基于高中生物學論證教學的科學思維培養路徑

呂國裕

摘? ?要：基于高中生物學論證教學，從概念視角剖析了歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創新性思維等科學思維，提出了相應的多元培養路徑。

關鍵詞：論證教學;科學思維;路徑

論證式教學主要包含提出問題、收集證據、論證反駁、得出主張等階段[ 1 ]。《普通高中生物學課程標準（2017年）版》中提出了高中生物學核心素養，其中科學思維是以事實和證據為基準，通過嚴謹務實的態度，運用科學的思維方法，解決問題的思維習慣和能力[ 2 ]。科學思維旨在培養學生歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創新性思維等方面。剖析這些概念內涵，緊扣教材資源，與同仁進行論證教學下的科學思維培養路徑多元化的商討。

1? 基于論證教學，通過枚舉法、列表比較法、觀看視頻等進行歸納與概括

概念剖析：歸納的推理順序是由個別到一般，包括完全歸納法和不完全歸納法。前者包含所有的研究對象，要窮盡全部對象。完全歸納推理具有合理的論證作用，是一種必然性推理，蘊含結論主張，在論證教學中可用來證明觀點，反駁謬誤。不完全歸納法只是包含部分研究對象，雖不是全部對象，但也是科學的，通常可用簡單枚舉法和科學歸納法。在論證教學中較常用到不完全歸納法，前提和結論主張是或然的關系，即前提條件是真實的，推出的結論不一定真實，因此論證教學時要引導學生對結論主張進行質疑和反駁，不畏權威。概括是運用對比比較的方法手段，抽象出事物共同的本質特征，是論證的有力手段之一。

培養路徑：論證教學是講究證據意識，證據可以是一種事實、實驗、數據等，但證據不可能窮盡，只能舉個別典型實例，然后通過歸納與概括推理，得出主張。培養歸納和概括的路徑可以有：可通過學生舉例后進行歸納總結，如研究蛋白質的種類和功能;可通過列表等形式進行對比，如學習細胞器的種類和作用、不同細胞的細胞周期;可通過使用高倍顯微鏡等實驗儀器觀察，如概括出原核細胞和真核細胞的結構區別;通過觀看視頻、動畫、圖片等資源進行概括推理，如觀看胰腺泡細胞分泌蛋白質過程視頻，概括出分泌蛋白質的合成和運輸相關的細胞器;結合數學法，由簡單到復雜進行不完全歸納推理，如依次講解二肽、三肽、四肽、五肽……多肽，然后歸納出氨基酸數目、肽鏈數目之間與形成的肽鍵數和脫去的水分子的關系。

2? 基于論證教學，通過角色扮演、假說-演繹法、類比推理法等進行演繹與推理

概念剖析：演繹的推理順序是一般（普遍）到個別（特殊），一般有三段論、假言推理和選言推理等形式。從一個命題出發，運用邏輯的規則，推導出另一命題的過程，與個別到一般的歸納邏輯思維方向相反。推理根據已知判斷直接或間接推導出新判斷，由前提條件得出結論主張的過程，也可從結論主張倒推其必須的前提條件。推理的語言表述通常為因果關系的復句，如“因為……所以……”“由此可見”等作為推理的系詞。推理主要形式有演繹推理、歸納推理和類比推理，區別之一在于邏輯推理方向不同，運用條件不同，但對于論證教學都是有力的論證手段。

培養路徑：在論證教學時，演繹推理是十分常見的思維方式，假說-演繹法是人教版高中生物必修2重要的學科方法之一。在論證教學時，演繹推理主要貫穿在從事實到主張的推理過程中，在支持與反駁環節也常用到。培養演繹與推理的路徑可以有：通過角色扮演等活動形式進行演繹，如細胞免疫和體液免疫教學時運用角色扮演形式演繹不同種類的細胞的作用;通過假設-演繹法進行探究活動，如論證孟德爾的基因分離定律和基因自由組合定律等;通過類比推理法進行推理，如論證基因在染色體上。

3? 基于論證教學，分析系統的結構和功能以及內在關系等，運用所學知識進行建模

概念剖析：模型是為了達到表達概念的性質等目的，作用是把主觀意識變成客觀闡述的形態結構，表現形式有實體或虛擬結構。如果一件事物發生變化，由此構建的模型也會隨之改變，具有一定的動態性，并不是一成不變。模型從構成形式、展示形式、分類等不同標準，分為實體模型和虛擬模型、平面展示和立體展示、數學模型、物理模型、結構模型、概念模型、思維模型、仿真模型等。建模就是為了研究事物而建立模型的過程，是一個為了幫助理解事物之間關系而抽象的過程。建模的作用可以用來解釋已有的事物現象，也可以基于事物發展過程的連貫性規律預測事物的未來發展趨勢，對實際事物實行最優化控制。

培養路徑：論證教學強調論證手段和方法，實現論證的形式多種多樣，模型與建模是論證手段之一，有利于支持主張。培養模型與建模的路徑有：通過分析系統的結構和功能，根據系統的內在關系建模，如構建細胞膜流動鑲嵌模型、真核細胞亞微鏡結構模型等;通過分析系統的運行規律，根據系統的作用機理建模，如血糖平衡調節模型、水鹽平衡調節模型等;通過對實驗探究分析或實驗結果處理，運用已學的知識建模，如構建酵母菌種群數量的變化模型、構建數學模型研究土壤中小動物類群豐富度等。

