以“群落的結(jié)構(gòu)”為例探討發(fā)展科學思維的課堂教學設(shè)計

唐國偉

(重慶市第七十一中學校 400030)

發(fā)展學科核心素養(yǎng)是高中階段教學的宗旨，培養(yǎng)科學的思維則是發(fā)展核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容之一。杜威在闡述科學思維時強調(diào)“反省思維”，認為科學的思維乃是對某一問題進行反復(fù)、嚴肅、持續(xù)不斷的深思，教師在課堂中的語言、知識和授課方式都影響學生思維的培養(yǎng)[1]。筆者以人教版高中生物學教材必修3中“群落的結(jié)構(gòu)”一節(jié)為例，探討如何以思維發(fā)展為著眼點設(shè)計教學過程。

1 概念的說明——在差別中發(fā)現(xiàn)同一

認識自然的關(guān)鍵在于對事實的說明，把自然現(xiàn)象的不同種類還原為同一領(lǐng)域，讓普遍包攝特殊，在不相似中發(fā)現(xiàn)相似[2]。教學中教師通過對科學名詞的說明，引導(dǎo)學生將新近學習的概念與以往概念建立起聯(lián)系，在差別中發(fā)現(xiàn)同一。

“群落”概念的學習置于“種群”之后。種群是種內(nèi)關(guān)系維系的生物群體，群落則是種間關(guān)系維系的生物群體。教學中將“群落”和“種群”的學習結(jié)合在一起，使兩個概念統(tǒng)一在“依靠生態(tài)關(guān)系維系的群體”這個普遍觀念中，培養(yǎng)他們用這些普遍觀念作為基礎(chǔ)來認識后繼問題，產(chǎn)生學習的連續(xù)性。

2 科學概念學習——概念的科學化

科學概念的學習歸根到底需要概念的科學化。將前概念更新為科學概念的過程建立在證據(jù)和邏輯基礎(chǔ)上[1]。為了深入理解群落內(nèi)種間關(guān)系和群落間差異性，教材安排了“資料分析”。這些資料是思維的材料，具有“證據(jù)”意義。如何用好這些“證據(jù)”，賦予課堂育人內(nèi)涵則是教學設(shè)計的關(guān)鍵。

2.1 指向意義發(fā)現(xiàn)的材料選擇和提問設(shè)計 保持思維的連續(xù)需要靈活多樣的學習材料，教師對教學材料的選擇呈現(xiàn)行為可能限制或鼓勵學生后續(xù)的創(chuàng)造性活動。在“競爭關(guān)系”學習環(huán)節(jié)，設(shè)計呈現(xiàn)兩組材料：①教材中的資料一(第73頁)大草履蟲和雙小核草履蟲共培養(yǎng)實驗；②大草履蟲和袋狀草履蟲共培養(yǎng)的種群數(shù)量變化曲線圖(圖1)。兩組材料都表現(xiàn)了競爭關(guān)系。前者有勝有?。缓笳邇烧吖泊?，卻出現(xiàn)了食性和棲息環(huán)境的分化。如何引導(dǎo)學生理解這些材料，從現(xiàn)有的信息獲取更為本質(zhì)的事物，教師可通過課堂提問來實現(xiàn)。筆者設(shè)計的問題是：“根據(jù)上述材料，你認為競爭的本質(zhì)是什么？”

圖1 草履蟲的競爭注：(a)雙小核草履蟲(Paramecium. auerlia)、大草履蟲(P. caudatum)和袋狀草履蟲(P. bursaria)單獨培養(yǎng)時的種群數(shù)量變化曲線；(b)共同培養(yǎng)時，雙小核草履蟲導(dǎo)致大草履蟲逐漸消失；(c)大草履蟲和袋狀草履蟲共培養(yǎng)，兩者都存活，但種群密度比單獨培養(yǎng)時都低[3]

這樣的問題設(shè)計是引導(dǎo)學生通過基于實驗現(xiàn)象的分析，意識到不同材料描述的只是不同的特例，而利用這些特例來探究引發(fā)現(xiàn)象的普遍原理才是學習的過程。學生通過努力發(fā)現(xiàn)兩個實驗現(xiàn)象雖不相同，但原理卻是相同的：資源的共同利用是競爭的本質(zhì)。教師設(shè)計的提問是要指導(dǎo)學生通過觀察、回憶、推理，去發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有材料的意義，形成一種信念，成為繼續(xù)學習的原動力，而不是只滿足于獲取現(xiàn)成的答案。從另一角度看，提問是指向?qū)W習材料的抽象化，以此把握事物的本質(zhì)特征，擴展科學概念的外延。

2.2 定量化分析材料，明晰事物間的關(guān)系 教學中以定量的概念來揭示事物本質(zhì)及其發(fā)展變化規(guī)律，能讓描述事實變得簡明精確，使學生更容易發(fā)現(xiàn)事實材料的科學意義。這種定量化策略也可用于生命過程的分析和推理。教材第73頁資料二是對猞猁和雪兔種群數(shù)量的描述。對于猞猁捕食雪兔的最終結(jié)果，不少學生認為猞猁消滅了雪兔，或者是雪兔數(shù)量逐漸減少，屬于前概念中的錯誤認識。在讓學生觀察猞猁和雪兔種群變動曲線時，可要求他們描述兩種動物間的數(shù)量變化，通過定量分析，就可得到新的捕食概念——猞猁和雪兔不是誰去消滅誰的關(guān)系，形成的是彼此依賴性關(guān)系，亦是進化上的協(xié)同關(guān)系。這樣利用符號系統(tǒng)進行推理的定量分析，符合精確化的科學邏輯。

