指向高階思維培養(yǎng)的高中生物實驗課堂策略探析

陸 敏

一、 引言

高中生物內(nèi)容豐富、難度相對較大,生物實驗課程對學(xué)生的思維能力提出了一定的要求。部分學(xué)生在學(xué)習(xí)生物知識和進行生物實驗時感到無從下手,漸漸產(chǎn)生了畏懼心理,學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)和高階思維能力得不到良好的發(fā)展。為達到培養(yǎng)高中生高階思維的教學(xué)目的,生物教師應(yīng)當(dāng)明確劃分思維層次,創(chuàng)設(shè)更具思考性的生物實驗課堂,推動學(xué)生由低階思維向高階思維轉(zhuǎn)變。

二、 高階思維的內(nèi)涵闡述

對于高階思維,不同學(xué)者有不同的闡述。美國教育家杜威認為,高階思維具體指的是反省思維,根據(jù)他的觀點,思維并非自然發(fā)生、潛移默化,而是必須要有相關(guān)的事件作為引發(fā)條件,也就是說學(xué)習(xí)者擁有的現(xiàn)有知識、相關(guān)數(shù)據(jù)實際上并不能自動地給出問題解決方案,學(xué)習(xí)者必然是首先對問題解決方案有著明確的需求,才能夠有意識地利用反思性思維反省整個過程,因此思維過程是“反思——生成——研究——批判——問題解決”的過程。布魯姆則是根據(jù)認知復(fù)雜的一般程度,對思維過程進行了細分,將思維分成六個不同的層級,分別是知識、理解、運用、分析、綜合、評價。根據(jù)等級,前三個屬于低階思維,后三個屬于高階思維。之后許多學(xué)者在布魯姆的基礎(chǔ)上對高階思維進行了細化修訂,將其分為分析、評價、創(chuàng)造三個層次,每個層次又可以細分為具體的思維子類目。

長期以來,高中生物實驗教學(xué)中學(xué)生的潛能未能得到充分、全面發(fā)揮。傳統(tǒng)模式下高中生在生物實驗課程中更多的是通過記憶儲存來識記相關(guān)概念知識,學(xué)生作為思維主體,并未能深入分析知識內(nèi)容的細節(jié),也缺少調(diào)查探究相關(guān)知識內(nèi)容和現(xiàn)象的積極性,學(xué)生對事件的動機、過程、結(jié)果均未能深入思考,因此學(xué)生的高階思維能力發(fā)展有限。信息時代背景下,時代對人才提出了更高的要求,學(xué)生除了要掌握信息獲取能力,更要掌握管理信息、分析信息、評價信息、創(chuàng)造信息的能力。新課程改革深入發(fā)展,教育教學(xué)更關(guān)注學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展,關(guān)注學(xué)生問題求解、決策制定、問題解決、批判性思維等高階思維能力的良好發(fā)展。生物教師在日常的實驗課堂教學(xué)中應(yīng)當(dāng)合理創(chuàng)設(shè)教學(xué)環(huán)境,采取多元化的教學(xué)手段,注重培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的高階思維,培養(yǎng)學(xué)生認真理性分析、批判性看待等綜合素質(zhì)。有意識地培養(yǎng)學(xué)生的高階思維,才能夠最大限度地發(fā)揮學(xué)生的自身潛能,才能夠更好地把握信息時代對人才培養(yǎng)的新要求,落實現(xiàn)代教育事業(yè)改革的目標(biāo)。

三、 指向高階思維探討高中生物實驗課堂教學(xué)的基本策略

傳統(tǒng)課堂模式下,部分教師盲目采用填鴨式、滿堂灌、講授式的教學(xué)方式,學(xué)生處于被動狀態(tài),缺少主動探究、深入思考的機會。這種生物教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生一直被限制在低階思維層次,學(xué)生的高階思維得不到有效開發(fā)。優(yōu)秀的生物教師應(yīng)當(dāng)自覺地調(diào)整和創(chuàng)新教育培養(yǎng)方式,采取靈活、多樣化的教學(xué)手段,指向?qū)W生的高階思維能力發(fā)展目標(biāo),創(chuàng)設(shè)更有思考性的生物實驗課堂。

