生物學(xué)教學(xué)中開展思維訓(xùn)練的研究

張玉明 宣雯雯

(江蘇省儀征中學(xué) 211900)

思維是人腦對客觀事物的一般特性和規(guī)律的一種間接的、概括的反映過程。進行思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，是中小學(xué)課堂教學(xué)的主要任務(wù)之一，也是實施素質(zhì)教育，開發(fā)學(xué)生智能，提高學(xué)生素養(yǎng)的重要措施。本文從生物學(xué)教學(xué)的角度，闡述了培養(yǎng)學(xué)生思維能力的方法路徑及教學(xué)案例。

1充分思考，訓(xùn)練思維的發(fā)散性

發(fā)散性思維就是進行多側(cè)面、多角度，甚至是逆向的思維，這種思維無疑是諸多思維品質(zhì)中最優(yōu)秀的一種思維方式。通過發(fā)散性思維，可以發(fā)現(xiàn)事物的新關(guān)系、新聯(lián)系，從而認識事物的本質(zhì)。生物學(xué)教學(xué)中有許多問題是開放性的，答案或解決方法不止一個，教師可以借此機會，放手學(xué)生開動腦筋，充分思考，并通過小組合作、集體討論等形式，共同完成學(xué)習(xí)。

案例1：做色素提取和分離實驗時，發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生獲得的色素帶顏色較淺，教師可引導(dǎo)學(xué)生分析并推測可能原因，討論結(jié)果包括：①取材：所用葉片較淡或已發(fā)黃，色素含量不足；②提?。喝~片研磨時未加二氧化硅或研磨時間短，導(dǎo)致研磨不充分；未加碳酸鈣，導(dǎo)致色素分解；丙酮或無水乙醇用量太多，導(dǎo)致色素濃度太低；③濾紙條制作：濾紙條未經(jīng)干躁處理；濾液細線未重復(fù)畫地2～3次，色素量不足。④分離：濾紙條上的濾液細線觸及了層析液，使其上的部分色素溶解于層析液中。

案例2：講完“興奮在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)和神經(jīng)元之間傳遞”一節(jié)內(nèi)容后，讓學(xué)生思考并討論醫(yī)用麻醉藥阻斷神經(jīng)傳導(dǎo)的可能途徑。討論結(jié)果包括：①藥劑分子與突觸后膜受體結(jié)合、阻止突觸后膜興奮；②藥劑分子與神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合，阻斷興奮在神經(jīng)元間的傳遞；③藥劑分子與突觸前膜結(jié)合，阻斷神經(jīng)遞質(zhì)的釋放；④藥劑分子與神經(jīng)纖維上的離子載體結(jié)合，阻礙K+、Na+離子進出細胞，從而阻斷興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)。

案例3：學(xué)習(xí)“遺傳信息傳遞的中心法則”以后，教師組織學(xué)生討論并推測抗菌藥抑制病菌增殖的作用機理，最后給出已研制出的相關(guān)藥物的名稱。例如，抑制細菌細胞壁的合成抗菌藥物為青霉素；抑制細菌DNA解旋酶的活性的抗菌藥物為環(huán)丙沙星；能與核糖體結(jié)合、阻斷翻譯的抗菌藥物為紅霉素；抑制RNA聚合酶的活性的抗菌藥物為利福平等等。

2求同存異，訓(xùn)練思維的集中性

集中性思維是指對事物的抽象概括、判斷和推理能力。沒有集中就難以抓住事物的本質(zhì)、揭示事物的內(nèi)在規(guī)律，所以對學(xué)生進行集中性思維訓(xùn)練是十分重要的。對于教學(xué)中遇到的一些需要總結(jié)概括的知識時，教師要有意識地訓(xùn)練學(xué)生這方面的能力。

案例4：有絲分裂概念的歸納。細胞有絲分裂分許多時期，每一時期都有許多變化，如核膜、核仁、紡錘體、染色體、細胞板的出現(xiàn)與消失，細胞膜的縊裂，著絲粒的分裂，染色體復(fù)制，DNA復(fù)制等等，但什么是有絲分裂最重要的特征呢？要引導(dǎo)學(xué)生通過分析理解，這些變化中只有染色體的數(shù)量變化才是最主要、最重要的變化，進而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)有絲分裂的重要特征：親代細胞染色體復(fù)制后，平均分配到兩個子細胞中去。

