培養(yǎng)科學(xué)論證能力存在的疏忽及對策

湖南

2003年版《普通高中生物課程標準（實驗）》把理性思維（批判性思維）能力的培養(yǎng)列為生物學(xué)科的重要目標，高考命題也早已把理性思維能力作為考查方向。然而，多數(shù)教師對培養(yǎng)學(xué)生理性思維能力的意識不強，存在疏忽，特別是在培養(yǎng)科學(xué)論證能力方面著力不夠。

1.科學(xué)論證是理性思維的核心

理性思維是中學(xué)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，是理由充分、邏輯嚴密的反思判斷，其核心是科學(xué)論證。科學(xué)論證的模式如下（圖1）：

圖1 科學(xué)認證的模式圖

2.教學(xué)中的主要疏忽點

2.1 對基本概念把握不準確，判斷易受干擾

【例1】（2015年·全國卷Ⅰ·第30題節(jié)選）剪斷實驗兔的迷走神經(jīng)后刺激其靠近心臟的一端，迷走神經(jīng)末梢釋放乙酰膽堿，使心臟活動減弱減慢、血壓降低。在此過程中，心臟活動的調(diào)節(jié)屬于__________調(diào)節(jié)。乙酰膽堿屬于_____(填“酶”“神經(jīng)遞質(zhì)”或“激素”)。

答案“神經(jīng)”與“神經(jīng)遞質(zhì)”，竟被許多老師“修正”為“體液、激素”或“體液、神經(jīng)遞質(zhì)”，并發(fā)布于許多教學(xué)資源網(wǎng)站。修正的理由有迷走神經(jīng)被剪斷，不考慮神經(jīng)調(diào)節(jié)、剪斷迷走神經(jīng)后刺激其靠近心臟的一端，反射弧已經(jīng)被切斷，心臟活動的調(diào)節(jié)屬于體液調(diào)節(jié)。

激素和二氧化碳等信號分子通過體液的傳送調(diào)節(jié)生命活動叫作體液調(diào)節(jié)。體液調(diào)節(jié)可以看作是神經(jīng)調(diào)節(jié)的組成部分：（1）血漿中二氧化碳濃度的增加，是引起神經(jīng)調(diào)節(jié)的刺激；（2）激素的分泌也受神經(jīng)調(diào)節(jié)，是神經(jīng)調(diào)節(jié)的終端或延續(xù)。體液調(diào)節(jié)中化學(xué)信號通過體液傳送與神經(jīng)遞質(zhì)在突觸間隙(亦屬體液)的傳遞是有差異的，神經(jīng)遞質(zhì)與激素的作用方式也是有差異的。此題中刺激神經(jīng)纖維導(dǎo)致乙酰膽堿的釋放及引起效應(yīng)，是通過神經(jīng)調(diào)節(jié)途徑實現(xiàn)的。

2.2 對證據(jù)與判斷之間關(guān)聯(lián)性的分析不充分

主要表現(xiàn)為在（實驗）資料分析型內(nèi)容的教學(xué)過程中討論分析不充分，忽視對實驗結(jié)果與實驗結(jié)論之間關(guān)聯(lián)性的探討，甚至只是把實驗結(jié)果與實驗結(jié)論當(dāng)作知識來教授 ，學(xué)生不能真正感悟到實驗結(jié)果對實驗結(jié)論的支持，理性思維能力得不到訓(xùn)練。例如，由于化學(xué)課程中活化能的教學(xué)滯后于生物學(xué)課程中酶的教學(xué)，許多教師對H2O2在不同條件下的分解實驗只是針對反應(yīng)速率的差異進行簡單的討論分析。以下是從注重理性思維的角度論證酶的高效性與酶的作用原理的實驗分析（見表1），值得參考。