(一)優(yōu)化設(shè)計生物實驗課程內(nèi)容,滲透高階思維

想要有效地發(fā)展學(xué)生的高階思維能力,讓學(xué)生能夠在生物課堂中不斷強化高階思維,生物教師應(yīng)當(dāng)從生物實驗教學(xué)的內(nèi)容入手,滲透高階思維的內(nèi)容,讓學(xué)生在實驗課程教學(xué)活動中體會到各種思維方式。比如,在“探究酶的專一性”課程內(nèi)容中,生物教師在開展實驗教學(xué)前首先要做好實驗教學(xué)準(zhǔn)備,為學(xué)生準(zhǔn)備充足的實驗材料,在闡明實驗原理的基礎(chǔ)上,啟發(fā)和鼓勵學(xué)生研究討論、大膽設(shè)計實驗方案。不同的小組就會有不同的實驗方案,有的選擇用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖并檢測反應(yīng)結(jié)果,有的選擇用淀粉酶、蔗糖酶分別催化淀粉并檢測反應(yīng)結(jié)果。通過讓學(xué)生自行設(shè)計實驗方案,共同討論方案的科學(xué)性和可操作性,給學(xué)生留下足夠的思考空間。生物教師在這一基礎(chǔ)上可以繼續(xù)地引導(dǎo)學(xué)生思考:兩種設(shè)計方案中,如何檢測底物是否被酶催化水解了呢?組織學(xué)生帶著疑問進一步細化實驗設(shè)計,并實施實驗。

除此之外,在“探究影響酶活性的條件”實驗課程中,生物教師可引導(dǎo)學(xué)生思考:教材中建議用淀粉酶去探究溫度對酶活性的影響,而不是用過氧化氫酶,同理,為什么用過氧化氫酶去探索PH對酶活性的影響,而不選用淀粉酶。教師不是簡單按照教材的內(nèi)容直接教授實驗原理、講解實驗操作、學(xué)生動手實驗,而是抓住一個疑惑點,啟發(fā)學(xué)生展開思考和討論,引導(dǎo)學(xué)生自主得出正確結(jié)論。學(xué)生通過討論,得出溫度影響過氧化氫酶的活性之外,還會影響過氧化氫本身分解速率,這也就導(dǎo)致實驗中出現(xiàn)了兩個變量,不符合對照試驗單一變量的基本原則,最終得出的結(jié)果并不可靠,因此不宜用過氧化氫酶去探索溫度對酶活性的影響。同理,學(xué)生發(fā)現(xiàn)若用淀粉酶探索PH對酶活性影響,酸堿度直接影響到淀粉的水解,實驗出現(xiàn)兩個變量,違背實驗原則。這樣的實驗內(nèi)容能開闊學(xué)生的思路,讓學(xué)生能夠從總體、全局的角度出發(fā)多方面思考問題,拓寬了學(xué)生思維的深度、廣度,從而達到培養(yǎng)學(xué)生高階思維的效果。生物教師為學(xué)生創(chuàng)造廣闊的實驗平臺和充足的思考空間,讓學(xué)生能夠基于現(xiàn)有的問題進行深度思考和探究,教師適時引導(dǎo)組織學(xué)生進行后續(xù)操作,能切實提高學(xué)生的深度思維能力。

(二)優(yōu)化設(shè)計實驗課程教學(xué)過程,落實分析、評價、創(chuàng)造的高階思維目標(biāo)

生物教師應(yīng)當(dāng)自覺地將高階思維中的分析、評價、創(chuàng)造等落實到生物實驗教學(xué)過程中,積極地采用探究式、問題式教學(xué)法等多種教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生高階思維的良好發(fā)展,提升學(xué)生的高階思維能力。

