基于結(jié)構(gòu)化思維，培養(yǎng)學(xué)生遷移推理能力

江釤

實(shí)驗(yàn)思路題對綜合思維能力要求高，但考生失分多，究其原因是學(xué)生科學(xué)探究能力和邏輯推理能力弱，不能將已學(xué)知識遷移到新情境中推理運(yùn)用。通過結(jié)構(gòu)化思維的訓(xùn)練，將促進(jìn)知識之間的關(guān)聯(lián)，遷移推理，形成實(shí)驗(yàn)思路。

1 結(jié)構(gòu)化思維與遷移理論

結(jié)構(gòu)化思維是通過分類歸納，將要解決的問題拆解成幾個(gè)相互聯(lián)系又條理清晰的關(guān)鍵問題，再分析，尋找事實(shí)基礎(chǔ)。其核心是簡化信息和選擇重要事實(shí)，從復(fù)雜問題中抓住問題的核心。其本質(zhì)是搭建思維框架，從而保證邏輯清晰，形成復(fù)雜問題一結(jié)構(gòu)化一簡單化的過程。

奧蘇貝爾的認(rèn)知結(jié)構(gòu)遷移理論認(rèn)為，在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的遷移是有意義的學(xué)習(xí)。遷移理論認(rèn)為，知識結(jié)構(gòu)化有利于知識的遷移，規(guī)律性知識比事實(shí)性知識可遷移性更強(qiáng)。結(jié)構(gòu)化思維即是提煉出規(guī)律性的知識要素，使知識結(jié)構(gòu)化，促進(jìn)知識的正遷移。透徹理解實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，挖掘經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的思想方法，形成結(jié)構(gòu)化思維，將促進(jìn)新情境下實(shí)驗(yàn)思路題的遷移推理運(yùn)用，如圖1所示。

以“實(shí)驗(yàn)思路”專題復(fù)習(xí)為例。要形成實(shí)驗(yàn)思路，需要學(xué)生基于結(jié)構(gòu)化思維的建構(gòu)，掌握實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)和規(guī)律，才能有效進(jìn)行遷移推理運(yùn)用。例如，要解決。實(shí)驗(yàn)思路”這個(gè)問題，得解決幾個(gè)方面的問題，形成結(jié)構(gòu)化思維框架，再篩選題干新情境的關(guān)鍵信息，對應(yīng)思維要素框架，遷移鏈接已學(xué)知識，關(guān)聯(lián)推理，歸納重組，精準(zhǔn)高效答題。

2 立足教材，探究思維結(jié)構(gòu)化，遷移推理

生物學(xué)科思想的形成和發(fā)展主要以教材知識為載體。學(xué)生應(yīng)該建立教材知識之間的聯(lián)系，將科學(xué)探究的思維結(jié)構(gòu)化，調(diào)整概括原認(rèn)知，順應(yīng)性遷移推理到新情境的問題解決中。

2.1 設(shè)計(jì)單個(gè)實(shí)驗(yàn)的思路題

對于單個(gè)變量的實(shí)驗(yàn)題，通過結(jié)構(gòu)化思維，突出解題要素，使學(xué)生答題思路條理清晰。

【例1】（2011.全國Ⅱ.29）--從溫度為55-65。C的泉水中篩選出能合成脂肪酶的細(xì)菌，并從該細(xì)菌中提取了脂肪酶。（3）根據(jù)該細(xì)菌的生活環(huán)境，簡要寫出測定該酶催化作用最適溫度的實(shí)驗(yàn)思路。

教師指導(dǎo)學(xué)生讀題，提取題干的關(guān)鍵詞，形成兩個(gè)思維要素：①出自變量、因變量分別是什么？②如何控制自變量，檢測因變量？接著，指導(dǎo)學(xué)生遷移知識。學(xué)生聚焦實(shí)驗(yàn)變量，結(jié)合已學(xué)知識分析推理。教師提出問題：題中要求的“測定酶催化作用的最適溫度”，你聯(lián)想到已學(xué)的什么知識？并展示教材對應(yīng)的曲線圖，追問：你能如何描述曲線變化？如何將學(xué)過的教材圖遷移推理到此題？如何探究得出結(jié)論？學(xué)生的分析如圖2所示。

推理三段論亦是結(jié)構(gòu)化思維的表現(xiàn)。基于教材實(shí)驗(yàn)插圖的內(nèi)容，教師引導(dǎo)學(xué)生推理：①大前提：實(shí)驗(yàn)原理是酶活性受不同溫度影響（教材）;②小前提：該實(shí)驗(yàn)題符合實(shí)驗(yàn)原理;③結(jié)論：該題目實(shí)驗(yàn)結(jié)論與教材圖一致。學(xué)生只有遷移到教材實(shí)驗(yàn)，才能對曲線峰值形成的內(nèi)涵有更深刻的認(rèn)識，從而更好地運(yùn)用。通過相似性類比和推理，學(xué)生可以形成由“題干信息一關(guān)聯(lián)教材原理（插圖）一思維結(jié)構(gòu)化一實(shí)驗(yàn)思路”轉(zhuǎn)換的遷移推理。

