生物學(xué)教學(xué)中開展思維訓(xùn)練的研究

張玉明 宣雯雯

(江蘇省儀征中學(xué) 211900)

思維是人腦對(duì)客觀事物的一般特性和規(guī)律的一種間接的、概括的反映過(guò)程。進(jìn)行思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，是中小學(xué)課堂教學(xué)的主要任務(wù)之一，也是實(shí)施素質(zhì)教育，開發(fā)學(xué)生智能，提高學(xué)生素養(yǎng)的重要措施。本文從生物學(xué)教學(xué)的角度，闡述了培養(yǎng)學(xué)生思維能力的方法路徑及教學(xué)案例。

1充分思考，訓(xùn)練思維的發(fā)散性

發(fā)散性思維就是進(jìn)行多側(cè)面、多角度，甚至是逆向的思維，這種思維無(wú)疑是諸多思維品質(zhì)中最優(yōu)秀的一種思維方式。通過(guò)發(fā)散性思維，可以發(fā)現(xiàn)事物的新關(guān)系、新聯(lián)系，從而認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)。生物學(xué)教學(xué)中有許多問(wèn)題是開放性的，答案或解決方法不止一個(gè)，教師可以借此機(jī)會(huì)，放手學(xué)生開動(dòng)腦筋，充分思考，并通過(guò)小組合作、集體討論等形式，共同完成學(xué)習(xí)。

案例1：做色素提取和分離實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生獲得的色素帶顏色較淺，教師可引導(dǎo)學(xué)生分析并推測(cè)可能原因，討論結(jié)果包括：①取材：所用葉片較淡或已發(fā)黃，色素含量不足；②提取：葉片研磨時(shí)未加二氧化硅或研磨時(shí)間短，導(dǎo)致研磨不充分；未加碳酸鈣，導(dǎo)致色素分解；丙酮或無(wú)水乙醇用量太多，導(dǎo)致色素濃度太低；③濾紙條制作：濾紙條未經(jīng)干躁處理；濾液細(xì)線未重復(fù)畫地2～3次，色素量不足。④分離：濾紙條上的濾液細(xì)線觸及了層析液，使其上的部分色素溶解于層析液中。

案例2：講完“興奮在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)和神經(jīng)元之間傳遞”一節(jié)內(nèi)容后，讓學(xué)生思考并討論醫(yī)用麻醉藥阻斷神經(jīng)傳導(dǎo)的可能途徑。討論結(jié)果包括：①藥劑分子與突觸后膜受體結(jié)合、阻止突觸后膜興奮；②藥劑分子與神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合，阻斷興奮在神經(jīng)元間的傳遞；③藥劑分子與突觸前膜結(jié)合，阻斷神經(jīng)遞質(zhì)的釋放；④藥劑分子與神經(jīng)纖維上的離子載體結(jié)合，阻礙K+、Na+離子進(jìn)出細(xì)胞，從而阻斷興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)。

案例3：學(xué)習(xí)“遺傳信息傳遞的中心法則”以后，教師組織學(xué)生討論并推測(cè)抗菌藥抑制病菌增殖的作用機(jī)理，最后給出已研制出的相關(guān)藥物的名稱。例如，抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的合成抗菌藥物為青霉素；抑制細(xì)菌DNA解旋酶的活性的抗菌藥物為環(huán)丙沙星；能與核糖體結(jié)合、阻斷翻譯的抗菌藥物為紅霉素；抑制RNA聚合酶的活性的抗菌藥物為利福平等等。

2求同存異，訓(xùn)練思維的集中性

集中性思維是指對(duì)事物的抽象概括、判斷和推理能力。沒有集中就難以抓住事物的本質(zhì)、揭示事物的內(nèi)在規(guī)律，所以對(duì)學(xué)生進(jìn)行集中性思維訓(xùn)練是十分重要的。對(duì)于教學(xué)中遇到的一些需要總結(jié)概括的知識(shí)時(shí)，教師要有意識(shí)地訓(xùn)練學(xué)生這方面的能力。

案例4：有絲分裂概念的歸納。細(xì)胞有絲分裂分許多時(shí)期，每一時(shí)期都有許多變化，如核膜、核仁、紡錘體、染色體、細(xì)胞板的出現(xiàn)與消失，細(xì)胞膜的縊裂，著絲粒的分裂，染色體復(fù)制，DNA復(fù)制等等，但什么是有絲分裂最重要的特征呢？要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析理解，這些變化中只有染色體的數(shù)量變化才是最主要、最重要的變化，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)有絲分裂的重要特征：親代細(xì)胞染色體復(fù)制后，平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去。