比如,在“觀察根尖分生區(qū)組織細胞有絲分裂”的課程內(nèi)容中,生物教師應(yīng)當(dāng)提出一系列值得思考的問題,讓學(xué)生在實驗前思考如何選材、如何正確處理實驗材料;實驗中清楚知曉每一步操作的原理及注意事項;實驗后分析具體的實驗結(jié)果,體會生物學(xué)實驗的嚴謹和科學(xué)。這些問題包括:想要觀察到細胞的有絲分裂應(yīng)該選擇什么實驗材料,為什么要選擇分生區(qū)的細胞,根尖為什么需要解離,解離的時間過長過短會帶來哪些影響,為什么要在觀察之前先進行染色、把什么結(jié)構(gòu)染上顏色,我們根據(jù)什么現(xiàn)象來判斷某個細胞處于分裂的哪個時期?實驗中是否能夠找到一個細胞觀察其從間期一直到末期等。學(xué)生針對這些問題進行思考和討論,在這樣的過程中,學(xué)生的分析思維、批判性思維得到了發(fā)展,學(xué)生的高階思維得到了開發(fā)。在裝片制作環(huán)節(jié),學(xué)生帶著教師給出的問題進行相應(yīng)的實驗操作,不僅能夠知其然,還能夠知其所以然,真正透徹地理解相關(guān)知識內(nèi)容,培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究的嚴謹性。

關(guān)于“實驗中根尖細胞是活細胞還是死細胞”這個問題,筆者執(zhí)教班級的學(xué)生在思考和討論后形成了自己的認識:首先,細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的基本功能,活細胞不需要甲紫溶液等物質(zhì),而染色體一旦被染色,這表明這些物質(zhì)已經(jīng)進入細胞中,表明細胞膜的控制能力已經(jīng)喪失了。其次,細胞中蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)會被鹽酸、酒精破壞,蛋白質(zhì)會發(fā)生變性,進一步造成細胞膜結(jié)構(gòu)改變,甲紫、醋酸洋紅等物質(zhì)也就進入了細胞中,造成染色體染色的結(jié)果。在這樣的分析和總結(jié)過程中,學(xué)生有理有據(jù)地分析、判斷并解決了復(fù)雜的生物實驗問題,高階思維能力得到了顯著的提高。

(三)凸顯實驗課堂學(xué)生的主體地位,激發(fā)學(xué)生進行高階思維

在生物實驗中,學(xué)生在明了實驗原理的基礎(chǔ)上,選擇恰當(dāng)?shù)膶嶒灧椒?通過親手操作,觀察分析實驗現(xiàn)象,可以有效提高自身的實驗?zāi)芰透唠A思維,形成嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度和創(chuàng)造意識。這需要生物教師充分尊重實驗課程中學(xué)生的主體地位。在“綠葉中色素的提取和分離”實驗教學(xué)中,筆者為了充分彰顯學(xué)生的主體地位,培養(yǎng)學(xué)生的自主思維、高階思維,將全班學(xué)生分成不同的組別開展實驗活動。學(xué)生可以按照教材提示完成實驗,也可以另選不同的實驗材料、嘗試用不同的方法提取并分離色素。學(xué)生選擇的實驗材料豐富多樣,菠菜葉、灑金珊瑚葉、紅花檵木葉、黃化的菜葉;提取色素的方法也不單一,研磨加無水乙醇提取、煮沸提取、化學(xué)萃取;色素分離材料多樣,濾紙條、粉筆、層析板等。各個組別之間可以圍繞實驗材料的選擇、實驗設(shè)計、實驗結(jié)果進行自評和互評,以此來培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、創(chuàng)造意識、探究能力、科研精神和問題解決能力,發(fā)展學(xué)生的高階思維,學(xué)生對這樣的實驗課堂充滿興趣和熱情。

在高中生物實驗課堂中,通過適當(dāng)改進生物實驗,讓學(xué)生體驗到圍繞同一實驗?zāi)康?可以有各種不同的實驗處理的方法,針對不同實驗操作中出現(xiàn)的問題和現(xiàn)象深入思考不同處理方法的優(yōu)點和缺點,從而對教材的實驗內(nèi)容有更加深刻的認識和理解。在這樣的實驗改進中,學(xué)生大膽嘗試,提出疑問,小心求解,規(guī)范操作,在提升高階思維的同時,也有利于自身生物學(xué)科核心素養(yǎng)的良好發(fā)展。

