科學(xué)思維賦能高中生物學(xué)概念教學(xué)的研究

楊茜言

摘 要：科學(xué)思維是生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分。文章闡述了科學(xué)思維與概念教學(xué)之間的聯(lián)系，并從歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維五個(gè)角度提出了生物學(xué)概念教學(xué)的策略。

關(guān)鍵詞：生物學(xué)概念；科學(xué)思維；學(xué)科核心素養(yǎng)

為適應(yīng)學(xué)生未來發(fā)展需要，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出要著力培養(yǎng)高中生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展。高中生物學(xué)概念教學(xué)與“內(nèi)容聚焦大概念”教學(xué)的基本理念相契合，能讓學(xué)生深入理解生物學(xué)概念，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。概念是思維的產(chǎn)物，科學(xué)思維是概念形成的工具與途徑。高中生物學(xué)教師要以生物學(xué)概念為主線開展生物學(xué)教學(xué)活動(dòng)，利用科學(xué)思維方法建構(gòu)生物學(xué)概念，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解、遷移與應(yīng)用。

一、科學(xué)思維與生物學(xué)概念的聯(lián)系

生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)科學(xué)思維內(nèi)涵的界定是尊重事實(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(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力［1］。為此，我們可以將科學(xué)思維理解為學(xué)生探求新知識(shí)的態(tài)度、思維習(xí)慣和能力。科學(xué)思維方法能幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)及事物之間的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生通過歸納概括、演繹推理等方法獲得正確結(jié)論［2］。生物學(xué)概念的建構(gòu)過程需要建立在科學(xué)思維的基礎(chǔ)上，學(xué)生利用科學(xué)思維方法高度概括事物的本質(zhì)特征，能進(jìn)一步了解生物學(xué)概念的真正意義。

二、科學(xué)思維賦能高中生物學(xué)概念教學(xué)的策略

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)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、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討研究生命現(xiàn)象及規(guī)律。高中生物學(xué)教師在教學(xué)中應(yīng)依照標(biāo)準(zhǔn)合理設(shè)計(jì)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，利用科學(xué)思維方法幫助學(xué)生理解生物學(xué)中易混淆的概念。

（一）利用歸納與概括理清概念結(jié)構(gòu)化邏輯關(guān)系

歸納是從個(gè)別到一般對(duì)事物進(jìn)行普適性推理判斷的方法，借助歸納梳理事物規(guī)律可以提升事物間邏輯關(guān)系的條理性；概括是對(duì)歸納成果進(jìn)一步加工，通過總結(jié)凝練事物間的共同屬性，完成對(duì)事物更深入、更本質(zhì)認(rèn)知的方法。歸納與概括關(guān)系密切，都是對(duì)事物間共性元素進(jìn)行總結(jié)的思維方法。在生物學(xué)概念教學(xué)中，歸納與概括是認(rèn)識(shí)生物學(xué)概念本質(zhì)特征的必要手段，建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的概念體系能夠加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解。歸納與概括形式多樣，常用的有列表法、概念圖法。

1.列表法

列表法是借助表格整理歸納生物學(xué)概念的方法，其能變復(fù)雜為簡(jiǎn)單，歸納概括概念中最核心的元素，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物學(xué)概念的整合。通過列表法，學(xué)生可以在辨析概念的基礎(chǔ)上理解生物學(xué)概念的實(shí)質(zhì)，學(xué)會(huì)提煉概念中的核心元素，用精練詞匯表達(dá)生命活動(dòng)的機(jī)制與規(guī)律。

例如，在高中生物學(xué)必修一“細(xì)胞的物質(zhì)輸入與輸出”一課中，學(xué)生需要同時(shí)認(rèn)識(shí)自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸三種物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式。這三種物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式的概念在作用機(jī)理上具有相似之處，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)容易混淆。為此，生物學(xué)教師在概念教學(xué)時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生通過列表法來記憶自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸?shù)母拍?，歸納概念中最核心的元素。根據(jù)人教版高中生物學(xué)教材中的定義，這三個(gè)概念的核心元素是能量、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和運(yùn)輸方向，生物學(xué)教師可以此為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行整理。

在利用列表法進(jìn)行生物學(xué)概念教學(xué)時(shí)，教師可以為學(xué)生列舉表格框架，讓學(xué)生對(duì)概念進(jìn)行初步整理與歸納，并通過課前預(yù)習(xí)嘗試填充表格，然后帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)表格內(nèi)容進(jìn)行加工與完善。教師帶領(lǐng)學(xué)生逐步訂正表格內(nèi)容的過程，能讓學(xué)生學(xué)會(huì)準(zhǔn)確辨析概念的異同點(diǎn)，避免學(xué)生產(chǎn)生記憶混淆。