案例5：呼吸作用概念的歸納。呼吸作用的類型分有氧呼吸和無(wú)氧呼吸，兩者的反應(yīng)物、產(chǎn)物、場(chǎng)所、過(guò)程、酶、產(chǎn)能多少、反應(yīng)式等都不相同(表1)。兩者差異明顯，為什么都被稱為呼吸作用呢？它們?cè)诒举|(zhì)上到底有什么共同之處呢？學(xué)生通過(guò)思考，最終得出結(jié)論：過(guò)程雖然不盡相同，但都是分解有機(jī)物，釋放能量。這也是呼吸作用的概念。

表1 有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的區(qū)別

案例6：細(xì)胞核的功能的總結(jié)。教材介紹了多個(gè)有關(guān)細(xì)胞核的實(shí)驗(yàn)、黑白美西螈的核移植實(shí)驗(yàn)、蠑螈受精卵橫縊實(shí)驗(yàn)、傘藻的嫁接實(shí)驗(yàn)、變形蟲的切割實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)論都集中指向“細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心”這一功能，可讓學(xué)生體驗(yàn)一次集中性思維的過(guò)程。

3破除定勢(shì)，訓(xùn)練思維的批判性

思維定勢(shì)是指人們常常沿著固定的思維模式去思考或解決問(wèn)題的一種思維形式。思維定勢(shì)常常阻礙學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新潛能的發(fā)揮。因此，教師要借助一些特定的教學(xué)內(nèi)容，有意識(shí)地進(jìn)行批判性思維的訓(xùn)練，破除思維定勢(shì)對(duì)學(xué)生的束縛，引導(dǎo)他們的思維向新的方向探索，從而使思路更廣闊，見解更深刻。

案例7：莖的背地性和根的向地性。這是訓(xùn)練批判性思維的極好例子。先解釋莖的向光性：將一株植物放倒，由于受重力影響，莖的近地側(cè)生長(zhǎng)素分布較多，生長(zhǎng)較快，而遠(yuǎn)地側(cè)生長(zhǎng)素分布較少，生長(zhǎng)較慢，所以莖表現(xiàn)出向上生長(zhǎng)，即莖的背地性。再讓學(xué)生套用同樣的方法去解釋根的向地性：根的近地面生長(zhǎng)素分布較多，生長(zhǎng)快，遠(yuǎn)地側(cè)生長(zhǎng)素分布較少，生長(zhǎng)較慢，結(jié)果根向空中生長(zhǎng)。結(jié)論顯然是錯(cuò)誤的。如何解決呢？必須換一種思考：根對(duì)生長(zhǎng)素濃度極為敏感，根的近地側(cè)生長(zhǎng)素分布較多，生長(zhǎng)反而受抑制，從而生長(zhǎng)較慢，遠(yuǎn)地側(cè)雖然濃度低，但仍然促進(jìn)生長(zhǎng)，結(jié)果根向地生長(zhǎng)。

案例8：不同類型的糖尿病。學(xué)過(guò)“血糖調(diào)節(jié)”內(nèi)容之后，學(xué)生對(duì)糖尿病病因的一般理解是：胰島B細(xì)胞受損，導(dǎo)致體內(nèi)胰島素含量少，血糖高，尿中帶糖，需要終身依賴外源性胰島素補(bǔ)充以維持生命。其實(shí)這種被稱為I型糖尿病，又被稱為胰島素依賴型糖尿病，通常發(fā)生于兒童及年齡小于 30 歲的年輕人，在糖尿病患者中僅占5%以下。而占95%以上的患者是另一種被稱作II型糖尿病，也稱為非胰島素依賴型糖尿病，這類患者血液中并不缺乏胰島素，甚至含量還偏高，導(dǎo)致糖尿的原因可能是胰島素受體遭到破壞，多見于 40 歲以上的中、老年人。I型和II型糖尿病的病因正好相反，一類是缺乏胰島素；另一類是缺乏胰島素受體。