(四)合理利用概念圖助力學(xué)生高階思維的發(fā)展

恰當(dāng)采用概念圖,幫助學(xué)生整理總結(jié)生物知識理論概念思維圖,以此來提升學(xué)生對生物知識的記憶能力和聯(lián)想能力,引導(dǎo)學(xué)生更高效地解決生物課程中的重點、難點問題。利用好概念圖,將生物知識內(nèi)容進行高度濃縮,精準(zhǔn)地總結(jié)各個知識內(nèi)容之間的相互關(guān)系,在概括之中,按照不同的層次、標(biāo)準(zhǔn)進行恰當(dāng)排列,能夠幫助學(xué)生完整地建立生物知識體系,從而更好地提升學(xué)生生物知識學(xué)習(xí)的效率和積極性。學(xué)生在完成了生物實驗活動之后,需要對實驗過程進行回顧和總結(jié)反思,將課程要點進行總結(jié)。生物實驗活動絕非生物課程教學(xué)的最終環(huán)節(jié),學(xué)生要通過生物實驗理解和領(lǐng)會相關(guān)知識要點,必須要進行后續(xù)的總結(jié)和反思。因此,生物教師要引領(lǐng)學(xué)生運用深層次概念圖再次學(xué)習(xí)和回顧生物知識,以此來加深學(xué)生對生物知識的理解能力,進一步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。現(xiàn)階段生物教材中涵蓋的知識內(nèi)容非常龐雜,知識內(nèi)容較為零碎,學(xué)生學(xué)習(xí)的難度也較大。為此,生物教師應(yīng)當(dāng)合理利用概念圖,提升學(xué)生繪制概念圖的能力,開發(fā)學(xué)生的高階思維。比如,在講解細胞的基本結(jié)構(gòu)功能環(huán)節(jié),講解完成后教師可以用概念圖將細胞膜、細胞核、細胞質(zhì)三部分的內(nèi)容整合起來,直觀地向?qū)W生進行展示,這部分內(nèi)容生成了一個統(tǒng)一的有機整體,學(xué)生能夠從宏觀、整體角度把握這部分內(nèi)容,從而發(fā)展學(xué)生的整體思維。在概念圖的支持下,學(xué)生能夠?qū)⑸飳嶒炛械囊c內(nèi)容、各部分內(nèi)容整合起來,生成一個個清晰的知識網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生能夠更清楚、透徹地把握各個部分內(nèi)容的相互關(guān)系,加深對細胞生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)、生命的本質(zhì)的理解和認識。通過不斷地應(yīng)用,學(xué)生也漸漸地能自覺地比較各種概念圖的優(yōu)缺點,并在原有的基礎(chǔ)上進行補充完善,從而制作出更加完整、功能全面、要點齊全的概念圖。生物教師引導(dǎo)學(xué)生自己嘗試繪制,根據(jù)個人的思維、思路全面繪制概念圖,根據(jù)各個實驗、各個章節(jié)知識點,掌握各部分內(nèi)容的重點、要點、難點,充分發(fā)展了學(xué)生的比較思維能力和綜合思維能力。每位學(xué)生的思維角度不同,繪制出的概念圖也存在一定的差異。有的同學(xué)關(guān)注知識內(nèi)容的全面性,可能忽視了各個知識點之間的相互聯(lián)系和區(qū)別,盡管概念圖的內(nèi)容較為完整,但整體質(zhì)量不高。部分同學(xué)總結(jié)繪制的概念圖相對更為簡略,但實際上抓住了各個知識點的聯(lián)系和區(qū)別,將關(guān)鍵點清楚地標(biāo)記在概念圖中,這種概念圖的質(zhì)量更高。生物教師應(yīng)當(dāng)給學(xué)生一定的提示和引導(dǎo),讓學(xué)生能夠清楚地認識到自己現(xiàn)階段繪制的概念圖存在的不足,并不斷地加以改進和優(yōu)化,這一過程中學(xué)生反復(fù)思考,回顧生物知識內(nèi)容,反思實驗過程,總結(jié)實驗結(jié)論,發(fā)展了自身的高階思維。

