生物學教學中學生歸納推理能力的培養(yǎng)策略*

□邰玉韋 黃翠香

（常州市北郊初級中學，江蘇常州 213002；江蘇鳳凰科學技術出版社，江蘇南京 210009）

《辭海》中的“歸納”指從個別或特殊的經(jīng)驗事實出發(fā)推出一般性原理、原則的推理形式、思維進程和思維方法。同由一般性知識的前提出發(fā)得出個別性或特殊性知識的結論的推理形式、思維進程和思維方法的“演繹”相對。一般說來，兩者之間的區(qū)別是：歸納是由特殊推到一般，演繹是由一般推到特殊。而“歸納法”指從個別的或特殊的經(jīng)驗事實出發(fā)而概括得出一般性原理、原則的思維方法。主要包括觀察、實驗、比較、分析、綜合等方法以及科學歸納法、簡單枚舉歸納法等，有時也稱歸納推理[1]589。那么，如何在生物學教學中培養(yǎng)學生的歸納推理能力呢？下面結合教學案例，通過運用“科學觀察歸納法”、“模型建構歸納法”、“實驗探究歸納法”和“比較分析歸納法”等策略來培養(yǎng)學生的歸納推理能力。

一、科學觀察歸納法

“科學觀察歸納法”指由觀察或實驗分析某類中一些事物所以有（或沒有）某種屬性的原因，然后推出該類的所有事物都有（或沒有）該屬性的歸納推理。科學觀察歸納通過觀察、實驗、應用判明現(xiàn)象因果聯(lián)系的方法，可以獲得關于所考察對象的某種因果聯(lián)系的知識。以這種知識為根據(jù)，有可能作出較確實可靠的結論[1]919。

很多重要生物學概念的形成來自對生活或事實的科學觀察。義務教育階段的生物學課程安排了多種觀察活動，如初中生物學（蘇教版）的教材中一共有33個觀察活動，因此，在教學過程中，教師要根據(jù)教學內容的不同，指導學生進行觀察實踐活動，收集多個觀察數(shù)據(jù)或事實，進而歸納形成概念。

案例1：在“探究鳥類適應空中飛行的特征”教學設計中，重點指導學生從家鴿的體型、羽毛、骨骼、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等歸納總結鳥類適應空中飛行的特征。教學過程如下。導入：比比看什么樣的飛機飛得遠？（課前以小組為單位設計紙飛機。）活動一：歸納飛行需要解決的問題。學生從紙飛機比賽小游戲體驗中發(fā)現(xiàn)，“減輕體重、減少阻力、增加動力”是飛行需要解決的問題。活動二：通過觀察歸納家鴿適于空中飛行的特征。1.出示圖片、實物、模型等有關材料，請小組認真觀察家鴿的外形、家鴿的骨骼、家鴿的胸肌、家鴿的呼吸系統(tǒng)等，討論總結出家鴿適于空中飛行的特征，并將觀察結果及時記錄在任務單上，請各小組代表交流展示，其他小組進行補充與評價。歸納結果如表1。

表1

活動三：家鴿特征和飛行需要解決的問題之間的聯(lián)系。在教師的引導下，學生一起歸納。①減少阻力：身體呈流線型；②減輕重量：骨骼輕薄，口內無牙，直腸短，不儲存糞便，無膀胱；③增加動力：食量大，胸肌發(fā)達，心臟四腔，循環(huán)系統(tǒng)完善，兩翼寬大，用肺呼吸，氣囊輔助?；顒铀模簹w納鳥類的特征。圖片展示鴕鳥和企鵝，鳥類都能飛嗎？圖片展示蝴蝶和蝙蝠，能飛的都是鳥類嗎？什么是鳥類？再歸納：①身體呈流線型，并被覆羽毛；②前肢變成翼；③骨骼很薄，有的中空，有的愈合；④胸肌發(fā)達；⑤用肺呼吸，以氣囊輔助呼吸。

通過案例分析，科學觀察培養(yǎng)學生歸納推理能力的有效策略為：①科學觀察需要明確觀察目標，在觀察活動中，目標越明確，觀察就會越集中，感知越深刻，思維就越活躍。②科學觀察需要在觀察方法上給予恰當?shù)?、正確的引導。針對不同的觀察任務需選用不同的觀察方法，如：比較觀察法、測量數(shù)據(jù)法等。③科學觀察需要指導學生全面及時做好觀察記錄，及時用科學的文字、符號把觀察到的現(xiàn)象生動、準確地表達出來，才能準確把握其實質。④科學觀察需要對學生觀察的結果進行科學評價。在評價過程中，往往會發(fā)現(xiàn)一些意想不到的、精彩的學習研究方法與成果。

