以高階思維培養(yǎng)為目標(biāo)的高三生物復(fù)習(xí)課教學(xué)思路

王岳瓊

（北京中學(xué) 北京 100018）

高中生物學(xué)教學(xué)關(guān)注學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，而思維是銜接不同維度核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，多維素養(yǎng)的發(fā)展需要以思維的發(fā)展為基礎(chǔ)。因此，生物學(xué)教學(xué)應(yīng)以思維培養(yǎng)為核心目標(biāo)，輻射其他素養(yǎng)的發(fā)展，以此來整合多維素養(yǎng)的協(xié)同發(fā)展。

安德森將認(rèn)知過程分為識(shí)記、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造。其中后三項(xiàng)為高階思維，教師應(yīng)給予更多關(guān)注。我國(guó)學(xué)者陳皓兮先生早在20世紀(jì)80年代提出了思維能力是生物學(xué)教育培養(yǎng)學(xué)生能力的核心所在，具體來說包括分析、比較、綜合、抽象、概括、判斷與推理等多種思維工具或方式。生物學(xué)科能力測(cè)評(píng)突出強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行綜合分析、批判性思考以及提出創(chuàng)新性解決方案等高階思維能力。學(xué)者們對(duì)高階思維的表述雖然不同，但對(duì)概括與分析、判斷與推理、評(píng)價(jià)與創(chuàng)新尤為關(guān)注。

高三復(fù)習(xí)不囿于某一節(jié)課的知識(shí)內(nèi)容，教師可以將知識(shí)內(nèi)容重新編排，按照新的體系或者角度進(jìn)行知識(shí)內(nèi)容的重組，引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)從新的視角分析和解決問題，以此為契機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，提高歸納和總結(jié)的能力，增強(qiáng)對(duì)已學(xué)概念的理解

經(jīng)過新課的學(xué)習(xí)，學(xué)生清楚了基本生物學(xué)概念，在高三復(fù)習(xí)課中，教師可以根據(jù)概念學(xué)習(xí)、建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)的需要，選用問題情境促進(jìn)學(xué)生深入理解概念的內(nèi)涵和外延，并構(gòu)建概念之間的有機(jī)聯(lián)系。復(fù)習(xí)課上，教師結(jié)合已學(xué)知識(shí)和真實(shí)的問題情境，開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，基于新的情境促進(jìn)學(xué)生加深對(duì)已學(xué)知識(shí)的理解，明晰已學(xué)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，再引導(dǎo)學(xué)生歸納和總結(jié)，加深學(xué)生對(duì)概念內(nèi)涵和外延的理解。

例如，在以“從細(xì)胞、分子水平看環(huán)境對(duì)生物的影響”為主題的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)習(xí)課中，教師可以將細(xì)胞膜的組成成分、組成成分的合成過程、細(xì)胞膜的功能、細(xì)胞膜與細(xì)胞內(nèi)外的聯(lián)系這些內(nèi)容組合在一個(gè)問題情境下進(jìn)行復(fù)習(xí)，并構(gòu)建彼此的聯(lián)系。在細(xì)胞膜這部分內(nèi)容的新課學(xué)習(xí)中，學(xué)生主要關(guān)注細(xì)胞膜的組成和功能相關(guān)實(shí)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，以及對(duì)相關(guān)生物學(xué)現(xiàn)象的分析。復(fù)習(xí)課與新課相比，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)和功能，以及基因表達(dá)、基因與蛋白質(zhì)的關(guān)系等內(nèi)容。教師在復(fù)習(xí)課時(shí)需要幫助學(xué)生將細(xì)胞膜的知識(shí)與基因、環(huán)境等內(nèi)容構(gòu)建聯(lián)系。教師引入鹽脅迫條件對(duì)植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的影響，提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生分析鹽脅迫前后植物細(xì)胞膜的成分和功能的改變，如細(xì)胞膜上的飽和脂肪酸的比例在鹽脅迫條件下的提高，流動(dòng)性降低，膜上Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白含量的提高。結(jié)合膜結(jié)構(gòu)的這些改變，教師引導(dǎo)學(xué)生分析細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的改變與細(xì)胞內(nèi)部的各個(gè)結(jié)構(gòu)的功能以及與外部的環(huán)境條件的關(guān)聯(lián)，從而使學(xué)生建立認(rèn)識(shí)：外部環(huán)境通過細(xì)胞膜影響細(xì)胞內(nèi)部的基因表達(dá)，繼而影響細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)合成，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的改造，從而使植物細(xì)胞適應(yīng)外部環(huán)境的變化，增強(qiáng)抵抗逆境的能力。分析這一主題學(xué)習(xí)資料的過程中，學(xué)生復(fù)習(xí)已學(xué)的細(xì)胞膜的基礎(chǔ)知識(shí)，利用基礎(chǔ)知識(shí)解決“鹽脅迫條件下膜結(jié)構(gòu)和功能改變”這一現(xiàn)象的分子機(jī)制，從分子與細(xì)胞的水平，深入認(rèn)識(shí)細(xì)胞與外部環(huán)境的相互作用關(guān)系，從細(xì)胞與外界環(huán)境的相互作用的角度，歸納和總結(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能，從細(xì)胞膜的分子組成和結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化中，理解生命的物質(zhì)性和細(xì)胞中物質(zhì)、能量、信息變化的統(tǒng)一性，進(jìn)而加深對(duì)“細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位”這一概念的理解。