2.概念圖

高中生物學(xué)概念之間存在著一定的聯(lián)系，是一個(gè)邏輯整體。在生物學(xué)概念教學(xué)中，教師可以根據(jù)生物學(xué)概念之間的聯(lián)系繪制概念圖，通過概念圖直觀展示各概念間的邏輯關(guān)系，提高知識(shí)傳播效率，加深學(xué)生對(duì)目標(biāo)概念的理解。

在生物學(xué)概念教學(xué)中，教師可以將概念圖與板書相結(jié)合，幫助學(xué)生理解各概念間的層級(jí)關(guān)系。這種概念圖式的板書有別于以往的教學(xué)板書，以往的教學(xué)板書是對(duì)教學(xué)重要概念的簡(jiǎn)單羅列，不利于學(xué)生構(gòu)建概念結(jié)構(gòu)體系；而概念圖式板書邏輯性強(qiáng)，有利于學(xué)生在頭腦中建立結(jié)構(gòu)化概念框架。同時(shí)，概念圖還可以直觀呈現(xiàn)概念間的包含關(guān)系，如文氏圖等。文氏圖能幫助學(xué)生理順生物學(xué)概念之間的關(guān)系，如下圖（圖1）直觀呈現(xiàn)了染色體、基因與DNA之間的關(guān)系。

（二）利用模型與建模促使抽象事物直觀化表達(dá)

模型與建模是以直觀的方式表達(dá)抽象事物或問題的思維方法，它是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要“幫手”，也是教師教學(xué)的重要手段。在生物學(xué)領(lǐng)域，許多研究都處于微觀層面，一些生物學(xué)概念的呈現(xiàn)形式較為抽象，易讓人產(chǎn)生理解偏差。通過建?？梢允股飳W(xué)概念與實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)抽象生物學(xué)概念的直觀化表達(dá)。學(xué)生通過模型制作可以加深對(duì)生物學(xué)概念的理解，并以實(shí)物模型呈現(xiàn)概念中的各要素。

例如，在高中生物學(xué)必修二“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能”一課的教學(xué)中，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生建構(gòu)細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型。師生在建構(gòu)流動(dòng)鑲嵌模型的過程中可深度剖析細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，理解細(xì)胞膜的概念。細(xì)胞膜的概念強(qiáng)調(diào)了分子組成和空間結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。在建構(gòu)細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用球形蠟質(zhì)盒與鐵絲制作磷脂雙分子層模型，利用硬質(zhì)的泡沫制作蛋白質(zhì)模型。通過這樣的模型建構(gòu)，學(xué)生可以直觀地理解細(xì)胞膜的分子組成。同時(shí)，在建構(gòu)流動(dòng)鑲嵌模型時(shí)，教師要強(qiáng)調(diào)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生有序排布磷脂雙分子層的空間結(jié)構(gòu)，以此加深學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜概念的認(rèn)識(shí)。

在建?；顒?dòng)結(jié)束后，生物學(xué)教師要從科學(xué)性、美觀性等維度評(píng)價(jià)學(xué)生建構(gòu)的模型，而學(xué)生則要根據(jù)反饋內(nèi)容改正相應(yīng)的錯(cuò)誤。這樣一來，學(xué)生能在對(duì)模型的反復(fù)修正與完善中發(fā)展空間思維，加深對(duì)生物學(xué)概念各要素的理解。

（三）利用演繹與推理推演可視化的概念建構(gòu)足跡

推理是在已知命題基礎(chǔ)上通過邏輯思考與判斷獲得未知命題的方法。演繹與推理是推理的分支，在生物學(xué)概念教學(xué)中，教師通過演繹與推理可以使學(xué)生了解概念建構(gòu)的過程，促使學(xué)生在演繹推理過程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。在概念教學(xué)中，教師僅用平淡的話語講述生物學(xué)概念的形成過程，不利于學(xué)生的深度學(xué)習(xí)與記憶。因此，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生通過演繹與推理法進(jìn)行科學(xué)論證，推演生物學(xué)概念的形成軌跡。

