高中生物教學(xué)中有效培養(yǎng)學(xué)生理性思維的嘗試

劉文奇

理性思維是一種建立在事實證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維方式，以歸納與概括、演繹與推理、模型與建模和批判性思維為主要構(gòu)成要素，可經(jīng)過訓(xùn)練習(xí)得。生物科學(xué)做為自然科學(xué)，有其自然規(guī)律的本質(zhì)屬性可循，而規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和運用是一個復(fù)雜的思維過程，需要教師在課堂教學(xué)中盡可能去引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的理性思維能力。筆者在生物課堂教學(xué)中曾做過如下嘗試，收到不錯的教學(xué)效果。

1注重知識的本源性

教材是培養(yǎng)學(xué)生理性思維品質(zhì)的主要載體。而我國現(xiàn)行教材依然是以知識傳授為任務(wù)進行設(shè)計的，對知識的本源性缺少論述。分析其原因可能是受學(xué)科體系特點和學(xué)生有限的學(xué)習(xí)時間這一教學(xué)實際限制，教材不可能將生物學(xué)家當(dāng)時復(fù)雜的思維情境原封不動地呈現(xiàn)出來，所以教材專家只能對其精華以知識結(jié)論呈現(xiàn)在教材上。科學(xué)家研究問題時的創(chuàng)造性思維方式是培養(yǎng)和轉(zhuǎn)化學(xué)生理性思維的有效途徑。在高中生物教學(xué)中，教師應(yīng)依托高中生物教材，挖掘知識產(chǎn)生的背景，盡可能還原科學(xué)家當(dāng)時的思維活動，再結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點創(chuàng)設(shè)出新的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生進行理性思維。

例如，在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“DNA復(fù)制”時，教師事先要求學(xué)生不要囿于教材，上課時引導(dǎo)學(xué)生分組討論，提出DNA分子復(fù)制可能為全保留復(fù)制、半保留復(fù)制和彌散復(fù)制的三種假設(shè)。小組根據(jù)假設(shè)，演繹、畫出三種復(fù)制方式的示意圖。學(xué)生從生活中的實例（復(fù)印）和DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性角度，分析出DNA分子最可能的復(fù)制方式是全保留復(fù)制。假設(shè)預(yù)期成立，教師設(shè)置幾個不同梯度的問題：①如果DNA是全保留復(fù)制，復(fù)制后得到的子一代DNA和子二代DNA的組成是怎樣的？②如果要在實驗中直觀地區(qū)別、“標(biāo)識”母鏈或子鏈，可以采取什么辦法？③如果用同位素（放射性）進行標(biāo)記，用什么元素最好？④如果親代DNA含15N的，放在含14N的環(huán)境中進行培養(yǎng)，則親代、子一代、子二代DNA分別含有哪種N元素？⑤要驗證上述預(yù)測，就要分別觀察親代和子代的情況，但實驗中，復(fù)制后的DNA分子通常是隨機混合在一起的，不易分離。怎么解決這個問題？（提示：N質(zhì)量大于“N可借鑒細(xì)胞器的分離）⑥如果對親代、子一代、子二代的DNA都分別進行離心，結(jié)果會怎樣分布？通過層層引導(dǎo)，學(xué)生最后能分析并找出全保留復(fù)制后的DNA分子離心位置。然后，教師給出科學(xué)家的實驗結(jié)果示意圖。學(xué)生自然能推斷出DNA分子是半保留復(fù)制。

證明DNA分子的復(fù)制方式，人教版教材是直接給出實驗材料。教師直接利用材料引導(dǎo)學(xué)生分析教材中證明DNA是半保留復(fù)制的實驗。這樣，學(xué)生雖能掌握DNA的復(fù)制方式，但不能追溯知識的本源。教師應(yīng)基于教材中的實驗素材，重現(xiàn)知識產(chǎn)生的背景，引導(dǎo)學(xué)生參與思考討論，體會科學(xué)家當(dāng)時的思維過程，從而有效培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的理性思維。