二、模型建構歸納法

模型建構歸納法是生物學教學過程中經(jīng)常使用的一種思維方法。多數(shù)抽象的生物學概念，可以為其找到具體的模型，通過對具體模型的學習和認識來幫助學生掌握抽象概念的性質及特點，促使學生主動建構和理解，進而歸納得出所學的概念，也可以幫助學生理解概念所體現(xiàn)的思維方式和方法。

案例2：“生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)”（蘇科版七下）中的一個重要概念是：生態(tài)系統(tǒng)具有自我調節(jié)恢復穩(wěn)定狀態(tài)的能力。僅僅讓學生通過教材中的資料分析，得出此結論是很困難的。教學重點是理解生態(tài)系統(tǒng)的自動調節(jié)能力是有限的，教學難點是嘗試用坐標、曲線表示并歸納分析幾種生態(tài)因素之間的關系。因此教學設計要適當?shù)剡M行目標分層，通過模型建構歸納法，循序漸進地突破教學難點。教學過程，引入視頻：定格于一幅組合畫面：中間一幅是草原中一個捕食的鏡頭。想一想：問題1：在草原生態(tài)系統(tǒng)中生活著哪些生物？問題2：草、鼠、鷹之間是什么關系？請你用學過的方法表示。請一位同學擺一擺或畫一畫食物鏈。追問：你認為草原上的草會不會因為鼠的存在而被吃光？鼠會不會因為鷹的捕食而消失？試一試：問題探究，并以表格形式引導學生。隨著時間變化，草、鼠、鷹之間的數(shù)量變化是怎樣的？草的數(shù)量開始持續(xù)增加，隨著草的增加，鼠的數(shù)量隨后會有什么變化？追問1：伴隨著鼠的數(shù)量持續(xù)增多，隨后，對草又產(chǎn)生了什么影響？追問2：鼠能無限增加嗎？鼠的數(shù)量增加受到哪些因素的影響？我們來分析鼠與鷹的數(shù)量變化關系，隨著鼠的增加，鷹的數(shù)量會發(fā)生什么樣的變化？最后在表2中呈現(xiàn)出“草、鼠、鷹”三者數(shù)量變化關系。

表2

擺一擺：小組合作活動，嘗試用坐標曲線來表示草原生態(tài)系統(tǒng)中這3種生物之間的關系。給出曲線并提出活動要求：（1）認真讀圖（圖1），了解縱、橫坐標軸各表示什么？（2）在草原生態(tài)系統(tǒng)中草、鼠、鷹的數(shù)量相同嗎？在坐標上如何表示？（3）根據(jù)表格的分析，請學生用磁鐵在白板的坐標軸內擺一擺3種生物的數(shù)量變化曲線。追問：為什么？請分析一下這3條曲線的變化情況。如在上升、下降作輔助線，引導學生分段描述。草增加，鼠會不會立即增加？草開始減少，鼠會不會立即減少？鷹呢？設計意圖：小組合作探究，模型建模，引領學生自主構建歸納出3條曲線、解釋規(guī)律。理一理：通過表格和3條曲線，學生看出這3種生物在數(shù)量上的變化規(guī)律。雖然這3種生物在數(shù)量上呈現(xiàn)上下波動，但生物總的數(shù)量還是能夠保持在一定的范圍內相對穩(wěn)定。追問：這種平衡和穩(wěn)定的能力，是來源于生態(tài)系統(tǒng)內部的調節(jié)，還是通過外界力量幫它完成的？水到渠成形成了重要概念：生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我調節(jié)。

模型歸納法強調具有一定思維含量的重要概念的形成，教師在教學中，要善于發(fā)現(xiàn)和挖掘教材中合理的資源，幫助學生自主總結和歸納。在上述案例重要概念“生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我調節(jié)”歸納形成過程中，用到了表格模型、曲線模型、磁鐵模型等，對目標進行了層層分解，不同的目標采取了不同的建模方式和歸納方式，目標之間建立了思維邏輯聯(lián)系，最后，以次類推，其他生態(tài)系統(tǒng)的其他生物之間也是遵循這樣的規(guī)律，實現(xiàn)從特殊到一般的歸納。

圖1

三、實驗探究歸納法

實驗探究歸納法是在實驗基礎上，對實驗數(shù)據(jù)認真加以分析，通過實驗事實歸納出生物學規(guī)律或內在必然聯(lián)系的認識方法。即由實驗分析某類中一些事物所以有（或沒有）某種屬性的原因，然后推出該類的所有事物都有（或沒有）該屬性的歸納推理。實驗探究歸納法在重要概念形成中起非常重要的作用。學生的實驗探究活動源于科學探究的一般過程，包括提出問題、作出假設、制定計劃、實施計劃、收集數(shù)據(jù)、得出結論、交流表達等活動。