案例5：呼吸作用概念的歸納。呼吸作用的類型分有氧呼吸和無氧呼吸，兩者的反應(yīng)物、產(chǎn)物、場所、過程、酶、產(chǎn)能多少、反應(yīng)式等都不相同(表1)。兩者差異明顯，為什么都被稱為呼吸作用呢？它們在本質(zhì)上到底有什么共同之處呢？學(xué)生通過思考，最終得出結(jié)論：過程雖然不盡相同，但都是分解有機物，釋放能量。這也是呼吸作用的概念。

表1 有氧呼吸與無氧呼吸的區(qū)別

案例6：細胞核的功能的總結(jié)。教材介紹了多個有關(guān)細胞核的實驗、黑白美西螈的核移植實驗、蠑螈受精卵橫縊實驗、傘藻的嫁接實驗、變形蟲的切割實驗。這些實驗的結(jié)論都集中指向“細胞核是細胞代謝和遺傳的控制中心”這一功能，可讓學(xué)生體驗一次集中性思維的過程。

3破除定勢，訓(xùn)練思維的批判性

思維定勢是指人們常常沿著固定的思維模式去思考或解決問題的一種思維形式。思維定勢常常阻礙學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新潛能的發(fā)揮。因此，教師要借助一些特定的教學(xué)內(nèi)容，有意識地進行批判性思維的訓(xùn)練，破除思維定勢對學(xué)生的束縛，引導(dǎo)他們的思維向新的方向探索，從而使思路更廣闊，見解更深刻。

案例7：莖的背地性和根的向地性。這是訓(xùn)練批判性思維的極好例子。先解釋莖的向光性：將一株植物放倒，由于受重力影響，莖的近地側(cè)生長素分布較多，生長較快，而遠地側(cè)生長素分布較少，生長較慢，所以莖表現(xiàn)出向上生長，即莖的背地性。再讓學(xué)生套用同樣的方法去解釋根的向地性：根的近地面生長素分布較多，生長快，遠地側(cè)生長素分布較少，生長較慢，結(jié)果根向空中生長。結(jié)論顯然是錯誤的。如何解決呢？必須換一種思考：根對生長素濃度極為敏感，根的近地側(cè)生長素分布較多，生長反而受抑制，從而生長較慢，遠地側(cè)雖然濃度低，但仍然促進生長，結(jié)果根向地生長。

案例8：不同類型的糖尿病。學(xué)過“血糖調(diào)節(jié)”內(nèi)容之后，學(xué)生對糖尿病病因的一般理解是：胰島B細胞受損，導(dǎo)致體內(nèi)胰島素含量少，血糖高，尿中帶糖，需要終身依賴外源性胰島素補充以維持生命。其實這種被稱為I型糖尿病，又被稱為胰島素依賴型糖尿病，通常發(fā)生于兒童及年齡小于 30 歲的年輕人，在糖尿病患者中僅占5%以下。而占95%以上的患者是另一種被稱作II型糖尿病，也稱為非胰島素依賴型糖尿病，這類患者血液中并不缺乏胰島素，甚至含量還偏高，導(dǎo)致糖尿的原因可能是胰島素受體遭到破壞，多見于 40 歲以上的中、老年人。I型和II型糖尿病的病因正好相反，一類是缺乏胰島素；另一類是缺乏胰島素受體。

