例談理性思維培養視角下的高中生物實驗教學

翟德栓

摘 要 分析高中生物實驗教學有悖于學生理性思維培養的教學現象，提出“結果轉化為過程、理論轉化為實踐、顯性轉化為隱性”三種教學模式，以此促進學生理性思維培養。

關鍵詞 理性思維 實驗教學 教學模式轉化

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

理性思維是一種思維范式，指為獲取知識而進行有目的想象、判斷、推理等思維過程，是生物學科素養的重要組成部分。學生理性思維在高中生物實驗學習中體現為：① 依據相關知識，將單獨的實驗現象結合成整體，形成基本認知規律（歸納和概括能力）。② 通過已有信息對未觀察到實驗現象進行科學的推斷（演繹和推理能力）。③ 結合實驗現象或結論理解相關知識，構建模型并闡明原理（建模和論證能力）。鑒于此，通過培養學生歸納概括能力、演繹推理能力、建模論證能力，從而促進學生理性思維發展是高中生物實驗教學的重要目標。高中生物實驗教學中，多數教師遵循教學邏輯以提升學生思維品質，但仍會出現有悖于學生理性思維培養的教學現象。

1 有悖于理性思維培養的教學分析

學生思維數量、思維質量、思維容量的發展和提升是培養學生理性思維的前提。在生物學實驗教學中，有些教師的教學重心在于單一的知識傳授，把傳遞知識做為教學主導，關注學生獲取知識技能的形成，忽視學生認同知識產生和發展的思維邏輯培養，導致學生缺乏獨立思考的能力，無法完成自身思維模式和思維結構的建立，限制了學生理性思維的形成和發展。例如從實驗目的確立、實驗材料選擇、變量控制、實驗步驟設計到實驗結論得出，有些教師利用自己習慣性思維牽制學生學習，學生處于被動地位，不僅學習興趣低，還會出現疏于思考和依賴教師灌輸的思維習慣。

學生思維意識、思維觀念、思維行為的統一和連貫是培養學生理性思維的基礎。在生物實驗教學中，有些教師把教學任務聚焦在學生知識體系的完善，偏重于指導學生對理論知識理解，忽視培養學生解決實際問題的能力。學生缺少將理論知識應用于實踐活動的體驗，無法將理論知識內化成自身思考問題、解決問題的思維方式，因此不能形成統一的思維整體，限制了學生理性思維的拓展和延伸。教師經常忽視學生個體的學習經驗，缺少鼓勵、引導或直接指導學生解決實際問題的過程，導致教師的“教”與學生的“學”缺少針對性。例如，學生已經學習過用標志重捕法進行種群密度調查的知識，對于如何使調查結果更接近真實值，很多學生依然模糊?！皺z測生物組織中糖類”教學活動，學生已經學習過檢測還原糖的原理知識，但依然選擇西瓜汁、西紅柿汁等做為實驗材料。

學生探究動機、探究意識、探究維度的承接和拓展是培養學生理性思維的途徑。生物學實驗教學中，有些教師強調借助問題驅動學生，開展探究活動，忽視為學生構建探究活動所需背景知識，或者不能發揮在學生探究活動中的向導作用。學生無法把驅動問題轉化為可探究體驗，導致學生探究興趣、探究思路和探究方法被割裂，限制了學生理性思維的完善和提升。例如“探究2，4-D對插枝生根作用”活動中，教師借助問題引導學生探究不同濃度2，4-D溶液對枝條生根的影響，通過培養學生分析處理實驗數據的思維能力，使學生體驗生長素及其類似物在農業生產應用中的應用。由于教師缺乏對學生探究活動的指導，學生在探究活動中會出現困難。如不清楚如何在合理區間內設置2，4-D溶液濃度梯度才能使實驗結果準確；在教師提供實驗數據之后，不能正確利用實驗數據反映實驗結果......