4? 基于論證教學，通過提出問題、評價質疑等方式發展批判性思維

概念剖析：批判性思維是一種高階思維，離不開低階思維的支持，為了改善思維品質，可按照一定的標準來評價他人或自己的觀點、行為或思維過程，對司空見慣的現象，運用不同的思維角度、方向等進行質疑、反思和矯正，重新審視自己的思維。它是一種與常規思維傾向不同的思維技能，通過分析、比較和綜合等充分的論證，往往使認識更準確、更全面。批判性思維是當今社會急需的一種創新思維，可以通過論證教學得到很好地發展。

培養路徑：論證教學每一個環節都可進行評價質疑，如提問是否有效、證據是否可靠、評價是否恰當、支持是否有力、主張是否正確等。培養批判性思維的路徑可以有：通過提問訓練，掌握提問的模式和方法，鍛煉批判性思維，如針對去年全球出現的引起肺炎的新型冠狀病毒，6問法（Who、What、Where、When、Why、How）就是一套很好用的提問模式——它是一種SARS變異病毒嗎？人會傳動物嗎？病毒從哪里來？什么時候會消失？為什么會大爆發？喝高度酒可殺死病毒嗎？等;通過評價環節發展批判性思維，如教師提供關于免疫治療加靶向治療的效果與傳統的化療效果的資料，學生得出提高免疫治療加靶向治療的效果比傳統的化療效果好的觀點，判斷證據與觀點是否正確關聯？可引導學生提出質疑：作出判斷的依據是數據、實驗研究還是猜想？資料來源是權威雜志還是一般網絡資料？

5? 基于論證教學，通過培養發散思維、直覺思維等方式發展創新性思維

概念剖析：創新性思維離不開記憶、理解、聯想等低階性思維能力，表現為開拓新領域或開創新成果，不受固有知識的限制和傳統方法的束縛，能運用新角度、新觀點、新方法、新設想，從不同的層次、不同的結構去發散性、創新性解決生活實踐或學習探究情境的問題[ 3 ]。思維有時是直覺、頓悟、靈感，批判性思維是創新性思維的基礎，創新性思維是批判性思維的必然。創新性思維范疇很廣，如對立思維、發散思維、逆向思維等，具有獨特的批判性、深刻的靈活性，它是論證教學追求的最高境界。

培養路徑：中學生遷移創新能力表現不佳，低水平的占93.4%，高水平僅占6.6%[ 3 ]。創新性思維不是先天的，后天訓練可形成，它發展于一般思維又有別于一般常規思維。論證教學就是創新性思維培養良好的教學模式之一，由證據到初步主張需要學生大膽猜測，發揮學生想象力，調動學生思維的發散性和創新性。培養創新性思維的路徑可以有：大膽猜想，小心求證，分析推斷。如嘗試提出不同于教材的新的細胞衰老學說、生物進化學說、遺傳定律等;充分發散，擴大思維寬度。如防治艾滋病的新思路有免疫療法、陷阱法、RNA降解法等;依托直覺思維，發揮瞬息即逝的直覺靈感。如根據教師提供的史實，構想細胞膜結構模型演變過程。

與常規教學比，論證教學使科學思維不停留在某個環節，而是向思維深度不斷推進，形成完整的證據鏈。如論證教學不能戛然而止于歸納概括后得出主張，還必須尋找證據來支持，引導學生提出質疑。“基因控制性狀”一節，通過囊性纖維病和鐮刀型細胞貧血癥兩個實例歸納概括，得出初步主張：基因可通過控制蛋白質的結構直接控制性狀。如何通過實驗驗證？證據：水熊是地球上生命力最頑強的生物，抗輻射能力是人類的千倍之多。將水熊的抗輻射基因Dsup、Dsup基因且抑制蛋白組轉入人類細胞，實驗分為無輻射處理組和輻射處理組。實驗結果略。分析：轉入Dsup基因但同時抑制蛋白質合成，人的細胞仍然會迅速死亡，表明即使有基因存在，沒有蛋白質，人細胞仍沒有抗輻射的能力。質疑：是否是唯一途徑？通過實驗結果對照和白化病實例，完善最終主張。

科學思維要嚴謹求真，運用實證性邏輯思維應對各種問題[ 4 ]。科學思維不僅僅局限以上五個方面，具有更廣的內涵，在論證教學單課時中不可能只是單獨培養某個維度，也不可能全部涵蓋，必然具有單元整體綜合性，培養科學思維路徑是多元的，論證教學與科學思維兩者關系研究的越深，培養路徑就越豐富，成效也就會越大。

參考文獻：

[1] 杜愛慧.論證式教學：一種有效的探究教學模式[J]. 教育導刊：上半月，2011（9）.

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3] 王健.基于學生核心素養的生物學科能力研究[M].北京：北京師范大學出版社，2018：99.

[4] 教育部考試中心.中國高考考評價體系[M].北京：人民教育出版社，2019.

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