最后，教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會由答案逆推，反思總結(jié)實(shí)驗(yàn)思路的答題規(guī)律，歸納出實(shí)驗(yàn)思路題的三個(gè)環(huán)節(jié)：①寫自變量的控制;②寫因變量的檢測;③寫實(shí)驗(yàn)預(yù)期及結(jié)論。教師通過引導(dǎo)學(xué)生開展逆向遷移，促進(jìn)學(xué)生歸納出答題的結(jié)構(gòu)化思維。

教師設(shè)問：還有什么與之相似的曲線，也有類似的探究思路？學(xué)生發(fā)散聯(lián)想到：探究酶催化作用最適pH;探究生長素促進(jìn)植物生根的最適濃度;由種群S型曲線推測魚的最適捕撈量。教師引導(dǎo)學(xué)生將原有的思維格式化進(jìn)行順應(yīng)性遷移推理，做一題，通一類。

高三復(fù)習(xí)課中，教師應(yīng)把教材中的重要概念和核心知識與探究活動相結(jié)合，幫助學(xué)生形成科學(xué)思維的格式化，促進(jìn)知識遷移。

2.2 設(shè)計(jì)兩組實(shí)驗(yàn)的思路題

對于變量多、情境復(fù)雜題，結(jié)構(gòu)化思維的訓(xùn)練尤其必要。通過教師的問題點(diǎn)撥，學(xué)生將題干信息與教材知識遷移關(guān)聯(lián)，推理實(shí)驗(yàn)探究的內(nèi)在邏輯，將探究的思維格式化，復(fù)雜的問題條理化、層次化，形成針對性強(qiáng)的探究主線。

[例2]（2017.全國I.29）根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型?！僭O(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換。請利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定一種新病毒的類型。簡要寫出：（1）實(shí)驗(yàn)思路;（2）預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論即可（要求：實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組）。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析：自變量用什么來表示？如何區(qū)別RNA或DNA分子？此題可以用五碳糖來區(qū)分嗎？題干什么信息提示了是通過堿基來區(qū)分？用什么堿基來區(qū)分？接著，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識遷移：用什么研究方法來研究遺傳物質(zhì)？聯(lián)想到教材的什么實(shí)驗(yàn)？如何讓病毒標(biāo)記上放射性？病毒可以在含尿嘧啶和胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中分別培養(yǎng)嗎？病毒可以以大腸桿菌作為宿主細(xì)胞嗎？因變量檢測的指標(biāo)是什么？如何相互印證甲、乙兩個(gè)組？科學(xué)探究的流程是什么？并引導(dǎo)學(xué)生將題干信息轉(zhuǎn)化成如圖3所示的實(shí)驗(yàn)探究結(jié)構(gòu)化思維，梳理成目的、假設(shè)、原理、變量、方法和結(jié)論的6個(gè)答題思維要素，再將每個(gè)要素具體化，獲取支撐要素的事實(shí)，形成遞階的層次分析。教師通過簡潔的關(guān)鍵詞和關(guān)系連接，將隱性的思維過程可視化，以訓(xùn)練學(xué)生的遷移推理能力。最后，引導(dǎo)學(xué)生歸納概括提煉出實(shí)驗(yàn)思路。

解答此題時(shí)，學(xué)生的思維瓶頸在實(shí)驗(yàn)原理的遷移和研究方法的具體運(yùn)用，其關(guān)鍵點(diǎn)是選擇什么物質(zhì)來控制和區(qū)分遺傳物質(zhì)，并找出對應(yīng)的因變量檢測指標(biāo)。教師可與教材噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)，將該實(shí)驗(yàn)原理思維格式化，從病毒的標(biāo)記、培養(yǎng)、結(jié)果及結(jié)論三個(gè)維度進(jìn)行的歸納梳理，可以促進(jìn)學(xué)生遷移相似性知識，突破思維瓶頸，形成從教材實(shí)驗(yàn)原理到實(shí)驗(yàn)思路的重組性遷移。

在日常學(xué)習(xí)中，學(xué)生應(yīng)該深度挖掘經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，透析經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的思維邏輯鏈條，理解其科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)思想方法，思考采用這種科學(xué)方法的原因、實(shí)驗(yàn)價(jià)值，體會實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)縝密。