2設(shè)置問題情境多階性

認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，思維的本源在于情境問題，沒有問題就無法思維。在高中生物學(xué)科教學(xué)中，教師應(yīng)依托生物教材，對教材知識體系進行整合，通過創(chuàng)設(shè)課堂教學(xué)的多階問題情境，一步步引導(dǎo)學(xué)生進行思考。任何一門學(xué)科內(nèi)容都不是片面孤立的，而是層層遞進螺旋式發(fā)展的。一個問題的提出和解決往往會衍生很多問題，一個個問題解決的同時，其本質(zhì)是對思維能力培養(yǎng)的一次次推進。

例如，在學(xué)習(xí)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”時，教師首先給出科學(xué)家對遺傳物質(zhì)的早期推測，拋出多階情景問題：①如果回到人類尚未知曉遺傳物質(zhì)是什么的年代，己知遺傳物質(zhì)在染色體上，且染色體是由DNA和蛋白質(zhì)組成的前提下，對“到底誰是遺傳物質(zhì)”，你能提出哪些可能呢？②為進一步研究確定染色體上到底誰起著遺傳物質(zhì)的作用，你需要采用何種研究方法？③你能提供一種將DNA與蛋白質(zhì)分離的方法嗎？④作為遺傳物質(zhì)，怎樣檢測被研究的物質(zhì)能不能傳遞給子代？⑤標(biāo)記DNA的什么元素？標(biāo)記蛋白質(zhì)的什么元素？為什么？⑥你認(rèn)為應(yīng)該同時標(biāo)記這兩種物質(zhì)，還是分別標(biāo)記這兩種物質(zhì)？為什么？⑦選擇哪種生物材料、運用什么技術(shù)可以實現(xiàn)“將DNA和蛋白質(zhì)完全分離開來，單獨、直接、觀察DNA、蛋白質(zhì)的作用”？⑧自然界中只有普通的噬菌體，怎樣由普通噬菌體獲得分別標(biāo)記的這兩種噬菌體？⑨需要做幾組噬菌體侵染細(xì)菌的實驗？為什么？⑩實驗步驟如何？觀察哪些指標(biāo)？教師通過設(shè)置由淺入深的多階問題，引導(dǎo)學(xué)生多層面思考，使學(xué)生自然掌握DNA是遺傳物質(zhì)的實驗過程和證據(jù)。

多階情景問題的設(shè)置是基于“最近發(fā)展區(qū)”理論，依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，由淺入深、由易到難逐級展開，在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的同時，學(xué)生的理性思維品質(zhì)得到不斷提升和發(fā)展。

3強化生物問題模型化

對生物問題進行模型建構(gòu)的過程是理性思維的體現(xiàn)和落實過程。在生物課堂教學(xué)中，教師可以拋開紛繁復(fù)雜的生物學(xué)事實，抓住其主要的特征，抽象概括和簡化成理想化的“典型”，建立起像數(shù)理中“定理”一般的規(guī)則描述。在模型構(gòu)建中，教師從核心問題出發(fā)，根據(jù)問題的特征和本質(zhì)，具化成反映問題本質(zhì)的模型，進而通過模型解釋核心問題。

生物教學(xué)中的模型構(gòu)建主要分為三類。①是抽象思維方法構(gòu)建的概念模型，例如光合作用過程圖解、呼吸作用過程圖解等概念模型。教師在進行該知識教學(xué)時，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)植物生理特點，簡化光合作用、呼吸作用過程，來反映和解釋光合作用、呼吸作用在不同條件的生理過程和結(jié)果。學(xué)生根據(jù)核心概念的某些方面的本質(zhì)屬性，通過分析、綜合、抽象與概括等方法理解和構(gòu)建概念模型，使學(xué)生的理性思維得到培養(yǎng)和提升。②以形象化方法構(gòu)建的物理模型，如DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，該模型具有一定的結(jié)構(gòu)特征，教師通過給出關(guān)于DNA的知識背景，讓學(xué)生試探構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并通過模型分析DNA分子的結(jié)構(gòu)特點及功能特點。通過制作物理模型，學(xué)生不僅直接觀察到DNA分子的結(jié)構(gòu)，更加深了對DNA分子結(jié)構(gòu)特點及功能特點的認(rèn)識和理解。③用數(shù)學(xué)形式描述一個系統(tǒng)或其性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，如孟德爾定律、種群數(shù)量增長的“J”型和“S”型曲線。在構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生運用數(shù)理方法將生物知識用圖、表、公式的形式呈現(xiàn)出來，來量化描述和解釋生物學(xué)問題。學(xué)生會更好地理解掌握知識的重點與本質(zhì)，理性思維也得到了發(fā)展。

