淺議科學(xué)思維在高中生物學(xué)大概念中的體現(xiàn)及教學(xué)策略

辛光珠 潘龍龍

(甘肅省臨夏回民中學(xué) 臨夏 731100)

1 科學(xué)思維在生物學(xué)大概念中的體現(xiàn)

“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹和推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會(huì)議題。筆者經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐與思考，總結(jié)歸納了科學(xué)思維方法在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》必修大概念部分的體現(xiàn)(表1)。

2 科學(xué)思維下的教學(xué)實(shí)施策略

課堂教學(xué)過(guò)程是培養(yǎng)科學(xué)思維方法的主要途徑，通過(guò)課堂教學(xué)合理設(shè)計(jì)，采用多樣的教學(xué)策略，讓學(xué)生掌握運(yùn)用科學(xué)思維的方法獲得知識(shí)的能力。

2.1 利用集合圖提高對(duì)核心概念的歸納與概括能力 歸納法是對(duì)觀察實(shí)驗(yàn)和調(diào)查所得的個(gè)別事實(shí)概括出一般原理的一種思維方式和推理形式，其主要環(huán)節(jié)是歸納推理。生物學(xué)核心概念是教師或?qū)W生對(duì)生物學(xué)核心問(wèn)題的相對(duì)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)或看法，區(qū)別這些核心概念的內(nèi)涵和外延是掌握概念的基礎(chǔ)，而采用集合圖可以有效地闡釋概念的內(nèi)涵和外延。在生物教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用集合圖，既可以幫助教師有效地進(jìn)行核心概念的教學(xué)，又可以幫助學(xué)生理解這些核心概念，為學(xué)好生物學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

例如，在學(xué)習(xí)生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次時(shí)，設(shè)計(jì)如圖1的集合圖，可以簡(jiǎn)明扼要的歸納與概括出各生命層次之間的包含關(guān)系，幫助學(xué)生有效避免相關(guān)概念之間的混淆。歸納法是從個(gè)別認(rèn)識(shí)到一般規(guī)律，其具備或然性，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的線(xiàn)性推理，所以只能體現(xiàn)一般規(guī)律。如植物沒(méi)有系統(tǒng)，單細(xì)胞生物沒(méi)有組織、器官、系統(tǒng)等層次。

圖1 生命系統(tǒng)層次集合圖

2.2 利用教材旁欄思考訓(xùn)練演繹和推理能力 演繹法是指以一定反映客觀規(guī)律的理論認(rèn)識(shí)為依據(jù)，從服從該認(rèn)識(shí)的已知部分推出未知部分的思維方法，是由一般到個(gè)別的認(rèn)識(shí)方法，教材中出現(xiàn)的假說(shuō)—演繹是演繹法的經(jīng)典形式之一。利用假說(shuō)—演繹法，讓學(xué)生以類(lèi)似于科學(xué)家的工作方法去發(fā)現(xiàn)、假設(shè)和推測(cè)，自主發(fā)現(xiàn)科學(xué)知識(shí)和規(guī)律。以教材旁欄思考板塊為突破口，按照四環(huán)節(jié)展開(kāi)必修2“基因表達(dá)”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)： ①創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題。翻譯是以mRNA作為模板，其堿基只有四種，常見(jiàn)的組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，那么這四種堿基是如何決定這么多氨基酸的？②分析問(wèn)題，作出假設(shè)。小組討論分析mRNA堿基決定氨基酸的方式可能有一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)及以上。分析若一個(gè)決定一種只能有4種氨基酸，兩個(gè)決定有16種，三個(gè)決定有64種組合，完全滿(mǎn)足20種氨基酸情況，若四個(gè)及其以上決定，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了氨基酸總數(shù)，在細(xì)胞高度精密和有限的環(huán)境中不太可能出現(xiàn)這種資源閑置的情況，因此提出假說(shuō)： 翻譯過(guò)程中由三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸。③利用教材旁欄思考(必修2第64頁(yè))進(jìn)行演繹推理。根據(jù)前面建立的假設(shè)，形成推論： 一個(gè)氨基酸的編碼至少需要3個(gè)堿基才足以控制蛋白質(zhì)的20種氨基酸。④用科學(xué)史來(lái)驗(yàn)證推理。1961年克里克以T4噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，研究其中某個(gè)基因的增加或減少對(duì)其所編碼蛋白質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相關(guān)堿基中增加刪除一個(gè)或兩個(gè)堿基不能合成正常蛋白質(zhì)，但當(dāng)增加或者刪除三個(gè)堿基時(shí)能夠合成具有功能的蛋白質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明遺傳密碼中三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，同時(shí)證明遺傳密碼從固定起點(diǎn)開(kāi)始，以非重疊方式閱讀。