案例9：減數(shù)分裂的時間、場所、過程等概念轉(zhuǎn)變。學(xué)必修二“減數(shù)分裂過程”時，師生一般都認為，卵細胞的形成應(yīng)該開始于動物的發(fā)情期，場所就在卵巢，最終在卵巢中產(chǎn)生卵細胞，而且整個過程應(yīng)該是連續(xù)的，不間斷的。而在學(xué)習(xí)選修三后，原有概念發(fā)生了變化。卵細胞形成的開始時間是在雌個體的胎兒期，也就是說在雌性個體還是胎兒的時候，卵巢中的卵原細胞就開始染色體體復(fù)制，成為初級卵母細胞，而后停止發(fā)育。等到性成熟時，初級卵母細胞在卵巢里繼續(xù)進行分裂，直至減數(shù)第二次分裂中期停止，然后卵巢排出卵子(注意不是卵細胞而是次級卵母細胞)，進入輸卵管。在輸卵管中，若遇到精子，受精后則繼續(xù)分裂，完成減數(shù)第二次分裂的后期和末期；若未遇到精子，則卵子永遠停留在減二中期?？梢娺x修三與必修二的有關(guān)減數(shù)分裂概念不完全相同。事實上，這種隨學(xué)習(xí)內(nèi)容加深而引起的概念轉(zhuǎn)變，會一直貫穿于學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，這也為訓(xùn)練學(xué)生的批判性思維提供了極為豐富的素材。

4對照類比，訓(xùn)練思維的嚴密性

思維嚴密性是指對思維對象全面、深刻、完整的思考。嚴密性是思維的重要特性，發(fā)展思維嚴密性，是學(xué)生形成科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。許多生物學(xué)實驗需要做對照，由此可作為訓(xùn)練學(xué)生嚴密性思維的材料。嚴密性是實驗設(shè)計的最基本要求，也是最重要的一項要求。缺乏嚴密性的實驗是沒有說服力的，得出的結(jié)論也是不能讓人信服的。艾弗里在做肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實驗時，已將肺炎球菌的DNA提純到了99.98%的純度，只含有0.02%的雜質(zhì)，但其“肺炎球菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA”的結(jié)論，依然沒有能說服當時那些挑刺的科學(xué)家，由此可以看出，實驗的嚴密性、嚴謹性對于實驗結(jié)論的正確性和科學(xué)性是多么的重要。

案例10：溫特實驗。1928年，荷蘭科學(xué)家溫特在研究植物向光性時，做了兩個實驗：實驗①是把切下的胚芽鞘尖端放在瓊脂塊上，幾小時以后，移去胚芽鞘尖端，并將這塊瓊脂切成小塊，放在切去尖端的胚芽鞘切面的一側(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個胚芽鞘會向放瓊脂的對側(cè)彎曲生長；實驗②是把沒有接觸過胚芽鞘尖端的瓊脂小塊，放在切去尖端的胚芽鞘切面的一側(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個胚芽鞘既不生長，也不彎曲。由此說明，胚芽鞘的尖端確實產(chǎn)生了某種物質(zhì)，這種物質(zhì)從尖端運輸?shù)较虏?，并且能夠促使胚芽鞘下面某些部分的生長。

問題是：溫特為何要設(shè)置實驗②？如果沒有實驗二②，可不可以得到上述結(jié)論？答案是實驗②可以排除瓊脂塊引起切去尖端的胚芽鞘彎曲的可能性。

5總結(jié)規(guī)律，訓(xùn)練思維的敏捷性

學(xué)生對有些學(xué)習(xí)內(nèi)容能夠掌握，也能夠得到出正確的答案，但解題速度太慢，過程太繁，時間不夠用，而且對解題結(jié)果也不夠自信。主要原因是沒有找到解題規(guī)律或技巧。事實上，任何復(fù)雜的事物，只要耐心思考，反復(fù)研究，都可以從中找到一些規(guī)律性的東西，如果加以總結(jié)提煉，形成一定的解題模式或技巧，就會使解題速度大大加快。教師在教學(xué)中應(yīng)當多做這方面的研究和引導(dǎo)，這不僅能提高學(xué)生思維的敏捷性，而且還能激發(fā)學(xué)生巨大的學(xué)習(xí)熱情與自信心。

案例11：判斷細胞分裂圖形。細胞分裂圖形的判斷是教學(xué)中的一個難點，學(xué)生感到困難。教師可以盡可能多地收集一些細胞分裂圖，集中讓學(xué)生揣摩與研究，尋找其中的規(guī)律，最后構(gòu)建該類圖形判斷的一般流程，即所謂“兩看”判斷模型：一看有無同源染色體，無同源染色體，則為減數(shù)第二次分裂；二看同源染色體的行為：同源染色體有聯(lián)會、排赤道板兩側(cè)、分離行為，則為減數(shù)第一次分裂；同源染色體無聯(lián)會、排赤道板兩側(cè)、分離行為，則為有絲分裂。