(五)精心設(shè)計問題,優(yōu)化提問技巧,促進學(xué)生高階思維發(fā)展

生物教師應(yīng)當(dāng)優(yōu)化自身的提問技巧。首先,在提問密度方面,應(yīng)當(dāng)進行嚴格、精準(zhǔn)控制,要提前做好充分備課,設(shè)置的實驗問題應(yīng)當(dāng)詳略得當(dāng)、邏輯緊湊、數(shù)量合適,既能及時地點播學(xué)生的思維,啟發(fā)學(xué)生深入思考,又能夠為學(xué)生保留充足的思考空間。其次,還要巧妙地設(shè)置問題梯度,生物教師所設(shè)計的實驗問題并不能保持同一個格調(diào)、同一個難度,必須要結(jié)合實驗內(nèi)容,根據(jù)循序漸進、由易到難的原則,要根據(jù)實驗內(nèi)容的表層現(xiàn)象、內(nèi)部邏輯的梯度進行問題設(shè)置。在課堂提問環(huán)節(jié),既要考慮到優(yōu)秀學(xué)生思維能力發(fā)散的特點,提出一定的發(fā)散、拔高問題,也要考慮其他層次水平學(xué)生的要求,注意問題的啟發(fā)性、針對性。生物實驗課程中教師的課堂提問不只是教師問、學(xué)生答,也要給學(xué)生留有質(zhì)疑的空間,讓學(xué)生能夠適時地合理質(zhì)疑,提出疑問,從而發(fā)展學(xué)生的批判性思維。比如,在“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實驗中,教師可先讓學(xué)生思考“一定體積培養(yǎng)液中的酵母菌是否屬于一個種群?”在得到肯定回答的基礎(chǔ)上,進一步提問“培養(yǎng)液中酵母菌的種群數(shù)量是怎樣隨時間變化的呢?”引發(fā)學(xué)生強烈的探究興趣。繼而通過設(shè)計一系列關(guān)鍵的問題,引導(dǎo)學(xué)生思考一系列具體問題,為制訂科學(xué)的實驗計劃做好鋪墊。怎樣對培養(yǎng)液中的酵母菌進行計數(shù)呢?本實驗需要連續(xù)多天統(tǒng)計并記錄酵母菌數(shù)量,每天取樣計數(shù)的時間有何具體講究嗎?本探究實驗中需要設(shè)置對照實驗嗎,本探究實驗中需要做重復(fù)實驗嗎,我們計數(shù)的酵母菌一定是活菌嗎?如何知道酵母菌是否為活菌呢?在這樣一系列具有層層遞進關(guān)系的問題引導(dǎo)下,學(xué)生通過思考和討論,對該探究實驗的原理、實驗設(shè)計、實驗操作進行深度思考,從而形成更加科學(xué)嚴謹?shù)膶嶒炘O(shè)計并展開實驗。可見實驗教學(xué)中,教師精心設(shè)計有梯度的實驗問題,能夠幫助學(xué)生理清知識的內(nèi)部邏輯,發(fā)展學(xué)生的高階思維,培養(yǎng)學(xué)生縝密思維的良好習(xí)慣,鍛煉學(xué)生的批判性思維。

四、 結(jié)論

高階思維能力的形成,是高中生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展、綜合素質(zhì)發(fā)展的基本要點,是高中生物教師的教學(xué)培養(yǎng)目的。文章基于高中生物實驗教學(xué)展開了深入討論,詳細分析了生物實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的基本策略,提出了優(yōu)化改進生物實驗課程的具體建議,希望能夠為改進實驗課程質(zhì)量和提升學(xué)生的高階思維能力提供一定的幫助。