例談高中生物實驗教學中理性思維能力的培養

甘耀平

在學生發展的核心素養體系中，理性思維是核心素養的重要組成部分，也是高中生物學科核心素養的構成要素。理性思維是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式。通過生物學課程的學習，學生應逐步發展和形成理性思維習慣，學會運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創新性思維等方法探討生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。生物學實驗為培養學生理性思維的自覺能動性創造了良好的實踐環境和條件。教師可通過利用以下教學策略，在生物學實驗教學中滲透和培養學生的理性思維能力。

1 由表及里，培養學生歸納與概括思維能力

歸納和概括是把個別事實抽象成一般原理的過程。生物學實驗離不開實驗現象的觀察和統計。觀察實驗現象、積累事實是學生進行歸納和概括的基礎。因此，教師必須引導學生親自動手操作實驗和有目的觀察實驗，使學生獲得感性認識。當學生獲得較豐富的事實依據和較典型的事實表象后，引導學生對實驗現象進行交流和討論，使學生掌握基本的生物學規律和原理。

例如，在學習孟德爾遺傳定律時，學生對于F1產生配子時非等位基因如何發生自由組合以及為何會發生自由組合難以理解。在進行“兩對相對性狀的模擬雜交實驗”時，教師可給每組學生提供4個大信封，分別寫上“雄1” “雌1” “雄2” “雌2”，前兩個信封內放入“黃Y” “綠y”的卡片各10張，后兩個信封內放入“圓R” “皺r”的卡片各10張。然后從“雄1” “雄2”兩個信封中隨機取出1張卡片組合在一起，模擬F1產生雄配子的種類，從“雌1” “雌2”兩個信封中隨機取出1張卡片組合在一起，模擬F1產生雌配子的種類。再將4張卡片組合在一起，模擬受精作用產生F2的類型。之后，教師提問：① 每一次模擬實驗后，需將卡片重新放回原信封嗎？② 從“雄1” “雌1”和“雄2”“雌2”4個信封中分別取出的Y、y數量以及R、r數量相等嗎？學生通過觀察和統計F1產生的雌雄配子類型和F2類型，就可歸納和概括出自由組合定律的實質是非等位基因自由組合了。通過實驗，教師在幫助學生突破難點的同時，培養了學生歸納與概括的思維能力。

2 由此及彼，培養學生演繹與推理的思維能力

演繹與推理是從一般性前提出發，通過推導，得出個別結論的過程。生物科學作為一門自然科學，嚴謹的邏輯性是主要特征。在高中生物學的學習過程中，演繹與推理思維能力要求學生能夠運用已經學過的生物學規律，通過觀察、實驗、猜想等活動，預測和探討相關的生命現象，并能用恰當的方式闡明自己的想法。

例如，在學習“物質出入細胞的方式”時，通過質壁分離實驗，學生已知：成熟的植物細胞是一個完整的滲透系統，當細胞液濃度小于外界溶液濃度時，細胞會因為失水而發生質壁分離現象。之后，教師可繼續引導學生思考：① 若用一定濃度的甘油或KNO3溶液代替蔗糖溶液，會出現不一樣的實驗現象嗎？學生依據質壁分離的一般原理進行分析和猜想后，教師可提供甘油和KNO3兩種試劑，學生通過實驗驗證自己的猜想是否正確。② 洋蔥外表皮細胞是否會發生質壁分離，如何觀察洋蔥外表皮細胞的質壁分離現象？學生根據洋蔥外表皮顏色淺、不易觀察的特點，猜想可采用之前所學的紅墨水染色的方法。之后，教師提供相關材料，讓學生通過實驗進行驗證。相比于直接告訴學生答案的學習方式，通過演繹推理方式更有利于學生主動、深入理解生物學概念，形成嚴謹的理性思維。

3 由繁化簡，培養學生模型與建模的思維能力

模型是對所認識事物的概括性描述，可以分為物理模型、數學模型和概念模型等幾類。模型構建則是運用模型的方法將抽象的、不可測的事實或過程借助身邊的材料、用具或應用數學方法、圖像等加以描述、概括總結的一種活動。在中學生物學教學中，教師要充分挖掘教材實驗內容，鼓勵學生運用模型建構的方法，經歷思維與行動的相互協調，可有效引導學生進行學習活動。

