淺析科學(xué)思維在生物學(xué)概念構(gòu)建中的作用

概念是在認(rèn)識過程中，從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，把所感知的事物的共同本質(zhì)特點(diǎn)抽象出來，加以概括形成的。生物學(xué)概念的學(xué)習(xí)不是機(jī)械理解，更不是單純記憶，很多學(xué)生在概念學(xué)習(xí)時存在這樣的問題。本質(zhì)上概念是思維的基本形式之一，是思維的產(chǎn)物，而科學(xué)思維是形成概念的重要工具和途徑[1]。教師在教學(xué)中可基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用歸納法、綜合概括、邏輯推理、模型構(gòu)建、批判性思維等方法引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念。生物學(xué)教材設(shè)計(jì)是非常重視概念構(gòu)建的，教材中的許多欄目如“思考·討論”、“科學(xué)史話”、“科學(xué)方法”以及教材課后習(xí)題中的“思維拓展”訓(xùn)練等都可以作為素材來引導(dǎo)學(xué)生分析、思考，最終形成概念。本文以幾個教學(xué)實(shí)例來分析科學(xué)思維在生物學(xué)概念構(gòu)建中的作用。

例1 光合作用概念的構(gòu)建。

在學(xué)習(xí)“光合作用”時，為了幫助學(xué)生理解和掌握光合作用的概念與原理，可以搜集相關(guān)的光合作用探究史組織教學(xué)，運(yùn)用科學(xué)思維的方法去引導(dǎo)學(xué)生形成概念(表1)。

表1 光合作用探索過程中主要科學(xué)思維方法列表

教學(xué)中沿著光合作用的探索歷程，以“提出問題—實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)—得出結(jié)論”的演繹方法為主線，引導(dǎo)學(xué)生基于生物學(xué)事實(shí)，通過分析、比較、演繹推理等方法進(jìn)行思考，不斷完善對光合作用的認(rèn)識，最終學(xué)生自主歸納概括出光合作用的概念：“光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物，并釋放氧氣的過程”。

例2 基因概念的構(gòu)建。

在基因概念的學(xué)習(xí)時，教師可利用教材上“思考·討論”中的生物學(xué)事實(shí)或適當(dāng)增加一些事實(shí)證據(jù)，設(shè)計(jì)一系列問題串，引導(dǎo)學(xué)生通過討論分析、比較、推理等思維過程逐步得出“基因是DNA 分子上的片段”、“基因有遺傳效應(yīng)”等結(jié)論，最后通過綜合概括得出“基因是有遺傳效應(yīng)的核苷酸片段”(表2)。

表2 基于科學(xué)思維方法構(gòu)建基因概念

例3 能量流動概念的構(gòu)建。

構(gòu)建模型可以使研究對象簡化和直觀化，便于理解，是一種重要的科學(xué)思維方法。例如在學(xué)習(xí)“能量流動”概念時，就可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建相關(guān)概念模型，達(dá)成對能量流動概念的理解掌握。教學(xué)時，教師可先帶領(lǐng)學(xué)生簡要回憶已學(xué)過的知識或前概念如：①光合作用、呼吸作用；②生態(tài)系統(tǒng)的成分(生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者等)；③食物鏈、食物網(wǎng)及營養(yǎng)級。接著教師可設(shè)置一組問題，學(xué)生通過分析、歸納、推理得出每個問題的答案(表3)。

表3 基于科學(xué)思維方法構(gòu)建能量流動概念

在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步給出能量流動概念模型框架(圖1)，通過剛才的分析、歸納指導(dǎo)學(xué)生在框架的相應(yīng)位置方框中填入能量的“輸入”、“傳遞與轉(zhuǎn)化”與“散失”，能量流動的概念模型建構(gòu)基本完成。最后，教師再給出賽達(dá)伯格湖能量流動分析這一事實(shí)案例，指導(dǎo)學(xué)生對此圖解進(jìn)行觀察分析，從“包含的生態(tài)系統(tǒng)成分”、“能量流動渠道”、“輸入系統(tǒng)的總能量”、“能力的去向”、“能量流動特點(diǎn)”等幾個方面將其與構(gòu)建的能量流動概念模型進(jìn)行一致性比較，從而對模型進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)歷能量流動概念模型的構(gòu)建過程，學(xué)生自然而然得出：“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動就是能量的輸入、傳遞與轉(zhuǎn)化、散失的過程，流動過程中能量是單方向不可逆的且逐級減少”。

構(gòu)建概念的過程是一個科學(xué)思維的過程，教師在進(jìn)行概念教學(xué)時，可指導(dǎo)學(xué)生從生物學(xué)事實(shí)或證據(jù)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用歸納、推理、演繹、模型構(gòu)建等科學(xué)思維方法去逐步構(gòu)建概念。在構(gòu)建概念的同時，學(xué)生還會在已學(xué)過的概念及新概念之間建立聯(lián)系，形成良好的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這不僅使學(xué)生對概念的理解掌握更加透徹，還可以訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維方法的運(yùn)用，促進(jìn)核心素養(yǎng)的提升。