2 在已學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過具體問題的分析，增強(qiáng)邏輯推理能力

新課學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于建立生物學(xué)的基本概念，而復(fù)習(xí)課建立在學(xué)生已有基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，以復(fù)習(xí)課為契機(jī)，教師提供新的學(xué)習(xí)資源，促進(jìn)學(xué)生在新的情境中，運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)進(jìn)行推理，從而得出相應(yīng)研究的結(jié)果或結(jié)論。在此過程中，學(xué)生將基礎(chǔ)生物學(xué)知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際問題中去，增強(qiáng)了邏輯推理能力。

例如，將細(xì)胞癌變、基因表達(dá)及調(diào)控、基因工程的內(nèi)容進(jìn)行綜合復(fù)習(xí)，教師乳腺癌細(xì)胞的研究為情境。學(xué)生已學(xué)習(xí)了癌細(xì)胞、基因表達(dá)、基因工程的基礎(chǔ)知識(shí)，有基因表達(dá)受到細(xì)胞內(nèi)外因素影響的基本認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)比正常乳腺細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞，回顧癌細(xì)胞的特征。之后，教師引入長(zhǎng)鏈非編碼RNA和miRNA及其作用過程、利用相應(yīng)基因工程技術(shù)開展對(duì)比實(shí)驗(yàn)等新信息，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建長(zhǎng)鏈非編碼RNA和miRNA對(duì)基因表達(dá)的影響、基因表達(dá)改變對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能的影響之間的邏輯關(guān)系。抑癌基因是學(xué)生已知的調(diào)控細(xì)胞增殖基因，通過此問題情景，學(xué)生進(jìn)一步了解了抑癌基因受細(xì)胞內(nèi)信號(hào)（如長(zhǎng)鏈非編碼RNA和miRNA）調(diào)控的方式，深入了解了信號(hào)調(diào)控因子對(duì)抑癌基因的促進(jìn)或抑制作用、抑癌基因與細(xì)胞增殖和細(xì)胞凋亡的關(guān)系，之后將二者之間構(gòu)建邏輯聯(lián)系，從分子和細(xì)胞的水平揭示乳腺癌細(xì)胞的發(fā)生和特征。教師將細(xì)胞與影響細(xì)胞代謝的因素具體化，設(shè)置影響細(xì)胞基因表達(dá)的具體因素的問題情境，并利用概念圖的形式將邏輯推理過程外顯化，促進(jìn)學(xué)生提高邏輯推理能力。

3 利用復(fù)習(xí)課，促進(jìn)學(xué)生從感性思維向理性思維的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的批判思維

黑爾認(rèn)為批判思維是對(duì)于已信服的理由加以適切反省的一種思考。現(xiàn)代批判性思維的代表人物杜威，提出了“反省性思維”。反省性思維是“對(duì)任何信念或被假定的知識(shí)形式，根據(jù)其支持理由以及它所指向的進(jìn)一步的結(jié)論，予以能動(dòng)、持續(xù)和細(xì)致地思考”。學(xué)者對(duì)批判思維的理解，可應(yīng)用于教學(xué)中。學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)需明確科學(xué)結(jié)論得出的一般原則。在復(fù)習(xí)課中，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過細(xì)致梳理、分析已有結(jié)論的得出過程，找出已有結(jié)論得出的理由、依據(jù)、推論等，構(gòu)建出從問題分析起點(diǎn)到結(jié)論之間的邏輯環(huán)節(jié)，針對(duì)已有的結(jié)論，提出自己的見解。

