基于發(fā)展批判性思維的有絲分裂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

劉 怡

(浙江省寧波外國語學(xué)校 寧波 315121)

浙科版教材中“制作并觀察植物細(xì)胞有絲分裂的臨時(shí)裝片”實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生學(xué)會(huì)制備洋蔥根尖臨時(shí)裝片的技術(shù)，并能夠觀察到洋蔥根尖細(xì)胞有絲分裂不同時(shí)期的細(xì)胞圖像，尤其是染色體的行為變化。直觀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以為概念的形成提供事實(shí)的支撐，對(duì)于幫助學(xué)生理解細(xì)胞增殖的具體過程有著非常重要的作用。但是，由于該實(shí)驗(yàn)的操作過程比較繁瑣，大部分時(shí)間都用在臨時(shí)裝片的制作上，觀察時(shí)也很難在視野中同時(shí)找到處于不同分裂時(shí)期的細(xì)胞，導(dǎo)致平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中往往忽視了對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理和數(shù)據(jù)分析。本文將美國學(xué)者關(guān)于批判性思維培養(yǎng)方法的研究成果[1]運(yùn)用到本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)，質(zhì)疑思考論證，有利于學(xué)生批判性思維的發(fā)展。

1 批判性思維的內(nèi)涵

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中提出： 學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，如能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會(huì)議題[2]。批判性思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的形式之一，也是中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)中科學(xué)精神的要點(diǎn)之一。

批判性思維是指具有目的性和反思性的判斷，包括好奇、敏銳、求真等思維特性，也包括闡釋、分析、推理、評(píng)估、解釋和自我調(diào)整等認(rèn)知技能[3]。批判性思維不是盲目的批判和質(zhì)疑，而是強(qiáng)調(diào)思考和論證的思維，它的形成是以一定的生物學(xué)知識(shí)為支撐的。形成理解

生命世界、理解生物學(xué)必需的基本概念，并由此建立生命觀念，是今后遇到有關(guān)生物學(xué)問題時(shí)可以運(yùn)用批判性思維的必要基礎(chǔ)。

在教學(xué)中如何幫助學(xué)生形成和發(fā)展批判性思維是廣大教師面臨的一個(gè)難題。美國德克薩斯州的教師和學(xué)者經(jīng)過長期的實(shí)踐，提出了培養(yǎng)批判性思維的具體操作方法，即“中心議題+七步課堂教學(xué)法”[1](圖1)。教師首先要提出一個(gè)中心議題，激發(fā)學(xué)生投入課程的興趣，然后再圍繞議題分步展開課堂教學(xué)，這種獨(dú)特的教學(xué)模式為批判性思維培養(yǎng)的教學(xué)提供了可操作的范例。

圖1 批判性思維培養(yǎng)的基本步驟

2 有絲分裂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)的重要組成部分，積極開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分有效地利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論，對(duì)于發(fā)展學(xué)生的批判性思維有著非常重要的意義。本文以“制作并觀察植物細(xì)胞有絲分裂的臨時(shí)裝片”實(shí)驗(yàn)為例，探討基于發(fā)展批判性思維的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施策略。

2.1 中心議題的確立 在真實(shí)的生物學(xué)問題情境中思考、解決問題，是形成批判性思維的有效途徑。傳統(tǒng)的有絲分裂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師往往忽視了情境的創(chuàng)設(shè)，直接告訴學(xué)生要觀察的是洋蔥根尖的分生區(qū)，學(xué)生只需按照實(shí)驗(yàn)步驟一步一步進(jìn)行操作即可，這樣的教學(xué)方式為學(xué)生提供的是現(xiàn)成的結(jié)論，缺少了問題的探究，也沒有運(yùn)用批判性思維?？梢越梃b美國《生命的動(dòng)力》教材中“洋蔥根尖細(xì)胞的有絲分裂過程”實(shí)驗(yàn)的情境創(chuàng)設(shè)，先提出研究背景，告訴學(xué)生： 有絲分裂使細(xì)胞增殖，維持生物生長。然后提出研究的問題： 有絲分裂在全身是以相同的速度進(jìn)行的嗎？在哪一部分發(fā)生得更多？隨之提出實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是觀察洋蔥根尖兩個(gè)不同部位的細(xì)胞，在每個(gè)部位找出有絲分裂的各個(gè)階段，研究不同部位的有絲分裂過程。通過簡單的問題情境的創(chuàng)設(shè)，確立了本節(jié)課的中心議題，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，更能激發(fā)學(xué)生的問題意識(shí)和學(xué)習(xí)興趣，吸引學(xué)生的好奇心，激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與到探究的過程中來。

