜的叶绿体→1层细胞膜→1层相邻细胞膜，共计4层膜。故正确答案为B。
帮助学生超越线性头脑，教师要多引发认知冲突，强调知识间结构的联系，让学生多接触非线性信息，在抽出知识主线的基础上，多帮学生分析知识的内在联系，归纳演绎主要知识，形成网络，并把主要知识纵横渗透，从而形成生物学知识的立体模式。只有这样，才能有利于形成“非线性头脑”，优化生物学认知结构。
6 利用生物学史引发认知冲突
科学史生动地记述了科学家探索科学世界的道路，描述了科学发现的历史。通过科学史中趣味史实的叙述，可以从中引出问题，激起学生的认知冲突，进而促使学生去思考、去探索。例如，在讲述“光合作用”时，教师给学生讲述荷兰学者普里斯特利的盆栽柳树的实验：普里斯特利取来土壤60kg，置于木桶内，然后将2kg的柳枝插入土中，连续5年只给树苗浇灌雨水。5年后，树苗长大了，树重60kg，比原来增加了58kg，而桶中土的重量仍有59.943kg。也就是说，土壤仅减少了57g。问：柳树依靠什么增加自身的重量和体积?教师讲述的故事说明，植物长大了，而土壤几乎未减少。然而，生活经验却告诉学生，植物靠吸收土壤中的养料维持生命。这样，实验事实和日常经验产生了矛盾，形成了问题情境，引发了学生的认知冲突，激起学生对新学内容的浓厚兴趣和探究的欲望。
现代心理学研究表明，在课堂教学中设置认知冲突，造成认知结构的不平衡，促成原有知识结构的顺应，优化学生的生物学认知结构，可以大大提高学生的学习效率，使学生所学知识不容易遗忘，更容易形成学习能力。
(责任编辑 杨子)