表1 H2O2在不同條件下的分解實驗的分析

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析的方法不當(dāng)，得出的結(jié)論不嚴謹

某教輔書對“（2016年·天津卷·第2題）在適宜反應(yīng)條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后，突然改用與白光相同光照強度的紅光照射，ATP數(shù)量不會下降”的解釋為“由于葉綠素對紅光的吸收率高，改用與白光光照強度相同的紅光，光反應(yīng)增強，葉綠體產(chǎn)生的ATP和[H]增多”。如果白光的強度達到光飽和點，雖然改用與白光光照強度相同的紅光照射相當(dāng)于光照增強，但光反應(yīng)強度卻保持穩(wěn)定。由于編者分析處理數(shù)據(jù)時忽略了臨界點（光飽和點）附近量變與質(zhì)變的關(guān)系，故所做論證是片面的。

2.4 對習(xí)題評析方法不當(dāng)

主要表現(xiàn)是教師對習(xí)題評析驗證多、推導(dǎo)少，疏于捕捉思維的目標指向與參照物，容易忽視思維的過程性、邏輯性，不利于更好地發(fā)展學(xué)生的理性思維。

【例2】（2012年·安徽卷·第29題節(jié)選）為探究酵母菌無氧呼吸的場所，將酵母菌的細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體與酵母菌分別加入A、B、C試管中，再加入葡萄糖，在無氧條件下進行實驗，根據(jù)試管___________的實驗結(jié)果可以判斷出酵母菌進行無氧呼吸的場所。

驗證型評析：以無氧呼吸的場所是細胞質(zhì)基質(zhì)這一知識做先入為主的判斷，即如果A試管與C試管的結(jié)果相同(B試管與C試管的結(jié)果不相同)，無氧呼吸的場所是細胞質(zhì)基質(zhì)。

推導(dǎo)型評析：以有氧呼吸的場所作為參照物，遵循實驗設(shè)計分析的邏輯與模式，做出主要的幾種假設(shè)和推測，即①如果酵母菌的無氧呼吸只在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行，A試管和C試管的結(jié)果相同，B試管和C試管的結(jié)果不同；②如果酵母菌的無氧呼吸只在線粒體中進行，B試管和C試管的結(jié)果相同，A試管和C試管的結(jié)果不同；③如果酵母菌的無氧呼吸同時需要細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體A、B試管和C試管結(jié)果均不同。

驗證型評析能使學(xué)生較快“知其然”，但不一定能使學(xué)生“知其所以然”。推導(dǎo)型評析則能達到使學(xué)生“知其然，更知其所以然”的效果。

3.培養(yǎng)科學(xué)論證的教學(xué)策略

3.1 準確傳授知識并培養(yǎng)學(xué)科觀點

知識是理性思維的依據(jù)與載體，知識的傳授、識讀與鏈接的訓(xùn)練，是培養(yǎng)理性思維能力所需要的。學(xué)生分析討論某些生物學(xué)現(xiàn)象或解析情境試題時，會進行知識鏈接，但很少會聯(lián)想到重要的生物學(xué)觀點，然而生物學(xué)觀點是分析生物學(xué)現(xiàn)象和解析某些高考試題的立足點，故要注意生物學(xué)觀點的形成與運用。教師應(yīng)教會學(xué)生深刻理解某些生物學(xué)知識的含義及相互聯(lián)系，使之形成生物學(xué)觀點并培養(yǎng)學(xué)生解釋生物學(xué)現(xiàn)象的能力。

教師在教授新課時可與學(xué)生一道對某些核心知識進行比較、歸納、提煉，把知識內(nèi)化為生物學(xué)觀點；在習(xí)題講評時引導(dǎo)學(xué)生對習(xí)題中呈現(xiàn)的新現(xiàn)象，運用已學(xué)核心知識進行討論分析，通過批判性思維進行理性地判斷、預(yù)測，從而使新知識形成新觀點，同時發(fā)展理性思維能力。例如可通過編制試題或設(shè)置情境讓學(xué)生依據(jù)細胞生命活動的有序性和類比細胞間的信息傳遞，對細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運物質(zhì)的囊泡與細胞膜或細胞器的膜之間可能存在相互識別的機制、對線粒體外膜上可能存在丙酮酸脫氫酶（呼吸酶）的受體做出猜測或判斷。