案例9：減數(shù)分裂的時(shí)間、場(chǎng)所、過(guò)程等概念轉(zhuǎn)變。學(xué)必修二“減數(shù)分裂過(guò)程”時(shí)，師生一般都認(rèn)為，卵細(xì)胞的形成應(yīng)該開始于動(dòng)物的發(fā)情期，場(chǎng)所就在卵巢，最終在卵巢中產(chǎn)生卵細(xì)胞，而且整個(gè)過(guò)程應(yīng)該是連續(xù)的，不間斷的。而在學(xué)習(xí)選修三后，原有概念發(fā)生了變化。卵細(xì)胞形成的開始時(shí)間是在雌個(gè)體的胎兒期，也就是說(shuō)在雌性個(gè)體還是胎兒的時(shí)候，卵巢中的卵原細(xì)胞就開始染色體體復(fù)制，成為初級(jí)卵母細(xì)胞，而后停止發(fā)育。等到性成熟時(shí)，初級(jí)卵母細(xì)胞在卵巢里繼續(xù)進(jìn)行分裂，直至減數(shù)第二次分裂中期停止，然后卵巢排出卵子(注意不是卵細(xì)胞而是次級(jí)卵母細(xì)胞)，進(jìn)入輸卵管。在輸卵管中，若遇到精子，受精后則繼續(xù)分裂，完成減數(shù)第二次分裂的后期和末期；若未遇到精子，則卵子永遠(yuǎn)停留在減二中期。可見選修三與必修二的有關(guān)減數(shù)分裂概念不完全相同。事實(shí)上，這種隨學(xué)習(xí)內(nèi)容加深而引起的概念轉(zhuǎn)變，會(huì)一直貫穿于學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中，這也為訓(xùn)練學(xué)生的批判性思維提供了極為豐富的素材。

4對(duì)照類比，訓(xùn)練思維的嚴(yán)密性

思維嚴(yán)密性是指對(duì)思維對(duì)象全面、深刻、完整的思考。嚴(yán)密性是思維的重要特性，發(fā)展思維嚴(yán)密性，是學(xué)生形成科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。許多生物學(xué)實(shí)驗(yàn)需要做對(duì)照，由此可作為訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)密性思維的材料。嚴(yán)密性是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最基本要求，也是最重要的一項(xiàng)要求。缺乏嚴(yán)密性的實(shí)驗(yàn)是沒有說(shuō)服力的，得出的結(jié)論也是不能讓人信服的。艾弗里在做肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)時(shí)，已將肺炎球菌的DNA提純到了99.98%的純度，只含有0.02%的雜質(zhì)，但其“肺炎球菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA”的結(jié)論，依然沒有能說(shuō)服當(dāng)時(shí)那些挑刺的科學(xué)家，由此可以看出，實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性、嚴(yán)謹(jǐn)性對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性和科學(xué)性是多么的重要。

案例10：溫特實(shí)驗(yàn)。1928年，荷蘭科學(xué)家溫特在研究植物向光性時(shí)，做了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)①是把切下的胚芽鞘尖端放在瓊脂塊上，幾小時(shí)以后，移去胚芽鞘尖端，并將這塊瓊脂切成小塊，放在切去尖端的胚芽鞘切面的一側(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個(gè)胚芽鞘會(huì)向放瓊脂的對(duì)側(cè)彎曲生長(zhǎng)；實(shí)驗(yàn)②是把沒有接觸過(guò)胚芽鞘尖端的瓊脂小塊，放在切去尖端的胚芽鞘切面的一側(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個(gè)胚芽鞘既不生長(zhǎng)，也不彎曲。由此說(shuō)明，胚芽鞘的尖端確實(shí)產(chǎn)生了某種物質(zhì)，這種物質(zhì)從尖端運(yùn)輸?shù)较虏浚⑶夷軌虼偈古哐壳氏旅婺承┎糠值纳L(zhǎng)。

問(wèn)題是：溫特為何要設(shè)置實(shí)驗(yàn)②？如果沒有實(shí)驗(yàn)二②，可不可以得到上述結(jié)論？答案是實(shí)驗(yàn)②可以排除瓊脂塊引起切去尖端的胚芽鞘彎曲的可能性。

5總結(jié)規(guī)律，訓(xùn)練思維的敏捷性

學(xué)生對(duì)有些學(xué)習(xí)內(nèi)容能夠掌握，也能夠得到出正確的答案，但解題速度太慢，過(guò)程太繁，時(shí)間不夠用，而且對(duì)解題結(jié)果也不夠自信。主要原因是沒有找到解題規(guī)律或技巧。事實(shí)上，任何復(fù)雜的事物，只要耐心思考，反復(fù)研究，都可以從中找到一些規(guī)律性的東西，如果加以總結(jié)提煉，形成一定的解題模式或技巧，就會(huì)使解題速度大大加快。教師在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)多做這方面的研究和引導(dǎo)，這不僅能提高學(xué)生思維的敏捷性，而且還能激發(fā)學(xué)生巨大的學(xué)習(xí)熱情與自信心。

