生物教學中培養計算思維的實踐與思考

鄭珠銀

【摘要】作為一門綜合性很強的學科，初中生物涉及學生所學的很多認知，有化學上的、物理上的，也有數學上的。教師在進行生物教學時要培養學生多方面思考問題的能力，提升他們的擴展思維，將生物與更多的認知對接起來，以幫助學生獲得更深的理解。

【關鍵詞】生物教學;計算思維;實踐

在生物教學中，教師可以培養學生的計算思維能力，以幫助學生更深刻地理解相關的認知，進而生成生物素養。初中生物的內容有一部分涉及計算，這就需要培養學生的計算能力，這些計算能力是在運用生物原理、分析生物現象、拓展生物認知及以開展生物實驗的過程中逐步提升的。

一、在分析問題的過程中培養學生的計算思維

學生學習生物需要具備一定的思維品質，比如高階思維能力，以讓學生在課堂教學中進入深度學習狀態。分析能力是學生學習生物經常運用到的思維方式，要求學生能從常見的生物現象中分析出其本質的東西，要能從表象分析出內涵。計算思維能促進學生分析能力的發展，同樣在分析問題的過程中也能促進學生計算思維能力的提高。

在初中生物蘇教版七年級下冊《人的生殖和發育》這一章節中，教師設置了這樣一個問題：在《愚公移山》中有這樣的一句話，“子又生孫，孫又生子，子又有子，子又有孫，子子孫孫無窮匱也。”這個無窮匱真的是數不清嗎？能不能想象一下，若干年后，這個愚公家族到底會有多少人。這其實就是讓學生站在生物學的角度，以計算思維方式分析出這句話所涵蓋的生物原理。同時也告訴學生，在學習生物的過程中要分析一些具體的問題，可以從計算入手。為了培養學生的計算能力，教師從愚公移山過渡到這樣的問題情境上來：4萬對24歲的青年夫婦，假如在不考慮死亡問題的前提下，且每代中的男女比例相等，如果每對、每代都是25歲生孩子，如果他們都符合二孩生育政策，他們生兩個與生一個相比，50年后人口總數會多增加多少萬？教師可以一步步引導學生分析，一步步地培養他們的計算思維。學生計算，4萬對夫婦就是8萬人，1年后都生2個孩子就是新生了8萬人，換言之，現在的人口總數就是8萬+8萬=16萬。學生再計算25年后新生的8萬人口，也就是4萬對夫婦每對再生2個孩子就等于又新生了8萬人，那么現在的人口總數就是16萬+8萬=24萬。學生補充說，這是26年后的人口數量，它距離“50年后”還有24年時間。一學生站起來說，題目中給出的條件是都在25歲時生育，所以再過24年暫無新生人口，人口數量不變。對于每對生一個孩子的計算方法，教師讓學生采取獨立計算的方法，讓他們將計算過程在紙上寫出來。學生這樣寫著：4萬對=8萬人;1年后新生4萬人，人口總數就是8萬+4萬=12萬。25年后新生4萬人口。換言之，也就是2萬對每對生1個孩子，又新生了2萬人，那么人口總數是：12萬+2萬=14萬。顯而易見，差值為10萬。有了這樣的計算過程，學生就對相關的生物認知以及國家的政策有了進一步的理解。教師在這個過程中先是創設學生熟悉的情境，以激發他們計算的興趣;接著教師又將情境進一步地對準學生所學內容，以讓學生走進計算;最后，教師又與學生一起分析，讓計算思維不斷漫溯，讓學生的思路逐步清晰，進而也讓他們養成在分析中計算的習慣。

二、在解決現實問題的過程中培養計算能力

初中生物與學生的生活實際總是緊密相連的，教師要培養他們解決實際問題的能力，即，要讓他們將生物知識與生活對接起來，讓他們將學到的認知轉化為解決具體問題的方法。同樣，教師可以在學生解決問題的過程中培養他們的計算能力。當然，計算能力提升了，學生解決問題的水平自然也能得到提升。

比如說，在生物教學的過程中，教師組織學生對社區內居民的眼皮性狀進行了調查，下面是他們的調查結果。

對著調查結果，教師讓學生開展如下的計算。教師問，如果顯性基因用D表示，隱性基因用d表示，那么在第②組中，某一家庭生了一個單眼皮的孩子，則雙親的基因型是什么？再做進一步打算，若再生一個小孩是雙眼皮的可能性約為多少呢？雙親控制性狀的基因是以什么為“橋梁”傳遞給子女的？學生是這樣計算的：由圖表一中第二組數據可做如下推算。如果父母雙方一方是雙眼皮，一方是單眼皮，其子女中出現了單眼皮個體，那么也就說明雙眼皮一方的基因組成是Dd，進而學生推算出這樣的一對夫婦生出雙眼皮孩子的幾率是50%。他們將計算的過程以圖表二的形式展示出來。

