全面還原知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過程

王慶東

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年）》明確指出：生物學(xué)課程期待學(xué)生主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)，養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)的能力。

也就是說，在生物學(xué)教學(xué)中，還原知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程，對(duì)促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成理性思維、幫助學(xué)生形成積極的科學(xué)態(tài)度和發(fā)展學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力都具有十分重要的意義。

知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程具有“思維的連續(xù)性”和“推理的正確性”等屬性。“思維的連續(xù)性”一方面是指知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程，通常包括基于某個(gè)或某些問題情境提出問題、作出假設(shè)、制定探究方案、實(shí)施探究方案（獲取證據(jù)和數(shù)據(jù)）、處理證據(jù)和數(shù)據(jù)及發(fā)現(xiàn)規(guī)律等幾個(gè)連續(xù)的環(huán)節(jié)；另一方面是指知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程中，從一個(gè)環(huán)節(jié)到另一個(gè)環(huán)節(jié)，要經(jīng)過環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的連續(xù)思維過程。為了方便敘述，下面將前者稱為“環(huán)節(jié)的完整性”；將后者稱為“思維的連續(xù)性”。“推理的正確性”是指知識(shí)發(fā)現(xiàn)是通過合乎邏輯的推理來實(shí)現(xiàn)。

在生物學(xué)教學(xué)中，還原知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程已是廣大生物學(xué)教師共同努力的方向；但是，在還原知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程中，常有“發(fā)現(xiàn)環(huán)節(jié)缺失”“思維過程中斷”和“推理過程錯(cuò)誤”等問題，這樣的還原不能發(fā)揮其對(duì)學(xué)生應(yīng)有的作用，必須予以糾正。

1 避免環(huán)節(jié)缺失，全面還原發(fā)現(xiàn)環(huán)節(jié)

案例1：在進(jìn)行“驗(yàn)證綠葉在光下制造淀粉”的分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師往往讓學(xué)生依據(jù)教科書提供的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，形成“綠葉能在光下制造淀粉”的概念。

案例1還原了實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和發(fā)現(xiàn)規(guī)律等教學(xué)環(huán)節(jié)，但缺少提出問題、作出假設(shè)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案等環(huán)節(jié)，就缺少了必要的理性思維過程，實(shí)驗(yàn)方案就不是理性思維的產(chǎn)物，這樣進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作思維含金量很低，因而不利于學(xué)生養(yǎng)成理性思維習(xí)慣；案例1能夠發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力和抽象概括能力，但不能發(fā)展學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力和主動(dòng)解決問題的能力，因而不利于發(fā)展學(xué)生終身學(xué)習(xí)和創(chuàng)新所必要的各種能力。全面還原知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)是必要的。

“驗(yàn)證綠葉在光下制造淀粉”的實(shí)驗(yàn)，除進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、形成概念外，教師還可以安排下面的教學(xué)環(huán)節(jié)。

（1） 創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生提出問題和作出假設(shè)。

圍繞“光是影響淀粉制造的因素”，教師可以創(chuàng)設(shè)以下問題情境：

要提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，首先要知道影響農(nóng)作物產(chǎn)量的因素有哪些。某玉米田里有一行東西走向的大樹，大樹南北兩面的玉米明顯長(zhǎng)勢(shì)不同。比較單株玉米的產(chǎn)量，向陽(yáng)部分的玉米的單株產(chǎn)量明顯高于背陰部分的玉米的單株產(chǎn)量。玉米的產(chǎn)量與什么因素有關(guān)？

基于上面的問題情境，學(xué)生會(huì)提出“光是影響玉米產(chǎn)量的因素嗎”的問題。

教師在剖開的玉米上滴加碘液，并提出問題：“玉米的主要成分是什么？”

基于這一情境，學(xué)生會(huì)將上面的問題具體化，提出：“光能影響淀粉的合成嗎？”

圍繞“葉是淀粉制造的場(chǎng)所”，教師可以提示學(xué)生“玉米能接受光的結(jié)構(gòu)是什么？”

基于這樣的提示，學(xué)生通過推理，能夠提出“葉是淀粉制造的場(chǎng)所嗎”的問題，最終作出“綠葉能在光下制造淀粉”的猜測(cè)。

（2） 引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案。

引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案，教師可以通過下面的問題進(jìn)行引導(dǎo)：

要驗(yàn)證這一假設(shè)，應(yīng)該選擇哪種探究方法？葉內(nèi)可能含有淀粉，為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的說服力，應(yīng)該采取什么措施？要證明光是影響淀粉制造的因素，為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的說服力，應(yīng)該采取什么措施？

（3） 引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用實(shí)驗(yàn)成果。

引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用實(shí)驗(yàn)成果，教師可以讓學(xué)生思考：“根據(jù)綠葉能在光下制造淀粉的原理，怎樣才能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量？”

上述三個(gè)環(huán)節(jié)能夠促進(jìn)學(xué)生基于問題情境主動(dòng)提出問題，并形成主動(dòng)探究的理性思維習(xí)慣，還能夠發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新所需的各種能力。