3.2 增強培養(yǎng)理性思維能力的意識

培養(yǎng)理性思維能力的關(guān)鍵是探究問題的有效性，通過設(shè)置有效探究問題，引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)、嚴謹?shù)模▽嶒灒┵Y料分析。注意設(shè)置有效探究問題對重要實驗現(xiàn)象或?qū)嶒灲Y(jié)果的質(zhì)疑與關(guān)注、引領(lǐng)學(xué)生明確思維的目標指向，從而激活思維，拓展思維空間和突破思維的難點、盲點。實施實驗分析的教學(xué)前，教師應(yīng)該遵循科學(xué)性原則先進行嚴謹、全面的實驗分析，找出實驗分析的關(guān)鍵點、盲點及拓展方向；然后依據(jù)恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略與正確的教育教學(xué)理念進行教學(xué)設(shè)計，從細節(jié)著手，巧設(shè)疑問、激活思維；最后引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、猜測、分析、判斷。例如有的教師在教授孟德爾對自由組合現(xiàn)象的解釋時，通過還原孟德爾的思維過程，挖掘出培養(yǎng)理性思維的教學(xué)內(nèi)容（見表2），表現(xiàn)出較強的培養(yǎng)理性思維能力的意識。

3.3 采用恰當(dāng)?shù)睦}講評方式，強化探究分析的程序與模式構(gòu)建

驗證型評析與推導(dǎo)型評析的思維深度與廣度是有差異的，雖然在培養(yǎng)理性思維能力方面的效果各有優(yōu)劣，但鑒于教學(xué)實際和培養(yǎng)理性思維的目的，評析探究分析型試題應(yīng)該依據(jù)科學(xué)論證的模式適當(dāng)加重推導(dǎo)型評析的分量。

【例3】（2011年·安徽卷·第29題改編）選取長勢一致的小麥幼苗若干，隨機平均分為A、B兩組，B組施用適量氮肥，其他培養(yǎng)條件相同且適宜。在小麥灌漿期選擇晴朗無風(fēng)的上午，于9:30-10:30從每組選取相同數(shù)量的旗葉，進行CO2吸收量及葉綠素含量的測定。結(jié)果（均值）如下表3：

從影響光合作用的內(nèi)在因素進行分析，施氮肥提高了CO2吸收量的原因可能是_____________。

【解析】CO2的利用由暗反應(yīng)來完成，需要酶的催化和光反應(yīng)供[H]、供能（ATP），通過這一知識鏈接，先把思維的目標指向施用氮肥是單獨影響光反應(yīng)或單獨影響暗反應(yīng)，還是同時影響光反應(yīng)和暗反應(yīng)。然后，從實驗結(jié)果中尋找支持或否定各種影響的證據(jù)，A組葉綠素含量比B組的高，不支持該實驗施用氮肥影響光反應(yīng)，即施氮肥影響了暗反應(yīng)。

【答案】與參與暗反應(yīng)相關(guān)的酶的合成增加或酶活性增強有關(guān)

依據(jù)探究實驗的程序和科學(xué)論證的邏輯對習(xí)題做推導(dǎo)型解析或講評，這樣做看似浪費時間，卻可以使學(xué)生把陌生的試題情境置于熟悉的探究程序與科學(xué)論證模式中，不僅有益于培養(yǎng)學(xué)生的理性思維能力，而且以熟悉的程序與模式作為思維的參照物，容易捕捉到思維的目標指向，對提高學(xué)生高考應(yīng)試能力是有益的。

教材“技能訓(xùn)練”“拓展探究習(xí)題”及“旁欄”等欄目有很多理性思維的內(nèi)容，很多高考試題有這些教學(xué)內(nèi)容的影子。