問題模型的構(gòu)建可以培養(yǎng)學(xué)生明確的思維方向，訓(xùn)練強化學(xué)生理性思維方法，發(fā)展和培養(yǎng)學(xué)生的理性思維的能力。在某種意義上，理解模型和進行模型建構(gòu)活動是培養(yǎng)學(xué)生理性思維的一劑良方。

4生物學(xué)習(xí)探究性

探究性學(xué)習(xí)作為學(xué)生的一種學(xué)習(xí)方式，是在教師的引導(dǎo)下，通過類似于科學(xué)家科學(xué)探究活動的方式獲取科學(xué)知識。學(xué)生在探究性學(xué)習(xí)的過程中，以科學(xué)的方法和技能獲取知識，并運用知識解決實際問題，從而養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和創(chuàng)新意識，提升理性思維。

教師在教學(xué)的過程中，要注重設(shè)計能誘發(fā)學(xué)生探究興趣的問題，關(guān)注課堂教學(xué)中生成性的問題，針對問題進行探究活動。如在學(xué)習(xí)“細(xì)胞膜——系統(tǒng)的邊界”時，教師嘗試設(shè)置探究問題：在電子顯微鏡誕生之前，科學(xué)家如何確定細(xì)胞膜的存在？展開你的想象，盡量多的提出在光學(xué)顯微鏡下可以證明細(xì)胞膜存在的方法。再如學(xué)習(xí)“細(xì)胞的增殖”時，教材內(nèi)容有：“中期：每條染色體的著絲點的兩側(cè)，都有紡錘絲附著在上面，紡錘絲牽引著染色體運動。后期：這些分離的染色體由紡錘絲牽引著分別向細(xì)胞的兩極移動。”教師可以生成探究性問題以引導(dǎo)學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)：探究染色體的運動是否與紡錘絲有關(guān)？教師還可以把教材中的驗證性實驗，創(chuàng)造性地改編成探究性實驗，讓學(xué)生進行探究性學(xué)習(xí)。如高中生物教材中“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”這一實驗，教師可以嘗試引導(dǎo)學(xué)生選用不同濃度的蔗糖溶液、相同濃度下的不同溶液、不同植物細(xì)胞（如葉肉細(xì)胞觀察氣孔導(dǎo)度）來開展探究性學(xué)習(xí)。

學(xué)生參與探究性學(xué)習(xí)，要對探究的問題作出各種假設(shè)，要尋找問題的答案。在解決問題的過程中，學(xué)生要對問題進行推理、分析，找出解決問題的方向，然后通過觀察、實驗來收集事實，或者通過查閱文獻(xiàn)資料，對獲得的資料進行歸納、比較、分析，形成對問題的解釋。這一過程不僅培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，更重要的是學(xué)生的理性思維能力得到有效培養(yǎng)。

促使學(xué)生理性思維的形成是落實核心素養(yǎng)的具體要求。在生物教學(xué)中，筆者還嘗試開展了生物問題的實踐性、核心問題假設(shè)與驗證性教學(xué)，在實踐和探究中逐漸培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。在學(xué)生理性思維能力的培養(yǎng)上，教師應(yīng)充當(dāng)“引導(dǎo)者、組織者、開發(fā)者”，在新課程理念的指導(dǎo)下，以生為本，積極組織學(xué)生進行自主、探究、合作學(xué)習(xí)，方能促進學(xué)生理性思維的有效發(fā)展。