案例3：“能量的釋放和利用”教學設計中，通過系列探究實驗歸納出“植物的呼吸作用”這一重要概念。教學過程如下。導入：玩游戲——蘿卜蹲，交流體會。如呼吸加快了（產(chǎn)生的氣體變多了）、流汗（產(chǎn)生熱量）、面紅耳赤（血液循環(huán)加快、產(chǎn)生熱量等）、氣喘吁吁（呼吸加快）、覺得熱（產(chǎn)生熱量）、跳不動了（能量不足）。環(huán)節(jié)1：提出問題。同時引出三個探究問題并作出假設：蘿卜的呼吸會消耗氧氣嗎？蘿卜的呼吸會產(chǎn)生二氧化碳嗎？蘿卜的呼吸過程中，會釋放熱量嗎？環(huán)節(jié)2：制定計劃。教師首先出示兩等份的新鮮蘿卜和煮熟蘿卜實驗材料，明確形成對照實驗。然后，逐步出示實驗器材圖片，讓學生說出其用處。如透明的飲料瓶（盛裝蘿卜塊）；標簽（編號1號、2號，方便觀察與表達）；溫度計（測量溫度）；小瓶子（里面盛裝了10mL澄清石灰水，用來檢驗二氧化碳）；注射器（可以抽取定量氣體）；鐵絲穿好的蠟燭（觀察蠟燭燃燒的現(xiàn)象）；隔熱保溫棉(粘貼在瓶子上可起到一定的保溫作用)；火柴(點燃蠟燭)。各小組討論需要選擇的器材，然后各組長從講臺上取走與本組對應的器材，搭建實驗裝置、討論檢驗方法并預估實驗結果。環(huán)節(jié)3：交流計劃。每個小組派一位同學上臺展示搭建的實驗裝置并簡要說明，相同探究主題的所有小組共同展示，其他同學提出質疑或給出合理的建議。環(huán)節(jié)4：實施計劃。教師呈現(xiàn)24小時前準備好的實驗裝置，請各組派一位同學來挑選相應的裝置，回到你的小組內進行實驗結果的檢測（友情提醒：檢測氧氣，快速高效；檢測二氧化碳，定量處理，抽取40mL的氣體緩慢注入澄清石灰水中，效果最佳）。環(huán)節(jié)5：展示結果并交流表達。氧氣組描述實驗現(xiàn)象；二氧化碳組展示澄清石灰水的變化；能量組說出了自己的困惑。教師展示溫度傳感器，并改用熱水瓶、大量小麥種子來做實驗，屏幕直接展示溫度變化的數(shù)據(jù)，解決能量組的困惑。環(huán)節(jié)6：拓展歸納。出示根、莖、葉、花、果實、種子等圖片，鼓勵學生用不同實驗材料進行課外探究實踐。師生總結，磁鐵卡片建構概念：呼吸作用就是植物分解有機物，消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳、釋放能量的過程。

對于不同的生物學重要概念的建構，科學探究的流程不拘泥一種，可以根據(jù)教學目標的設定，豐富活動設計的形式和內容，多角度開展活動歸納形成重要概念，發(fā)展學生的思維品質。本案例實驗歸納活動中，學生分組同時探究三個角度的問題，搭建三套實驗裝置，每個小組都得到了充分的展示，探究小組之間形成了一定的差異，相同主題的小組之間可以相互比較和學習，其他小組可以觀摩、質疑或提出修改建議。效果非常好。不同探究主題之間思維碰撞，形成多元化的意義溝通，生成連連不斷，歸納建構效率高，學習程度加深、學習成果增多。

四、比較分析歸納法

比較分析歸納法是一種常用的教學方式，其在提高知識結構的條理化、系統(tǒng)化方面有重要作用。在生物學概念學習中，經(jīng)常用的列表比較分析，利于學生梳理相關概念之間的邏輯關系。比較分析歸納法的運用可以改變學習方式，讓學生參與到教學中，使其成為教學主體，不僅可提高教學質量，而且還可激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)展學生的理性思維能力和批判性思維能力。

案例4：植物的主要類群包括藻類植物、苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物，可以將五類植物的各項特征進行比較分析和歸納。

在運用比較分析歸納法實施教學時，首先，選定比較對象時要遵循“相近”原則。兩個或多個對象之間有共同或者近似的方面，因為這些方面往往會對學生的知識掌握產(chǎn)生影響和干擾。其次，要確定關鍵的比較指標。如形態(tài)結構、生活環(huán)境和繁殖方式。最后，要確定比較恰當?shù)臍w納比較方式，如表格比較或圖式比較等。