2 轉化教學模式促進理性思維培養

為了培養學生的理性思維，教師在高中生物學實驗教學中應促進學生思維能力由“知識理解”向“知識遷移”和“知識應用”發展。教師要從培養學生歸納概括能力、演繹推理能力、建模論證能力著手，依照高中生物實驗教學特質轉化教學模式，促進學生理性思維的提升。

2.1 “結果”轉化為“過程”，培養歸納概括能力

“知識結果教學”強調將傳授知識做為教學主導。將學生的學習行為與灌輸知識聯結?！爸R過程教學”注重將知識產生和發展路徑融入教學活動，在掌握知識結構中完善學習技能。高中生物實驗教學由“知識結果教學”轉化為“知識過程教學”模式，一方面促進學生認知思維的形成，另一方面調控學生理解思維的發展，進而有利于學生形成整體探究的思維模式，培養學生歸納概括能力。例如在“使用顯微鏡觀察細胞”教學活動中，教師先組織學生觀察碘液染色的人口腔上皮細胞、龍膽紫溶液染色的蠶豆根尖分生組織細胞、大腸桿菌細胞和藍藻細胞，引導學生畫出在顯微鏡下觀察到的細胞結構，再說出四種細胞結構的主要差異。通過進一步觀察細胞切片活動，學生歸納概括并認同“有無核膜包被的細胞核是真核細胞與原核細胞的主要區別”結論。

將“知識結果教學”轉化為“知識過程教學”模式，教師可運用“執果索因”的教學方法，引導學生從結果出發探究產生結果的一種或者多種原因，幫助學生領悟多角度思維加工和分類過程，使學生的思維數量、思維質量、思維容量都得到發展和提升。在學生探究過程中，教師要聚焦生物實驗學習中出現的個別特征、個別方面思維的特質，可在歸納概括思維的形成階段滲透，有利于促進學生概括歸納思維的生成。例如在“觀察葉綠體”教學活動中，教師先組織學生觀察、黑暗條件下培養的黑藻葉片、成熟的黑藻葉片、干燥的黑藻葉片，三種材料中葉綠體的形態分布及細胞中胞質環流現象。再組織學生歸納概括出哪些條件下培養的黑藻葉片適宜做為“觀察葉綠體”活動材料，進而引導學生認同光照、水分、溫度、葉片生長情況會影響葉肉細胞中葉綠體的形態分布及胞質環流這一結論。

2.2 “理論”轉化為“實踐”，培養演繹推理能力

“理論知識教學”的核心在于培養學生形成識別知識的思維技能，把完善認知作為教學目標，忽視學生運用知識的思維訓練，導致學生的邏輯思維、實證思維水平較低。例如在“光合色素提取分離”教學活動中，受“理論知識教學”模式桎梏，學生邏輯思維封閉，實驗操作中將層析液沒及濾液細線使色素無法成功提取，加之實證思維固化，不能找到實驗失敗原因。

“實踐活動教學”把解決問題做為教學主線，強調利用真實問題情境培養學生借鑒已有知識解決未知過程的思維能力，聚焦學生思維由淺表認知向深層應用的轉變。例如“觀察植物細胞質壁分離及質壁分離復原”教學活動，如果運用“理論知識教學”，學生通過觀察實驗現象，只能認同發生滲透作用的兩個必要條件，學生思維意識和思維行為過于簡單化和模式化。轉化為“實踐活動教學”模式，教師除提供蔗糖溶液做試劑外，還為學生提供氯化鈉溶液和硝酸鉀溶液。教師組織學生利用滲透作用知識，演繹、推理洋蔥細胞浸泡在不同濃度氯化鈉溶液和硝酸鉀溶液中發生的現象，引導學生推理：無機鹽被吸收后會進入植物細胞的液泡中，使植物細胞液濃度增大。進而學生會演繹出：洋蔥細胞浸泡在不同濃度的氯化鈉溶液和硝酸鉀溶液中發生質壁分離后自動復原現象。在學生演繹推理得出實驗結論后，教師再組織學生進行實驗驗證。此種教學模式除了加深學生對滲透作用發生條件的認知，更讓學生認同“植物細胞保持活性是植物細胞發生質壁分離及復原必要條件”重要結論。“實踐活動教學”模式在發展學生解決問題能力的基礎上，促進學生邏輯思維由片斷式拼接知識向連貫式應用知識方向發展，防止學生實證思維出現固化。

“理論知識教學”轉化為“實踐活動教學”模式有利于構建學生應用知識的能力，在問題情境引導下，培養學生借鑒已有知識或實驗現象，探討或者預測未知實驗過程，得出正確實驗結論的思維素養。在應用已有知識解決未知問題的過程中，學生思維體系逐漸具體、完善和成熟。思維意識由簡單化向復雜化方向提升，思維行為由模式化向創新化方向改變，思維觀念由斷層式向連貫式方向發展，推動學生演繹推理思維的提升。

