基于科學思維達成的生物學概念學習

安云彥 劉夢琦 李秋石

(河北師范大學生命科學學院 石家莊 050024)

生物學核心素養是學生獲得的持久能力和品格，是學生終身受益的學習成果，其中科學思維是學生認識物質世界、爭取獲得高質量結果的思維方式和習慣[1]。在科學思維形成的具體過程中，學生運用科學的方法認識事物、運用科學論證解決實際問題，從而獲得高質量的概念學習。因此，生物學概念教學的形成需要和學生的科學思維的達成有效對接。

1 呈現外部表征、形成概念沖突，實現形象思維和概念問題的對接

在生物學概念學習的過程中，科學思維能力的形成需要通過對概念進行一定的外部表征(包括物理模型、文字、符號、圖像、視頻等)作為支撐。通過外部表征，學生形成概念沖突，產生質疑精神，從而以對概念產生的問題為起點進行概念學習。概念問題是學生思考和探究的前提，同時也聚焦了學生的科學思維。

例如，在學習“基因突變”相關概念時，教師引導學生對這一概念進行外部表征： 第一步是進行圖解表征： 逐步引導學生構建出鐮刀型細胞貧血癥的病因圖解，深入理解由于堿基對的替換導致基因突變的機制。同時，引發學生對導致基因突變的堿基對的其他可能性行為產生質疑并作出猜想。第二步是進行物理模型表征，引導學生利用教具構建出正常的DNA、 RNA和蛋白質的結構模型，并對自己的猜想進行教具演示，深入理解堿基對的增添和缺失也可以引起基因突變，并產生“什么原因會引起堿基對的替換、增添和缺失”的質疑。通過一步步地呈現外部表征，實現了問題引領下的概念學習和形象思維發展的對接。

2 開展科學論證、促進概念理解，實現論證思維和概念內化的對接

科學思維是一個理論與證據相互協調的過程，是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式[2]。在生物學概念學習的過程中，科學思維的達成需要證據意識和理論意識的相互結合，即通過不斷地實踐與實驗探求證據，讓理論與證據不斷碰撞，用論證思維構建科學概念與解釋。通過科學論證的過程，彌合學生先前所產生的概念沖突，從而使科學概念在學生的思維中得以內化。

例如，在學習“基因在染色體上”這一概念時，教師要著重培養學生的論證思維。以對基因和染色體的行為關系的類比推理為論證基礎得出論證的主要問題，即：“基因位于染色體上的證據是什么？”以紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅的雜交實驗作為論證主體，來解釋既有的理論和事實。以紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅的測交實驗作為論證實質，來對論證過程進行驗證，使整個論證過程科學嚴謹。這樣，就形成了通過論證基礎發現問題、通過論證主體解釋事實、通過論證實質科學驗證的論證思維。同時，學生在整個論證過程中經過對類比推理、雜交實驗與測交實驗的深度學習，在促進學生生物學概念理解的同時，實現了概念的內化。

3 綜合分析思維、構建概念框架，實現邏輯思維和整體概念的對接

在生物學概念學習的過程中，教師一方面要引導學生對重要概念進行論證以加深學生對于相關概念的深入理解。另一方面，生物學概念教學不應只停留在理解眾多孤立零散的概念上，而是要幫助學生通過綜合分析等方式來建立重要概念，并以此來構建概念框架。綜合分析既是概念框架構建的基礎，也是邏輯思維的基礎，通過歸納、概括、演繹、推理等方式對重要概念進行分析綜合，既能實現整體概念的認知，又能實現邏輯思維的發展。

例如，要解決2016年高考全國卷I第30題第3問，首先要根據自變量和因變量綜合分析，提煉相關的概念語詞： 光合作用強度、光照強度與遺傳因素；其次，還需要整合這些概念及關系，形成概念框架的整體分析： ①當遺傳物質相同(都來同一品種植物)，光照強度不同時(分別為甲組培養條件和乙組培養條件)，光合作用強度曲線不同。②當遺傳物質相同(都來自同一品種植物)，光照強度相同時(都為甲組的培養條件)，光合作用強度曲線相同。最后，再經過邏輯思維的歸納概括可得出概念框架本質： 光合作用強度的表型=環境+基因型。進而可以表述為乙組光合作用強度與甲組不同是由于環境低光照引起的，而不是遺傳物質改變引起。整個過程很好地測評了學生整體概念意識和綜合分析思維。

4 深入科學實踐、進行概念遷移，實現實踐思維和概念應用的對接

科學思維的形成需要實踐的檢驗。在科學實踐中，應用生物學概念解決不同情境下的真實生物學問題是概念學習的最高水平。學生在新情境下遇到生物學問題時，要能夠利用已有的生物學知識和科學思維方法去進行實踐或實驗，探尋證據、推理設計、表述觀點、進行決策，在概念應用中發展實踐思維，提升真正的概念遷移能力。

例如，在學習完“微生物的培養與應用”后，可以為學生提供2016年高考全國卷I第39題中的“根據空氣中的微生物在重力等作用下可一定程度地沉降”的情境開展科學實踐，探究“教室內不同高度空氣中微生物的分布情況”。通過實驗，既發展了實踐思維，又實現了培養基成分、實驗設計思路、計數方法等概念的遷移與應用。再如，學習完“標志重捕法”這一概念后，鼓勵學生去調查某一養漁場中鯉魚的數目，在發展實踐思維的同時實現標志重捕法中取樣、計算與結果分析等相關概念的應用與遷移。