案例12：辨析實際光合速率與凈光合速率。凈光合速率與真光合速率的分辨和區(qū)別，永遠是高中生物學(xué)教與學(xué)的難點。多次測試結(jié)果表明，這類題目，無論教師講多少遍，學(xué)生考多少次，正確率都不會很高。究其原因是，學(xué)生不能準確地判斷題中給出的相關(guān)數(shù)據(jù)、曲線到底是凈光合速率，還是真光合速率？教學(xué)中可以多搜集這類習(xí)題，讓學(xué)生比較辨析揣摩，從中獲得一些解題技巧和方法并進行歸納：①文字表述辨別：實際光合速率的表述一般都直接帶有“光合作用”一詞，常用“同化量”、“產(chǎn)生量”、“制造量”這些詞；而凈光合作用一般不提及“光合作用”，常用“吸收量”、“釋放量”、“ 減少量” 、“增加量”、“積累量”一類詞。歸納習(xí)題中經(jīng)常出現(xiàn)的相關(guān)表述，并列表加以區(qū)別(表2)。②曲線圖、概念圖辨別：圖1中甲圖曲線上每一點的值代表的是凈光合速率值，實際光合速率通常用圖中曲線上每一點的值加上呼吸速率(A點的值)來表示；乙概念圖中的葉綠體從線粒體和空氣中吸收的CO2之和代表實際光合速率，葉綠體單獨從空氣中吸收的CO2代表凈光合速率。

表2 實際光合速率和凈光合速率的區(qū)別

圖1 凈光合速率(甲)和實際光合速率(乙)的圖示

6追根溯源，訓(xùn)練思維的深刻性

思維的深刻性反映了人類思維活動的深度、廣度和難度，是一切思維品質(zhì)的基礎(chǔ)。思維深刻性發(fā)展水平的高低，必然會影響思維品質(zhì)其他方面的發(fā)展水平。因此，在生物學(xué)教學(xué)中要特別重視對學(xué)生思維深刻性的培養(yǎng)。思維的深刻性體現(xiàn)在解決問題時能透過現(xiàn)象看本質(zhì)，在錯綜復(fù)雜的情境中，把握好解決問題的關(guān)鍵。

案例13：中耕松土和植物“午休現(xiàn)象”。很多學(xué)生會滿足于松土使根透氣這一膚淺的認識，而不能更深入地思考透氣會使根的呼吸作用增強，進而促進了根對礦質(zhì)元素的主動吸收這一深層次的原因。同樣學(xué)生在解釋植物“午休現(xiàn)象”現(xiàn)象時，認為是缺水使植物光合作用減慢，導(dǎo)致植物生長受阻，而不能深入思考缺水是使葉片氣孔關(guān)閉，致使CO2減少，導(dǎo)致植物光合作用減慢。

案例14：質(zhì)壁分離的內(nèi)因與外因。學(xué)生在解釋質(zhì)壁分離的原因時，常常只關(guān)注外界溶液的濃度大于細胞液的濃度，導(dǎo)致液胞失水，原生質(zhì)層體積縮小，原生質(zhì)層與細胞壁逐漸分離，即質(zhì)壁分離。而忽略另一個重要原因：構(gòu)成植物細胞的細胞壁和原生質(zhì)層的伸縮性不同，即細胞壁的伸縮性較小，而原生質(zhì)層的伸縮性較大，這樣在細胞失水時，細胞壁和原生質(zhì)層之間才有可能發(fā)生分離。

案例15：生物多樣性的原因。生物多樣性的直接原因是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的多樣性，根本原因是DNA分子的多樣性。還有一個不可忽視的原因，即環(huán)境多樣性，多樣化的環(huán)境導(dǎo)致了不同方向的自然選擇，由此產(chǎn)生了各種各樣的生物種類。