例談初中生物學概念教學中科學思維能力的培養

吳文清

（常熟市海虞中學 江蘇蘇州 215519）

生物學教學的主要任務是幫助學生發現生命世界的內在規律，掌握認識生命奧秘的思維方式和探究方法。達成上述目標需要教師通過概念教學有效傳遞生物學核心知識，同時通過思維訓練、任務探究等手段有效傳遞生物學特有的思維方式和探究方法，在此基礎上逐步引導學生建立生命觀念、發展科學思維與科學探究能力、培養社會責任意識。下面就初中生物學概念教學與科學思維能力培養這一論題作初步探討。

1 生物學概念與科學思維的關聯性

生物學教學中，不是每一堂課都可以采用科學探究，但是每一堂課都可以鍛煉科學思維。科學思維是一種有效管理思維結構的范式、習慣和方法。生物學課程中的科學思維要以生物學事實、概念為基礎。同時，生物學概念的建立、生物學所揭示的生命現象之間的因果聯系和生物學規律，也離不開科學思維。建立結構良好的生物學概念體系既是運用科學思維的結果，也是科學思維能力的提升過程。

2 通過概念教學培養科學思維能力

生物學學科核心素養中的科學思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。其構成要素包括歸納與概括、演繹與推理、模型與建模和批判性思維等。教師應在概念教學過程中有側重地針對科學思維的各要素進行培養。

2.1 在概念建構中培養歸納與概括能力

從科學概念形成的過程來分析，對事物本質屬性的把握是人們從大量的事實中歸納提煉出來的。因此學生建構新概念過程中常用到歸納和概括的思維方法。

例如，在“植物的光合作用”一節教學，教師可組織開展如下探究活動:開展“探究陽光在植物生長中的作用”活動，學生通過觀察實驗現象、分析實驗結果，建立“光照是植物合成有機物的必需條件”的概念表象；分析科學史資料“普利斯特利的小白鼠實驗”，建立“植物可以更新空氣”的概念表象，結合教師提供的金魚藻數字化演示實驗證據，將概念表象修正為“植物合成有機物的過程中會吸收二氧化碳、釋放氧氣”；開展“探究植物進行光合作用的場所”活動，教師引導學生選用不同材料（青菜的不同器官、銀邊天竺葵等）提出假設、設計并實施實驗，建立“只有植物綠色的部位才能合成有機物”的認識，分析科學史資料“恩吉爾曼的水綿實驗”，建立“植物合成有機物的場所是葉綠體”的概念表象；學生在親歷植物生長奧秘的發現史過程中，逐步將獲得的各種概念表象歸納概括，最終建構出完整的光合作用概念。學生還可以用畫圖法、公式法和類比法等多種方式來表征光合作用概念，進一步提升歸納和概括能力。

2.2 在概念同化中培養演繹與推理能力

在生物學的學習過程中，演繹與推理思維能力要求學生能夠運用已經學過的生物學規律，通過觀察、實驗、猜想等活動，預測和探討相關的生命現象，并能用恰當的方式闡明自己的想法。相比于直接告訴學生答案的學習方式，演繹與推理的方式更有利于學生主動、深入地理解生物學概念，形成嚴謹的科學思維習慣。

例如，在“單細胞生物”一節教學中，不少教師往往會陷入線性呈現草履蟲不同結構與功能的教學誤區。深入研究課標和教材不難發現，本節教學重點在于幫助學生理解單細胞生物在組成和生命活動方式上的特殊性，而依靠機械識記草履蟲的結構和功能顯然是無法建立這種理解的。本節教學可作如下改進:首先，教師引導學生分析多細胞生物的組成和特征后，抽提出本節的核心概念:“單細胞生物由一個細胞構成并能獨立完成生命活動”。接著，學生以文本中的“草履蟲”開展論證式探究:基于“觀察草履蟲標本和模式圖”的活動，建立“草履蟲是一種微小的生物，它的身體由一個細胞構成”的概念性認識；基于“觀察草履蟲的運動和攝食”“探究草履蟲對外界刺激作出的反應”和“分析草履蟲的呼吸、排泄、生殖資料”等活動，建立“草履蟲能獨立完成基本的生命活動”的概念性認識。這種以核心概念建立對單細胞生物的意義感知，經論證式探究加以檢驗的教學方式，使學生跳出了對知識的零散認知，理解重要概念的同時，也為同化“草履蟲的結構與功能相適應”的生命觀念打下了良好的基礎。