2 避免思維中斷，還原連續(xù)推理過程

案例2：教師出示問題情境：17世紀(jì)，比利時(shí)科學(xué)家范·海爾蒙特設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。將一棵柳樹苗植入裝有土壤的木桶內(nèi)，讓樹苗接受陽(yáng)光照射，并且只用純凈的雨水進(jìn)行澆灌。5年后，他發(fā)現(xiàn)土壤的質(zhì)量減少了不到100 g，而柳樹的質(zhì)量增加達(dá)到了80 000 g。教師在未作任何提示的情況下，要求學(xué)生依據(jù)問題情境回答“柳樹生長(zhǎng)的原料有哪些”的問題。

案例2還原了知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程中提出問題和作出假設(shè)的環(huán)節(jié)。但是，根據(jù)上述問題情境提出問題和作出假設(shè)，必須經(jīng)過幾個(gè)環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的思維環(huán)節(jié)才能實(shí)現(xiàn)。初中學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備不足和思維能力較薄弱，他們不可能基于上述問題情境提出問題和作出假設(shè)。教師出示上述問題情境后，學(xué)生往往是根據(jù)教學(xué)進(jìn)度和教科書中呈現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容，馬上作出“二氧化碳是柳樹生長(zhǎng)的原料”的猜測(cè)。這種缺少嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪B續(xù)的推理過程，既不利于養(yǎng)成學(xué)生理性思維的習(xí)慣，也不利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。因此還原連續(xù)推理過程是必要的。

基于上述問題情境，教師可以設(shè)計(jì)一系列環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考。

（1） 土壤由土壤顆粒和溶于水的無機(jī)鹽組成。土壤顆粒不溶于水，不能被柳樹吸收。土壤的質(zhì)量減少了不到100 g，土壤中減少的物質(zhì)主要是什么？（無機(jī)鹽）

（2） 柳樹生長(zhǎng)的主要原料一定有什么？（水）

（3） 僅靠水這一種物質(zhì)柳樹能生長(zhǎng)嗎？（不能）

（4） 柳樹生長(zhǎng)的原料一定還有另外一種或幾種的物質(zhì)；這些物質(zhì)不在土壤中，會(huì)在何處呢？（空氣）

（5） 空氣中有氮?dú)狻⒀鯕夂投趸嫉葰怏w；其中氧氣是光合作用的產(chǎn)物，哪種氣體會(huì)是柳樹生長(zhǎng)的原料呢？（氮?dú)狻⒍趸迹?/p>

教師通過上述系列問題的引導(dǎo)，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，避免了學(xué)生沒有依據(jù)的猜測(cè)，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。教師長(zhǎng)期堅(jiān)持這樣的思維訓(xùn)練，必然促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，提高學(xué)生的推理能力。

3 避免邏輯錯(cuò)誤，還原正確推理過程

案例3：為幫助學(xué)生形成“細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位”的概念，教師通常安排下面的教學(xué)環(huán)節(jié)：提供典型事實(shí)“觀察草履蟲對(duì)外界刺激的反應(yīng)”；抽象概括典型事實(shí)，形成“單細(xì)胞生物的一個(gè)細(xì)胞能夠完成全部生命活動(dòng)”的概念；根據(jù)該概念，直接作出新的判斷“細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位”。

“與邏輯關(guān)系”和“或邏輯關(guān)系”是最基本的兩個(gè)邏輯關(guān)系。與邏輯關(guān)系是指當(dāng)有關(guān)條件A、B、C都具備時(shí)，事件F才能發(fā)生；或邏輯關(guān)系是指當(dāng)有關(guān)條件A、B、C中只要有一個(gè)或一個(gè)以上具備時(shí)，事件F就能發(fā)生。

能夠闡明“細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位”的下位概念和典型事實(shí)見表1。

表1中上位概念和下位概念的邏輯關(guān)系是“與邏輯關(guān)系”，而不是“或邏輯關(guān)系”。僅憑“單細(xì)胞生物的一個(gè)細(xì)胞能夠完成全部生命活動(dòng)”，就得出結(jié)論“細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位”是不夠的，只有同時(shí)建立了上下位概念，才能根據(jù)下位概念建立上位概念。案例3雖然還原了知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程的主要環(huán)節(jié)，也還原了連續(xù)的推理過程，但推理過程不合邏輯。不合邏輯的推理過程就是錯(cuò)誤的推理過程。錯(cuò)誤的推理過程既不利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，也不利于學(xué)生養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，更不利于學(xué)生邏輯思維能力的提升。還原正確推理過程是必要的。

還原正確推理過程，教師必須理清知識(shí)間內(nèi)在的邏輯關(guān)系。教材為教學(xué)提供的資源往往是分散的，例如，能夠支撐“細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位”的典型事實(shí)——“噬菌體必須在細(xì)胞內(nèi)才能完成生殖過程”“多細(xì)胞生物的功能與細(xì)胞的關(guān)系”等就分散在教科書的不同章節(jié)中。根據(jù)教學(xué)的需要，教師必須把分散在不同章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，確保推理過程完整，確保推理過程合乎邏輯。

教師長(zhǎng)期堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)性的推理訓(xùn)練，必然促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，提高學(xué)生的邏輯思維能力。