2.3 利用自制模型活動(dòng)提升建模能力 實(shí)物模型教具有形象直觀的特點(diǎn)，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生親自參與模型的制作激發(fā)認(rèn)知興趣，培養(yǎng)建模能力，助推認(rèn)知過(guò)程。學(xué)習(xí)人教版高中生物學(xué)必修1《分子與細(xì)胞》第3章“細(xì)胞器——系統(tǒng)內(nèi)的分工合作”這節(jié)時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用教材插圖或者幻燈片展示。由于圖片展示的局限，學(xué)生只能在平面層次對(duì)這些抽象的細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)知，如果設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)讓學(xué)生親自參與細(xì)胞石膏模型的構(gòu)建，在制作過(guò)程中得到認(rèn)知體驗(yàn)，效果要大于圖片的感官刺激，學(xué)生作品如圖2、3。

圖2 動(dòng)物細(xì)胞剖面石膏模型

圖3 植物細(xì)胞剖面石膏模型

2.4 展開(kāi)課堂辯論賽鍛煉批判性思維 批判性思維是指技能和思想態(tài)度，任何涉及智力和想象的論題都可從批判性思維的視角來(lái)審查，其本質(zhì)是懷疑、分析和批判的。辯論是正反兩方觀點(diǎn)的碰撞，是矛盾思維的對(duì)峙，是批判性思維應(yīng)用中最典型、最廣泛的場(chǎng)合。辯論是將本方的立論建立在對(duì)對(duì)方主張及其理?yè)?jù)的懷疑及批判上，很容易激發(fā)人的思考潛能，提出自己對(duì)問(wèn)題的新見(jiàn)解。

例如，通過(guò)組織展開(kāi)“轉(zhuǎn)基因生物與食品安全”課堂辯論賽，學(xué)生在基于已有的基礎(chǔ)知識(shí)和原理，對(duì)辯論資料收集整理，借助辯證思維，對(duì)辯題做出全面深刻的透視，準(zhǔn)確地把握爭(zhēng)議點(diǎn)、切入點(diǎn)和立足點(diǎn)，以據(jù)說(shuō)理、以理服人，體現(xiàn)自己對(duì)轉(zhuǎn)基因食品安全性問(wèn)題的見(jiàn)解，培養(yǎng)獨(dú)立思考的品格和團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí)，既使得課堂輕松有趣，又能充分鍛煉質(zhì)疑和批判性思維精神。

2.5 利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)創(chuàng)造性思維 生物學(xué)科是一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科，其理論和事實(shí)依據(jù)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支撐，要求學(xué)生不僅能夠獨(dú)立完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)，更應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造性地參與。實(shí)際操作中讓學(xué)生完全獨(dú)立創(chuàng)新設(shè)計(jì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)可能難度較大，不妨從已有實(shí)驗(yàn)的某個(gè)“點(diǎn)”入手進(jìn)行嘗試。

例如，“檢測(cè)生物組織中的糖類(lèi)脂肪和蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中刻意不要配置現(xiàn)成斐林試劑，那么還原糖鑒定實(shí)驗(yàn)該怎么做？提示學(xué)生能不能利用現(xiàn)有的雙縮脲試劑自己來(lái)配置斐林試劑？學(xué)生通過(guò)查閱教材發(fā)現(xiàn)兩者的配方中，甲液都是質(zhì)量濃度為0.1g/mL的NaOH，乙液都是CuSO4但質(zhì)量濃度不同，所以問(wèn)題集中到如何將CuSO4濃度升高上。然后出現(xiàn)多種思路，有人提出溶液加熱蒸發(fā)到原來(lái)的五分之一，馬上有學(xué)生質(zhì)疑加熱蒸發(fā)會(huì)不會(huì)影響到溶液的穩(wěn)定性，且該過(guò)程如何精準(zhǔn)的控制蒸發(fā)量；又有學(xué)生提出一并稀釋降低NaOH溶液濃度，配出低濃度的斐林試劑，之后增大待測(cè)組織樣液的量等想法，同樣引來(lái)質(zhì)疑如此會(huì)不會(huì)影響到最終實(shí)驗(yàn)效果?此時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生在注意實(shí)驗(yàn)安全的前提下，自己設(shè)計(jì)嘗試達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，并且評(píng)價(jià)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)效果。雖然是小小的一個(gè)試劑問(wèn)題，但能夠調(diào)動(dòng)起學(xué)生的興趣和思維探索，激發(fā)他們創(chuàng)造力。