2.2 批判性思維七步驟 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)的重要途徑。指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)教材中的實(shí)驗(yàn)步驟制作好洋蔥根尖的臨時(shí)裝片后，可以采用培養(yǎng)批判性思維的七步課堂教學(xué)法展開教學(xué)。

2.2.1 閱讀觀察 閱讀觀察是學(xué)生獲取信息的第一步。首先，需要學(xué)生仔細(xì)觀察裝片中不同部位的不同細(xì)胞，找出處于不同分裂時(shí)期的細(xì)胞，通過拍照、畫圖、計(jì)數(shù)等方式記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后通過個(gè)別或小組提問、討論等方式引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教師可以為學(xué)生提供輔助的教學(xué)材料(如照片、模式圖等)，還可以以圖示的方法介紹實(shí)驗(yàn)步驟，更加直觀明了，幫助學(xué)生迅速地獲得所需要的信息。在獲取信息的過程中，學(xué)生會(huì)逐漸產(chǎn)生不同的問題，形成質(zhì)疑的氛圍，啟動(dòng)批判性思維。

2.2.2 對(duì)比比較 獲取了相關(guān)信息之后，需要通過對(duì)比等方法對(duì)信息進(jìn)行一定的處理。在本實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以將自己觀察到的不同部位或不同時(shí)期的細(xì)胞進(jìn)行比較，將制作的臨時(shí)裝片與永久裝片進(jìn)行比較，也可以將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他小組觀察到的結(jié)果進(jìn)行比較，還可以與教材中的實(shí)驗(yàn)圖片進(jìn)行比較，從而清楚地認(rèn)識(shí)和辨別出不同時(shí)期的細(xì)胞及有絲分裂過程中染色體行為的變化，也可以發(fā)現(xiàn)自己實(shí)驗(yàn)操作過程中可能存在的問題。通過對(duì)比，找出相關(guān)知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性和不同點(diǎn)，可以鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力、分析與比較的能力，發(fā)展科學(xué)思維。

2.2.3 尋找主題 這一步主要目的是幫助學(xué)生分類梳理其所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，組織或重建知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)歸納推理能力?；诤诵乃仞B(yǎng)的教學(xué)強(qiáng)調(diào)要基于事實(shí)和現(xiàn)象建構(gòu)概念，并能運(yùn)用這些概念解釋生命現(xiàn)象[4]。通過本實(shí)驗(yàn)的完成，學(xué)生觀察到了有絲分裂的具體過程，能夠進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)“細(xì)胞是通過分裂實(shí)現(xiàn)增殖的，有絲分裂保證了遺傳信息在親代和子代細(xì)胞中的一致性”等核心概念的理解，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和核心概念的學(xué)習(xí)有機(jī)整合成一體，在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上形成概念，同時(shí)又利用相關(guān)概念來解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.2.4 解碼推理 這一步鼓勵(lì)學(xué)生破解教材編寫的意圖，在本實(shí)驗(yàn)中，可以設(shè)計(jì)以下問題啟發(fā)學(xué)生思考討論： ①制作洋蔥根尖細(xì)胞臨時(shí)裝片的步驟順序能否調(diào)換？②解離、漂洗、染色、制片的目的分別是什么？③解離、漂洗、染色分別采用了什么試劑，為什么用這些試劑？④各步驟操作的時(shí)間能否改變？⑤洋蔥根尖哪個(gè)區(qū)域進(jìn)行有絲分裂的細(xì)胞更多，哪個(gè)區(qū)域生長更為迅速？⑥你是否找到了有絲分裂各個(gè)時(shí)期的細(xì)胞，若沒找到應(yīng)該怎么做？⑦你能否觀察到細(xì)胞有絲分裂的動(dòng)態(tài)過程？⑧你制作的裝片和永久裝片以及其他同學(xué)的裝片有何不同？學(xué)會(huì)質(zhì)疑是批判性思維的起點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)問題串的方式來引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑，可以讓學(xué)生更深入透徹地理解教材,實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，也引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用批判性思維思考生物學(xué)問題。