有了這樣的計算，學生對相關認知的理解也就清晰了，因此教師讓學生對著圖表一中的第①組數據提出相關的計算題。這將學生的計算思維與創造能力對接起來，一位學生是這樣想的：如果某一個家庭的母親，通過手術變成雙眼皮，她的雙眼皮性狀遺傳給后代的概率是多少呢？學生能想出這樣的計算題，一是因為對相關的生物現象感興趣，尤其是現在經常有這方面的整容手術，二是因為他們在小學數學《可能性》這個章節中曾經接觸過相關的話題。對于這樣的概率計算，學生是這樣分析的：學生首先解釋了什么叫遺傳，什么叫變異，也解釋了兩者之間的關系;學生接著說，由環境因素引起的變異，由于遺傳物質沒有發生變化，這種變異在事實上不存在遺傳給下一代的可能。于是學生得出這樣的結論：雙眼皮不是天生的，那么它的性狀是不能遺傳給后代的，所以該題的概率為0。計算在解決實際問題的過程中得到了強化。生物學中的計算跟數學中的計算最大的區別在于，生物學中的計算更有現實意義，它是為了解決具體的問題而計算的。但進入生活情境的場景中，當學生想從生活中獲得某個數據時，計算就成了他們的一種需要。因此，要培養學生在生物學習中的計算能力，就要盡可能地對接生活，讓他們為生活而計算。

三、在模擬實驗的過程中培養計算能力

初中生物中有許多現象、許多原理需要通過具體的實驗展示給學生，他們才能理解，進而利用起來。實驗給了學生親身體驗的機會，同時也能幫助學生將抽象思維轉為形象思維。因此在教學過程中，教師要盡可能地創設實驗，讓學生的思維動起來，讓他們的多元能力迸發出來。教師可以通過實驗來培養學生的計算能力。生物學科中的計算不同于純粹的數學計算，它需要學生掌握一定的生物概念，需要他們對生物原理有一定的理解。學生可以在實驗過程中理解數與量的關系。也就是說，有了實驗，學生計算起來更方便了，他們能一目了然地計算相關的數據。一言以蔽之，生物學的計算，要充分利用其學科的特點，搭建盡可能的支架，讓學生能得到“計”，方可從容地“算”。

比如說生男生女的問題就是學生在學習生物的過程中非常感興趣的一個問題，里面也涉及一些計算，大多數學生在理解的時候還存在一定的困難。教師就可以設置這樣的模擬場景，讓學生用圍棋子來模擬生殖細胞以探究其中的奧秘。教師設置的實驗是這樣的：甲袋中裝入白色棋子50粒，乙袋中混合裝入黑、白棋子各50粒;每次從甲、乙兩袋中分別隨機摸出1粒棋子進行組合，假如1粒黑子和1粒白子的組合用A來表示的話，那么2粒白子的組合用B表示。教師要求學生每個小組一共組合10次，那么就有了5個小組的實驗結果。第一組：A、B分別是5;第二組：A、B分別是4、6;第三組：A、B分別是5;第四組：A、B分別是4、6;第五組：A、B分別是6、4。

這個實驗有幾個非常重要的注意點，首先要讓學生知道假如甲袋中的白色棋子模擬的是含X性染色體的卵細胞，那么乙袋中的黑、白棋子分別模擬的是含Y性染色體和含X性染色體的精子。同時教師還要提醒學生每完成1次組合后，要將摸出的棋子再放回袋子。只有掌握這樣的注意點之后，學生才能完成接下來的計算。教師問學生根據上述實驗結果，能得出什么樣的結論。學生是這樣計算的：因為女性產生的卵細胞只有1種，而且一般每次只產生1 個，男性則產生2種精子，其比例是1∶1。從模擬的實驗中，學生能輕松地計算出兩種精子與卵細胞結合的機會是差不多的，所以他們算出的結果是：男、女性別比例理論上為1∶1。如果沒有實驗，學生就不能找出其中的規律，計算也就無從下手。所以對于生物教學來說，要強化學生的計算能力，在某種程度上是強化學生的實驗操作能力，要讓學生學會從實驗中找尋其中的數與量，找到等式兩邊相關連的生物現象。這也從某個方面說明，在生物教學中對計算能力的培養是一個系統工程，需要教師做好多方面的鋪墊，比如實驗設置。

在生物教學中增強學生的計算意識，能進一步拓展他們的分析能力、推理能力和判斷能力等。計算思維得到發展了，學生在考量生物問題時自然就多了一個維度。因此教師在教學中可從創設情境、增添實驗以及對接生活入手，使計算思維駐入生物課堂。

【參考文獻】

[1]黃志強，時運.關于遺傳計算中的“群體”問題[J].中學生物教學， 2017（03）：55-57.

[2]劉磊.例析“不確定”型遺傳病題的概率計算[J].中學生物學， 2015，31（05）：45-46.