例如，在“制作DNA雙螺旋結構模型”實驗中，教師可將硬紙板作裁剪出若干不同形狀的紙片，用五邊形紙片代表脫氧核糖，圓形紙片代表磷酸，涂上不同顏色的長方形紙片代表四種不同的堿基。然后，教師引導學生用細鐵絲將這些“零件”連接組裝成若干個含有不同堿基的脫氧核苷酸模型，進而繼續制作成堿基互補配對的兩條脫氧核苷酸長鏈模型。再用訂書釘連接堿基對，通過旋轉最后得到DNA分子雙螺旋結構模型。在DNA模型的建構過程中，學生經歷了思考——嘗試——錯誤——再思考——再嘗試的思維過程，深刻地理解了DNA分子的結構特點，體驗了模型建構的學習方法，提高了理性思維能力。

4 由信生疑，培養學生批判與質疑的思維能力

美國《國家科學教育標準》提出，科學是格物致知的一種途徑，其基本特點是以實證為判別尺度，以邏輯作論辯的武器，以懷疑作審視的出發點。批判與質疑思維是指對所學內容的真實性、精確性、性質與價值進行判斷，從而對做什么和相信什么作出合理的決策。擁有批判性思維的學生習慣于對自己或是他人的觀點進行反思、質疑并進行分析，同時通過思考作出理性的決定。在實驗教學中，教師可引導學生從實驗原理、材料、方法等方面分析實驗的不嚴謹之處，設計、分析、評價實驗方案并進行修改和完善，分析實驗的異常現象等，這些過程可充分鍛煉和培養學生的批判性思維。

例如，在進行“探究酶的專一性”實驗前，教師可提供唾液淀粉酶、過氧化氫酶（豬肝研磨液）等幾種常見的酶以及其他所需的實驗材料、用具等，引導學生自己設計實驗方案，培養學生批判性思維能力。在實驗過程中，教師可引導學生思考：能否利用I2-KI溶液替代本尼迪特試劑來探究唾液淀粉酶的專一性？由于I2-KI溶液不能判斷蔗糖能否被水解，學生得出本實驗應選用本尼迪特試劑的原因。實驗之后，教師還可繼續引導學生進行思維拓展，如果唾液淀粉酶加蔗糖的試管也呈現輕度陽性反應（出現紅黃色沉淀），該如何解釋，請設計實驗驗證自己的假設。從實驗前的方案設計到實驗操作與分析，再到實驗后的思考與拓展，不僅增強了學生實驗的積極性，讓學生知其然、知其所以然，而且培養了學生大膽質疑的勇氣，提高了學生的批判與質疑的思維能力。

5 推陳出新，培養學生創新性思維能力

創新思維是指突破常規思維的限制，以新穎獨創的方法解決實際問題的思維活動。具有創新思維的學生能從多角度、多側面、多層次去思考問題，尋求答案。生物實驗課是培養學生創新思維和實踐能力的主要陣地，把創新思維的教育融入實驗教學是培養學生創新思維能力，發展學科核心素養的重要途徑。

在實驗前，教師應鼓勵學生進行預習，同時鼓勵學生自帶適宜的實驗材料進行實驗。實驗過程中，教師應營造相對寬松、自由的實驗教學環境和氛圍，引導學生認真操作，正確觀察并如實記錄實驗結果，不能想當然地將實驗現象作為“標準答案”。例如，在“檢測生物組織中油脂、糖類和蛋白質”實驗中，除了實驗室提供的花生、蘋果汁、豆漿三種材料外，學生自帶的實驗材料常有用動物脂肪和植物油檢測油脂，用西瓜汁和番茄汁等替代蘋果汁檢測還原性糖，用雞蛋清和豆奶檢測蛋白質等。教師引導學生從生活中就地取材，并比較不同實驗材料所得到的現象，培養了學生的創新思維。在實驗過程中，針對花生種子切片難的問題，教師可鼓勵學生思考是否有其他方法便于操作和觀察。有的學生想到用刀片刮的方法。教師繼續引導學生比較這兩種制片方法觀察效果的差異性，得出用刮取法易操作，但難觀察到完整細胞的結論。教師在平常實驗教學中有意識地多給學生思考和操作的時間和空間，激發學生的探究興趣和創造性，有利于培養和提高學生的創新思維能力。

參考文獻：

[1] 譚永平.批判性思維與中學生物教材教學[J].中學生物教學，2016（13）：10-12.

[2] 美國國家研究理事會.戢守志等譯.美國國家科學教育標準[M].北京：科學技術文獻出版社，1999：1-28.endprint