2.2.5 編碼解答 這一步要求學(xué)生在解碼推理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)對(duì)以上提出的問題給出合理的解釋或答案。如果學(xué)生的答案不明確,教師必須鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步觀察、推理和驗(yàn)證。當(dāng)學(xué)生答案有誤時(shí)，教師應(yīng)該讓其陳述理由，一步一步引導(dǎo)其推理、思考，直至得出滿意的答案為止。學(xué)生暴露出的錯(cuò)誤是培養(yǎng)批判性思維的良好資源，教師要重視這些錯(cuò)誤資源，及時(shí)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

例如，漂洗的目的是為了洗去解離液，防止解離過度，而學(xué)生常常誤以為漂洗的目的是避免鹽酸會(huì)和龍膽紫發(fā)生酸堿中和反應(yīng)。實(shí)際上龍膽紫溶液是呈酸性的，之所以稱為堿性染料是由于其助色基團(tuán)電離后所帶的電荷為正電荷而定的。如果學(xué)生有進(jìn)一步探究的意向，可以讓學(xué)生對(duì)不同的觀點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。論證是批判性思維的核心，問題探究的過程正是尋找證據(jù)、論證觀點(diǎn)的過程。在編碼解答問題、思考論證問題的過程中，學(xué)生能夠全面深入地理解本節(jié)課的目標(biāo)和要義，落實(shí)本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。

2.2.6 實(shí)際運(yùn)用 在進(jìn)行科學(xué)論證時(shí)，最好的證據(jù)就是來自于科學(xué)觀察、科學(xué)實(shí)驗(yàn)所獲得的科學(xué)事實(shí)。

例如，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中可以觀察到間期的細(xì)胞數(shù)量比分裂期的細(xì)胞數(shù)量多，不同細(xì)胞的染色體數(shù)目可能不同，各個(gè)時(shí)期細(xì)胞的染色體或結(jié)構(gòu)變化，動(dòng)植物細(xì)胞有絲分裂的異同等，利用實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象為課堂教學(xué)服務(wù)，能為知識(shí)的建構(gòu)提供直接的證據(jù)。也可以利用實(shí)驗(yàn)的結(jié)果讓學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過列表、畫圖等方式對(duì)各個(gè)時(shí)期細(xì)胞的數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，推測細(xì)胞周期的持續(xù)時(shí)間等，來發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。還可以引導(dǎo)學(xué)生提出新的問題，如： 動(dòng)物細(xì)胞的有絲分裂臨時(shí)裝片可以如何制作？能否通過改變實(shí)驗(yàn)材料、解離液的濃度、染色劑的配方或濃度等方法來改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案？然后讓學(xué)生分組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，寫出實(shí)驗(yàn)思路并展開新的實(shí)驗(yàn)研究。這個(gè)過程要求學(xué)生在新的問題情境中去解釋生物學(xué)現(xiàn)象，揭示生物學(xué)規(guī)律，并用文字、圖示、模型等方式進(jìn)行表達(dá)，在形成批判性思維的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)運(yùn)用批判性思維去解決實(shí)際問題。

2.2.7 歸納總結(jié) 實(shí)驗(yàn)完成后，應(yīng)該讓學(xué)生養(yǎng)成自我反思和歸納總結(jié)的習(xí)慣，在交流與表達(dá)中讓學(xué)生分享學(xué)習(xí)的收獲。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中記錄下： 本次實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是什么？失敗的原因有哪些？對(duì)實(shí)驗(yàn)方法或步驟有哪些改進(jìn)的建議？給出的答案可以是具體的，也可以是抽象的，通過歸納總結(jié),學(xué)生批判性思維能力將得到進(jìn)一步提升，同時(shí)也為思維的創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

批判性思維是一種科學(xué)思維品質(zhì)，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤其要重視發(fā)展學(xué)生的批判性思維，為學(xué)生提供質(zhì)疑和思考的情境，讓學(xué)生在民主開放的氛圍中討論探究，還要鼓勵(lì)學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)對(duì)生物學(xué)議題進(jìn)行深度思考和理性論證，形成科學(xué)思維的習(xí)慣。本節(jié)實(shí)驗(yàn)課運(yùn)用批判性思維七步驟展開教學(xué)，更加側(cè)重實(shí)驗(yàn)的分析討論，促進(jìn)了科學(xué)思維訓(xùn)練的深度教學(xué)，開拓了教學(xué)的思路，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和概念教學(xué)有機(jī)結(jié)合，從另一個(gè)角度實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化創(chuàng)新，對(duì)于發(fā)展學(xué)生的批判性思維有著重要意義。