案例11：判斷細(xì)胞分裂圖形。細(xì)胞分裂圖形的判斷是教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，學(xué)生感到困難。教師可以盡可能多地收集一些細(xì)胞分裂圖，集中讓學(xué)生揣摩與研究，尋找其中的規(guī)律，最后構(gòu)建該類圖形判斷的一般流程，即所謂“兩看”判斷模型：一看有無(wú)同源染色體，無(wú)同源染色體，則為減數(shù)第二次分裂；二看同源染色體的行為：同源染色體有聯(lián)會(huì)、排赤道板兩側(cè)、分離行為，則為減數(shù)第一次分裂；同源染色體無(wú)聯(lián)會(huì)、排赤道板兩側(cè)、分離行為，則為有絲分裂。

案例12：辨析實(shí)際光合速率與凈光合速率。凈光合速率與真光合速率的分辨和區(qū)別，永遠(yuǎn)是高中生物學(xué)教與學(xué)的難點(diǎn)。多次測(cè)試結(jié)果表明，這類題目，無(wú)論教師講多少遍，學(xué)生考多少次，正確率都不會(huì)很高。究其原因是，學(xué)生不能準(zhǔn)確地判斷題中給出的相關(guān)數(shù)據(jù)、曲線到底是凈光合速率，還是真光合速率？教學(xué)中可以多搜集這類習(xí)題，讓學(xué)生比較辨析揣摩，從中獲得一些解題技巧和方法并進(jìn)行歸納：①文字表述辨別：實(shí)際光合速率的表述一般都直接帶有“光合作用”一詞，常用“同化量”、“產(chǎn)生量”、“制造量”這些詞；而凈光合作用一般不提及“光合作用”，常用“吸收量”、“釋放量”、“ 減少量” 、“增加量”、“積累量”一類詞。歸納習(xí)題中經(jīng)常出現(xiàn)的相關(guān)表述，并列表加以區(qū)別(表2)。②曲線圖、概念圖辨別：圖1中甲圖曲線上每一點(diǎn)的值代表的是凈光合速率值，實(shí)際光合速率通常用圖中曲線上每一點(diǎn)的值加上呼吸速率(A點(diǎn)的值)來(lái)表示；乙概念圖中的葉綠體從線粒體和空氣中吸收的CO2之和代表實(shí)際光合速率，葉綠體單獨(dú)從空氣中吸收的CO2代表凈光合速率。

表2 實(shí)際光合速率和凈光合速率的區(qū)別

圖1 凈光合速率(甲)和實(shí)際光合速率(乙)的圖示

6追根溯源，訓(xùn)練思維的深刻性

思維的深刻性反映了人類思維活動(dòng)的深度、廣度和難度，是一切思維品質(zhì)的基礎(chǔ)。思維深刻性發(fā)展水平的高低，必然會(huì)影響思維品質(zhì)其他方面的發(fā)展水平。因此，在生物學(xué)教學(xué)中要特別重視對(duì)學(xué)生思維深刻性的培養(yǎng)。思維的深刻性體現(xiàn)在解決問(wèn)題時(shí)能透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，在錯(cuò)綜復(fù)雜的情境中，把握好解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

案例13：中耕松土和植物“午休現(xiàn)象”。很多學(xué)生會(huì)滿足于松土使根透氣這一膚淺的認(rèn)識(shí)，而不能更深入地思考透氣會(huì)使根的呼吸作用增強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)了根對(duì)礦質(zhì)元素的主動(dòng)吸收這一深層次的原因。同樣學(xué)生在解釋植物“午休現(xiàn)象”現(xiàn)象時(shí)，認(rèn)為是缺水使植物光合作用減慢，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受阻，而不能深入思考缺水是使葉片氣孔關(guān)閉，致使CO2減少，導(dǎo)致植物光合作用減慢。

案例14：質(zhì)壁分離的內(nèi)因與外因。學(xué)生在解釋質(zhì)壁分離的原因時(shí)，常常只關(guān)注外界溶液的濃度大于細(xì)胞液的濃度，導(dǎo)致液胞失水，原生質(zhì)層體積縮小，原生質(zhì)層與細(xì)胞壁逐漸分離，即質(zhì)壁分離。而忽略另一個(gè)重要原因：構(gòu)成植物細(xì)胞的細(xì)胞壁和原生質(zhì)層的伸縮性不同，即細(xì)胞壁的伸縮性較小，而原生質(zhì)層的伸縮性較大，這樣在細(xì)胞失水時(shí)，細(xì)胞壁和原生質(zhì)層之間才有可能發(fā)生分離。

案例15：生物多樣性的原因。生物多樣性的直接原因是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的多樣性，根本原因是DNA分子的多樣性。還有一個(gè)不可忽視的原因，即環(huán)境多樣性，多樣化的環(huán)境導(dǎo)致了不同方向的自然選擇，由此產(chǎn)生了各種各樣的生物種類。