基于問題驅(qū)動(dòng)的科學(xué)思維培養(yǎng)策略

歐九生

【摘要】通過“問題探討”，還原經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，依托情境，設(shè)置系列問題，激發(fā)學(xué)生求知欲，驅(qū)動(dòng)學(xué)生思考，使學(xué)生在解決問題過程中，運(yùn)用分析、綜合、歸納、演繹等邏輯思維，形成生物學(xué)概念，從而發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

【關(guān)鍵詞】問題探討;經(jīng)典實(shí)驗(yàn);問題情境;科學(xué)思維

“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，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。

一、通過“問題探討”，激發(fā)探究欲望

高中生物教材在每一節(jié)都設(shè)置了“問題探討”欄目，該欄目是培養(yǎng)科學(xué)思維的重要材料。編者通過展示一些人們在生產(chǎn)生活或科研實(shí)踐中出現(xiàn)的場景或者做法，設(shè)置一些問題以引導(dǎo)學(xué)生分析其中的蘊(yùn)含的科學(xué)原理，目的是激發(fā)學(xué)生的探究欲望，促使學(xué)生帶著疑問和期待進(jìn)入學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維習(xí)慣，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維。

例如在“蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者”這一節(jié)內(nèi)容中，教材設(shè)置了醫(yī)學(xué)中“利用從某些動(dòng)物組織中提取的膠原蛋白來做手術(shù)縫合線”的做法，提出問題：

1.為什么膠原蛋白做的手術(shù)縫合線可以被人體吸收？

2.蛋白質(zhì)的化學(xué)組成有什么特點(diǎn)？

在學(xué)生的想象中，手術(shù)縫合線應(yīng)當(dāng)是棉線，而現(xiàn)在用的是膠原蛋白做的縫合線，從而就制造了認(rèn)知沖突，基于這樣認(rèn)知沖突，激發(fā)了學(xué)生的探究欲望。再通過設(shè)置的兩個(gè)問題讓學(xué)生有了探究蛋白質(zhì)化學(xué)組成的心理需求，從而順利進(jìn)入蛋白質(zhì)基本單位——氨基酸的學(xué)習(xí)，繼而學(xué)習(xí)氨基酸如何組成蛋白質(zhì)——脫水縮合，最后到蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的學(xué)習(xí)使整節(jié)課變得連貫有序，同時(shí)學(xué)生的思維在遞進(jìn)過程中發(fā)展。

教材中設(shè)置的“問題探討”欄目，其目的是激發(fā)學(xué)生的探究欲望，讓學(xué)生帶著疑問在探究中形成積極思考，基于證據(jù)和邏輯，分析生命現(xiàn)象的科學(xué)思維習(xí)慣。比如在“核酸是遺傳信息的攜帶者”一節(jié)中，教材設(shè)置的DNA指紋技術(shù)在案件偵破中的應(yīng)用，提出“為什么DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息？”的問題以導(dǎo)入新課，讓學(xué)生在疑問中探究DNA的組成單位和DNA具有多樣性的原因進(jìn)而認(rèn)知DNA的結(jié)構(gòu)等重要概念。有很多老師在教學(xué)中常常直奔主題，比如上課就說“我們今天來學(xué)習(xí)核酸這一節(jié)，請同學(xué)們閱讀課本……”，這種導(dǎo)入的方法往往無法提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、還原經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行科學(xué)探究

科學(xué)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)探究的重要依托，教材中提供了大量的科學(xué)史，其中包含了科學(xué)家在研究中設(shè)計(jì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，這些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)科學(xué)研究中需要的科學(xué)思維，科學(xué)方法，科學(xué)精神。我們的教學(xué)中，通過還原經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究是培養(yǎng)科學(xué)思維的重要手段。

比如，在“細(xì)胞膜”的教學(xué)中，可以展示歐文頓的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象Collander和Barland的研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜會(huì)被蛋白酶分解并提出問題：

1.從歐文頓的實(shí)驗(yàn)中能得出什么結(jié)論？

2.細(xì)胞膜還有什么成分？

基于以上實(shí)驗(yàn)學(xué)生會(huì)想到細(xì)胞膜可能與脂質(zhì)有關(guān)，再提供化學(xué)中相似相溶原理原理，學(xué)生很容易得出細(xì)胞膜含有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。再通過分析磷脂分子的化學(xué)特性和細(xì)胞內(nèi)外都含有水這一事實(shí)。提出問題：