2.3 “顯性”轉化為“隱性”，培養建模論證能力

“顯性問題教學”模式凸現高中生物實驗教學中的問題資源，以問題素材和問題設置做為教學范式，強調以問題為媒介，通過對問題的組合、疊加和變式推進實驗教學發展?！帮@性問題教學”模式把教學結構規劃在教師設置的問題范圍之內，將問題驅動與學生的探究活動分割，割裂學生探究興趣、探究思路、探究方法與問題資源之間的聯系，導致學生探究活動無法融入問題學習。一方面，教師對學科問題的過度挖掘將高中生物實驗教學引入“怪、難、偏”的方向；另一方面，學生的探究意識、探究行為、探究思維無法建立和完善。

“隱性探究教學”模式將問題資源弱化，突出以探究方式達成高中生物實驗教學目標。通過“精、短、少”的問題設置，激活學生探究興趣，驅動學生探究行為，發展學生探究思維?！半[性探究教學”模式遵循“問題—探究—實踐”教學范式。問題設置做為促進學生探究活動開展的導向，通過探究實踐發展學生問題思維，以拓展學生實踐能力做為教學任務。

“任務前置”是“隱性探究教學”模式常用的教學方法。教師課前發布學習任務，促進學生課前理解相關問題及開展初步探究活動。學生在充分了解研究問題后，開展探究學習，在提升學生探究興趣和經驗基礎上有利于學生探究思維的形成，為教學中探究活動開展做好充足準備。教師與學生課前進行交流，在了解學生學習中遇到的困難后再組織教學，從而提高“隱性探究教學”的有效性。

高中生物實驗教學的困難在于學生缺乏相關探究體驗，無法形成建模論證能力。由“顯性問題教學”轉化為“隱性探究教學”模式強調變注入式教學為探究式、參與式教學。教師將學生探究問題涉及的原理、方法、步驟及背景知識等提前發布給學生，鼓勵學生自主構建探究路徑，促進學生在課前開展小組合作學習和初步討論。學生課前便可形成理解問題、探究思考的思維習慣。這樣高中生物實驗教學過程真正成為學生自主發現和提出問題、分析和解決問題的過程，為培養學生結合生物實驗教學內容闡明相關生命原理的思維意識創造條件，有利于提升學生的論證水平。教學模式的轉變使教師設置問題具有明確的目的性，教學中便于組織學生有序探究，通過從具體到抽象、特殊到一般展開探究活動，有利于學生通過參與探究活動或經歷探究思維發展，體驗正確運用文字圖示、分析實驗現象或者結合實驗結論及相關知識構建生物模型的研究路徑，發展學生的建模能力。如“DNA分子結構及其特點”活動中，教師利用“隱性探究教學”模式開展教學，提供以下資料：① 物理學家威爾金斯和化學家富蘭克林得到DNA晶體衍射圖像。② 沃森、克里克和威爾金斯認識到，DNA是一個“糖—磷酸”骨架在外側、堿基在內側的分子，堿基間以氫鍵相連。③ 美國卡伽夫等人在研究DNA分子組成時發現，A和T數量相等，G和C數量相等，但A+T的量不一定等于G+C的量。A和T通過2個氫鍵相連，G和C通過3個氫鍵相連。教師提前向學生發放資料，引導學生從“四種脫氧核苷酸、基本骨架、雙螺旋結構、反向平行”方面開展探究活動。在教學過程中，教師發放教具，組織學生以小組為單位，結合課前探究成果合作搭建DNA雙螺旋結構模型。之后，再對搭建的DNA雙螺旋結構模型進行論證。教學模式的轉變使學生在充分了解研究問題之后開展探究學習，有利于學生形成探究思路找到研究方法，培養學生探究思維的整體性和系統性。在培養學生對知識的遷移和應用過程中，學生的建模論證能力得到發展。

《中國學生發展核心素養》將“理解和掌握基本的科學原理和方法；傳承和保持實證意識、清晰邏輯、嚴謹求知；學會運用科學思維方式認識事物、解決問題”做為發展學生理性思維的重要內容。高中生物學實驗教學中，學生思維方式復雜而且多元，教師要改變教學模式采用多種教學方法，培養學生理性思維，提高學生學科素養。