2.3 指標和指標體系，概念學習中知識的整理 科學概念的學習要促進概念有意義建構(gòu)。這種建構(gòu)需有大量事實性知識支撐，更需要通過一定手段來整合、組織這些知識，將其置于學習者的概念框架中[4]。

在“群落空間結(jié)構(gòu)”教學中，以教材72頁兩幅不同群落圖片作為直觀素材，讓學生描述這兩個群落有什么不同。有學生很快發(fā)現(xiàn)對事物的科學描述不像平時聊天，需要動用抽象化的科學言語，這就要對知識進行梳理，使之簡潔、明了、準確。教材中能找到兩個群落在物種組成特征上是不同的，而描述這一特征的是“物種豐富度”這一指標。這就在認識和描述事物上提供了一條思維的脈絡(luò)：對事物的描述要抓住其特征，而能簡明扼要反映事物特征的正是一些指標。這時，可引導(dǎo)學生回到教材第71頁上的關(guān)于“研究池塘群落”的示意圖，讓學生從該圖明白研究群落會發(fā)現(xiàn)多方面的問題，反映群落具有多方面的特征。而這些特征可以用不同的指標來描述：如反映群落中數(shù)量占優(yōu)勢的種群可以用物種優(yōu)勢度，反映垂直結(jié)構(gòu)特征則可用不同物種在樹林不同層次中的相對密度，這些指標集合在一起就能構(gòu)成一個體系，比較全面地反映事物的本質(zhì)屬性。由“特征”到“指標”，再由“指標”到“指標體系”，這體現(xiàn)了知識梳理上的一種系統(tǒng)化和科學化，也是學科的專業(yè)化。

2.4 概念發(fā)展中的知識呈現(xiàn)序列 思維需要豐富的材料，但如何將大量知識材料按一種有條不紊的序列呈現(xiàn)給學習者，影響著他們思維發(fā)展水平[5]。對此有兩種側(cè)重點不同的方法——系統(tǒng)的方法和歷史的方法。

群落的知識呈現(xiàn)序列可按時空兩條線索進行。垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)是群落的空間格局；而群落演替則是群落在時間尺度上的演變。教學中按時空序列展開群落特征的縱橫比較是構(gòu)建立體化群落概念的基本思路。這樣的知識呈現(xiàn)更偏重于知識的系統(tǒng)性。按時空序列對概念進行思考的教學設(shè)計不但為我們指示了展開核心概念外延的兩個方向，有利于思維持續(xù)進行，也概括了兩種基本的生命關(guān)系。生命間的空間關(guān)系是具體的、外在的、現(xiàn)實的生態(tài)關(guān)系；時間關(guān)系則是抽象的、內(nèi)在的、歷史的進化(親緣)關(guān)系[6]。

還有一種教學方法是歷史的方法。例如，在學完“競爭關(guān)系”后，引導(dǎo)學生思考實驗種群間的競爭現(xiàn)象與自然群落中許多物種共存這一矛盾的事實，介紹近代生態(tài)學對高斯假說的爭論，將更有助于他們理解“生態(tài)位”“競爭排斥”等術(shù)語的來源和含義；有助于闡明在科學領(lǐng)域我們?nèi)绾沃牢覀兯赖氖虑?，強調(diào)了人類思想的統(tǒng)一性和連續(xù)性[7]，也有助于培養(yǎng)思維的獨特性[8]。

當然，概念科學化要讓學生的思維持續(xù)、嚴肅而不隨意，但并不是要在教學設(shè)計中把分析思維和抽象思維抬得過高。關(guān)注直覺思維和形象思維在課堂中的運用也是課堂設(shè)計需要考慮的，它可能使思維“躍進”“越級”和“走捷徑”。例如，在分析猞猁和雪兔的捕食關(guān)系時，先不從概念出發(fā)講解術(shù)語，而是展現(xiàn)一些這兩種動物在茫茫草原奔跑追逐的畫面，并鼓勵學生用自己的語言描述這一情境，會使得一些學生很快對捕食者和獵物的依賴性關(guān)系有所察覺。這是運用表象進行思維，培養(yǎng)學生的直覺思維。

發(fā)展知識的同時發(fā)展思維是當今科學教育目標專業(yè)化的一個體現(xiàn)。引導(dǎo)學生養(yǎng)成一種基于證據(jù)的、有目的性的、持續(xù)深思問題的習慣，并讓邏輯思維和形象思維協(xié)調(diào)發(fā)展，是課堂教學設(shè)計的理性追求。

(基金項目：國培計劃——重慶市農(nóng)村義務(wù)教育生物學科教學名師跨省脫產(chǎn)研修，No. GPCQ1401190031)