1.如果磷脂分子鋪在水面會(huì)是怎樣的？

2.作為構(gòu)成細(xì)胞膜的磷脂分子是怎樣排列的？

讓學(xué)生思考討論，構(gòu)建出磷脂分子在水面的分布和構(gòu)成細(xì)胞膜的分布特點(diǎn)，最后進(jìn)行修正，最后展示科學(xué)家提出的流動(dòng)鑲嵌模型。這樣的教學(xué)就是依據(jù)科學(xué)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，設(shè)置有層次的問題，一步一步建構(gòu)細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型概念，學(xué)生在概念的生成過程中經(jīng)歷了思維遞進(jìn)的發(fā)展，而不是直接讓學(xué)生閱讀科學(xué)史得出結(jié)論。教材中提供了很多經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，如酶的發(fā)現(xiàn)，光合作用的發(fā)現(xiàn)，植物生長素的發(fā)現(xiàn)等，無一例外的體現(xiàn)了在科學(xué)探究中基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，在問題的驅(qū)動(dòng)下，運(yùn)用科學(xué)思維研究生命現(xiàn)象和生命規(guī)律，進(jìn)而產(chǎn)生科學(xué)概念。

我們在教學(xué)過程中可以利用科學(xué)史的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為材料，根據(jù)概念產(chǎn)生和發(fā)展的過程，將科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)研究轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的探究過程，引導(dǎo)學(xué)生通過思考、質(zhì)疑、分析、綜合、模型建構(gòu)等科學(xué)思維重構(gòu)概念，從而達(dá)到對重要概念的深入理解。這個(gè)過程發(fā)展了學(xué)生的科思維，也認(rèn)同了科學(xué)知識的產(chǎn)生是需要多代人堅(jiān)持不懈地努力的科學(xué)精神。

三、依托問題情境，驅(qū)動(dòng)思維發(fā)展

情境是教學(xué)過程有目的創(chuàng)設(shè)有利于思維發(fā)展的場景，通過設(shè)置有層次的問題，促進(jìn)學(xué)生在解決問題過程中發(fā)展科學(xué)思維，形成生物學(xué)概念。學(xué)習(xí)是發(fā)現(xiàn)問題，解決問題和再發(fā)現(xiàn)問題的過程，利用情境創(chuàng)設(shè)問題，可以啟發(fā)學(xué)生的思考，促進(jìn)學(xué)生在主動(dòng)學(xué)習(xí)中尋找答案。

比如在“染色體數(shù)目變異”的教學(xué)中，通過創(chuàng)設(shè)孕婦產(chǎn)檢視頻，提出問題：

1.為什么要進(jìn)行唐氏篩查？

2.唐氏綜合征出現(xiàn)的本質(zhì)原因是什么？

通過展示正常人與唐氏綜合征病人的染色體組成圖，讓學(xué)生從減數(shù)分裂的角度分析其出現(xiàn)的原因，繼而提出“正常減數(shù)分裂產(chǎn)生的配子染色體組成在形態(tài)結(jié)構(gòu)、功能上有何特點(diǎn)？”以啟發(fā)學(xué)生思考進(jìn)而生成染色體組的概念。這樣，學(xué)生就能深入理解染色體數(shù)目變異是基于打破染色體組平衡引起的變異。在“滲透作用”學(xué)習(xí)過程中，可以創(chuàng)設(shè)“腌菜過程，菜為什么會(huì)變軟？”“萎焉的蔬菜浸泡在清水中一段時(shí)間為什么會(huì)變硬？”的情境，激發(fā)學(xué)生在主動(dòng)尋找答案過程中生成滲透作用的概念，也發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維。

情境中是蘊(yùn)含了生物學(xué)原理，教師通過創(chuàng)設(shè)情境使學(xué)生在情境問題的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)用觀察、分析、綜合等邏輯思維找到事物現(xiàn)象發(fā)生的本質(zhì)，從而生成生物學(xué)概念，發(fā)展科學(xué)思維。

四、結(jié)語

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)生不是知識的被動(dòng)接受者，而是在基于事實(shí)和證據(jù)的基礎(chǔ)上通過邏輯思維積極主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問題，構(gòu)建知識的學(xué)習(xí)者。我們的教學(xué)過程通過利用教材“問題探討”，激發(fā)學(xué)生解決問題的心理需求，通過還原經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行科學(xué)探究，依托問題情境，驅(qū)動(dòng)科學(xué)思維發(fā)展。以上是幾種培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的有效策略。

【參考文獻(xiàn)】

[1][2]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂[M].北京：人民教育出版社，2020，4-5

[3]邱國和.高中生物課堂中情境教學(xué)的運(yùn)用探究[J].教學(xué)管理與教育研究，2020，4：87.