2.3 在概念轉變中培養模型與建模能力

《美國國家科學教育標準》指出，學生的探究活動最終應該構造一種解釋或一種模型。通過建立模型可以將科學概念轉化為學生能夠理解的形式，進而建立抽象概念的意義認知。直觀教學是概念轉變教學的重要原則之一，以模型的建構、分析和應用為特征的建模教學在概念教學中作用突出。生物學中常見的模型有數學模型、物理模型和概念模型等。

2.3.1 建立物理模型，促進概念轉變

物理模型主要應用于解釋一些抽象的概念或理論，給這些陌生抽象的概念、規律賦予間接的直觀形象，有利于啟發學生思維，化難為易，從而使學生獲得鮮明、生動、完整的新概念、新理論。

例如，在“生物體的基本結構”教學中，為了促進對植物細胞結構和功能的理解，學生小組以多種新鮮水果、豆類種子和橡皮泥為材料，合作構建植物細胞的物理模型，在課堂上展示并修正模型。以物理模型制作為載體開展本節教學，既大大降低了學生認識植物細胞的難度，也提高了學習的趣味性，深化了對“生物體結構與功能相適應”的生命觀念的體悟。

2.3.2 建立概念模型，促進概念轉變

概念模型是指主要以文字表述來抽象概括出概念本質特征的模型，在生物學教材中主要以概念圖、示意圖的形式來呈現。如果學生的學習經歷了概念模型的建構過程，形成了對一類問題的結構化認識，那么他們就會像科學家那樣用科學的方法去認識原型問題，有助于學生高階思維能力的形成。

例如，在“探究魚類的特征”一節教學，教師首先提出核心問題:“魚類是如何適應水中生活的？”接著，帶領學生“走進”潛水艇，去尋找在水中生活需要的5個條件:①減少阻力；②增加動力；③調節比重；④準確導航；⑤獲取氧氣。由此構建魚類適應水中生活的初級概念模型。學生基于模型進行任務探究，在解決核心問題的同時完善概念模型，初步建立“生物體的形態結構與生活環境相適應”的生命觀念。

2.4 在概念遷移應用中培養批判性思維能力

批判性思維是指具有目的性和反思性的判斷，是一種反思和質疑的方法和精神氣質，是和諧社會民主精神、科學態度和創新意識的基礎或必要條件，是一種不唯書、不唯上、只唯實的思維意愿和能力。在概念遷移運用階段，教師可引導學生基于生命的復雜性和多樣性，嘗試對生命事件進行多因素多維度的思考和解釋，據此發展學生的批判性思維能力。

例如，在“認識細菌”教學中，為使學生辯證性地看待細菌與人類的關系，教師在課前讓學生收集資料，課上開展“細菌的利與弊”辯論賽。正方表達細菌對人類利大于弊:①人類的健康離不開細菌；②人類的生產生活離不開細菌；③人類賴以生存的自然環境也離不開細菌。反方表達細菌對人類弊大于利:①腐生細菌會導致食品腐敗變質；②很多危害人類健康的疾病由細菌引起；③病原菌引起的牲畜傳染病困擾養殖業。舉證和辯論會使全體學生共同認識到細菌既有對人類有益的一面，也有對人類有害的一面。人們要深入研究細菌，利用科技避免細菌帶來的危害；同時探索發現細菌更多的利用價值，造福全人類。

總之，科學思維的各種能力不等同于知識，無法通過灌輸得到提高，教師應在深刻把握科學思維內涵的基礎上，將科學思維各要素的培養整合到日常的概念教學過程中，夯實歸納與概括、演繹與推理和模型與建模等形式邏輯思維能力的訓練，也能重視促進批判性思維等辯證邏輯思維能力的發展，以此切實提升學生的生物學學科核心素養。