例如，教師以“纖維素酶的改造”為主題，引領(lǐng)蛋白質(zhì)工程、基因工程、基因表達(dá)、生物進(jìn)化等相關(guān)內(nèi)容的復(fù)習(xí)。教師為學(xué)生提供纖維素酶改造的各種研究方案的學(xué)習(xí)材料：①理性蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)方案，依據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)找出產(chǎn)物抑制纖維素酶的原因，采用定點(diǎn)突變的方法改造纖維素酶的基因進(jìn)而改造纖維素酶。②蛋白質(zhì)定向進(jìn)化方案，以自然選擇為理論依據(jù)，利用易錯(cuò)PCR、重組等方法獲得變異的菌體，之后進(jìn)行篩選，得到符合要求的纖維素酶。③基于結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)的纖維素酶結(jié)構(gòu)理性設(shè)計(jì)，通過一定的計(jì)算模擬與預(yù)測(cè)、結(jié)合基因工程指導(dǎo)纖維素酶的改造。學(xué)生結(jié)合已學(xué)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)與基因的關(guān)系、基因工程的相關(guān)知識(shí)，逐個(gè)分析每一種纖維素酶改造方案的具體過程，在梳理纖維素酶改造方案的細(xì)節(jié)方法的過程中，形成自己的判斷。教師利用問題引導(dǎo)學(xué)生對(duì)每一種改造方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。例如，第一種方案的優(yōu)點(diǎn)是利用此法可通過改造基因，精確地改造蛋白質(zhì)。但蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得目前未精確了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，即進(jìn)行定點(diǎn)突變的方案設(shè)計(jì)，難度較大，成功率不高。第二種方案在對(duì)要改造的蛋白分子結(jié)構(gòu)信息并不清楚的條件下，定向進(jìn)化技術(shù)為蛋白質(zhì)改造提供了可能性。但這一方法的操作具有明顯的“盲目性”，這使得篩選有效突變體的工作強(qiáng)度非常大，同時(shí)極大降低了其改造的有效性。第三種方案結(jié)合了兩種方案的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)隨著科技的發(fā)展，利用人工智能進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)，大大加速了蛋白質(zhì)的研究。學(xué)生在進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程中，能夠更深入的理解基因表達(dá)與蛋白質(zhì)的關(guān)系、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、生物變異與環(huán)境的關(guān)系等內(nèi)容，并能關(guān)注生物學(xué)基本規(guī)律在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，使自己的思維更加理性，辯證地看待問題。在復(fù)習(xí)課中，教師應(yīng)綜合各種知識(shí)和研究方法，通過問題的引領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生的批判思維。

4 利用復(fù)習(xí)課，設(shè)置適宜的開放性問題，引導(dǎo)學(xué)生提出解決問題的創(chuàng)新思路

科學(xué)本身就是探索未知世界的活動(dòng)，探索未知世界的過程中創(chuàng)造性的活動(dòng)貫穿始終。在復(fù)習(xí)課中，教師重在通過提供情境化的、多樣的學(xué)習(xí)資源，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)，在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、尋找證據(jù)、建立聯(lián)系等學(xué)習(xí)活動(dòng)過程中，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程、掌握分析問題的思路和方法，發(fā)展高階思維能力，將生物學(xué)現(xiàn)象與生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)建立有機(jī)聯(lián)系，由表及里深入理解生命現(xiàn)象背后的規(guī)律，創(chuàng)造性的應(yīng)用知識(shí)。

例如，學(xué)生已經(jīng)在新授課中學(xué)習(xí)了生態(tài)系統(tǒng)的組成、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)的功能。在復(fù)習(xí)這一單元的內(nèi)容時(shí)，教師可以用“稻蝦共作”為問題情境，為學(xué)生提供水稻的生長(zhǎng)周期及習(xí)性、小龍蝦的生活史及生活習(xí)性的資料，請(qǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)“稻蝦共作”的人工生態(tài)系統(tǒng)。作為開放性的問題，這一任務(wù)沒有固定的答案。學(xué)生在設(shè)計(jì)這一人工生態(tài)系統(tǒng)的過程中，要利用生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)分析二者共作較水稻單作的優(yōu)勢(shì)，如可以更合理的利用光能，小龍蝦取食稻田雜草既可以收獲小龍蝦，也省去人工除草的成本等。再結(jié)合水稻和小龍蝦的具體生活習(xí)性，設(shè)計(jì)水稻田的改造方案和投放小龍蝦的時(shí)間等。學(xué)生通過利用生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)解決“稻蝦共作”問題，提出設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

復(fù)習(xí)課是在學(xué)生有一定的知識(shí)基礎(chǔ)上開展的，復(fù)習(xí)課的優(yōu)勢(shì)是可以通過較復(fù)雜的問題情境，引領(lǐng)學(xué)生完善知識(shí)結(jié)構(gòu)、提高素養(yǎng)和認(rèn)知能力，將基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)、構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)、高階思維培養(yǎng)融合為一體。