例如，在高中生物學(xué)必修二“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”一課中學(xué)習(xí)“分離定律”概念時(shí)，教師可帶領(lǐng)學(xué)生觀察一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)，分析子一代沒有出現(xiàn)矮莖豌豆，而子二代卻出現(xiàn)了矮莖豌豆的原因。實(shí)驗(yàn)中，教師可向?qū)W生提出問題：子二代中3∶1的性狀分離比的出現(xiàn)是偶然嗎？學(xué)生結(jié)合生物學(xué)教材中孟德爾的假說，能對(duì)問題進(jìn)行解答。之后，教師可利用豌豆雜交的分析圖解講解孟德爾假說的先進(jìn)性與邏輯合理性，使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)同感，并引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)測(cè)交實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證孟德爾假說，實(shí)現(xiàn)概念的遷移，最終歸納出分離定律的概念。單純的文字描述不利于學(xué)生對(duì)“分離定律”的理解，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行演繹與推理，從而加深學(xué)生對(duì)“分離定律”概念的理解。通過這樣的教學(xué)模式，教師可以激發(fā)學(xué)生的思維，讓學(xué)生通過自主建構(gòu)的過程，推理歸納出相應(yīng)概念。在高中生物學(xué)概念教學(xué)中，如果教師直接講述生物學(xué)概念，讓學(xué)生獲得結(jié)果性知識(shí)，就容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)概念的理解不夠深刻，不利于學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)的靈活應(yīng)用。教師利用演繹與推理法推演生物學(xué)概念，既可以保證學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，又可以通過科學(xué)推理幫助學(xué)生獲得成果性知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的深層次理解。

（四）利用創(chuàng)造性思維創(chuàng)設(shè)與概念相關(guān)的生活化問題情境

創(chuàng)造性思維指向事物的本質(zhì)屬性與事物間的關(guān)聯(lián)性。利用創(chuàng)造性思維進(jìn)行科學(xué)認(rèn)識(shí)可以打破僵化的思維模式，獲得創(chuàng)造性的思維成果。在高中生物學(xué)概念教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)圍繞生物學(xué)概念設(shè)計(jì)生活化問題情境，引導(dǎo)學(xué)生通過問題情境多角度理解生物學(xué)概念，進(jìn)行創(chuàng)造性的思維活動(dòng)，以此為生物學(xué)課堂注入思維活力。

例如，在學(xué)習(xí)高中生物學(xué)必修一“酶”一課時(shí)，雖然教材已經(jīng)將酶明確定義為具有催化作用的有機(jī)物，但學(xué)生對(duì)酶催化作用的理解，仍停留在初中化學(xué)無機(jī)催化劑的層面上。對(duì)此，高中生物學(xué)教師可聯(lián)系生活，向?qū)W生提出“為什么含酶洗衣粉的去污能力強(qiáng)？”這一問題，讓學(xué)生結(jié)合已有生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)該問題進(jìn)行討論，進(jìn)而理解酶的催化作用。同時(shí)，教師還可以鼓勵(lì)學(xué)生課后利用含酶洗衣粉進(jìn)行深入探索，從而讓學(xué)生感受到生物學(xué)的魅力。又如，在學(xué)習(xí)高中生物學(xué)選擇性必修一“組織液”一課時(shí)，教材中組織液的定義文字描述比較抽象，學(xué)生無法深入理解組織液。若教師要求學(xué)生強(qiáng)行記憶只會(huì)使其產(chǎn)生刻板的印象。對(duì)此，教師可以創(chuàng)造性地設(shè)置生活化問題情境，如結(jié)合水泡的形成引入組織液知識(shí)，使學(xué)生對(duì)組織液知識(shí)有更深入的理解。

教師通過設(shè)置創(chuàng)造性問題情境，可以將生物學(xué)概念與學(xué)生的日常生活聯(lián)系在一起，培養(yǎng)學(xué)生利用問題情境理解生物學(xué)概念的能力，在拓展生物學(xué)概念的同時(shí)，加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解。

（五）利用批判性思維辯證思考社會(huì)熱點(diǎn)生活議題

批判性思維是反思性與目的性共存的思維判斷模式。在高中生物學(xué)教學(xué)中，批判性思維要求學(xué)生在深度剖析生物學(xué)問題的同時(shí)，利用辯證思維科學(xué)分析問題。在高中生物學(xué)概念教學(xué)中，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生理解、辯析、應(yīng)用與生命活動(dòng)相關(guān)的生物學(xué)概念，還要引導(dǎo)學(xué)生辯證思考生物學(xué)概念背后隱藏的倫理道德問題。因此，在高中生物學(xué)概念教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)深挖教材中存在的辯證性內(nèi)容，并聯(lián)系生活中的熱點(diǎn)議題進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生思考生物學(xué)概念背后隱含的倫理性議題。

例如，在學(xué)習(xí)高中生物學(xué)選擇性必修一“激素調(diào)節(jié)的過程”一課時(shí)，教師講解“激素調(diào)節(jié)”概念后，學(xué)生能明白激素調(diào)節(jié)具有微量和高效的特點(diǎn)。而后教師可以組織學(xué)生就“在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用激素類藥物的利與弊”展開討論與交流，促進(jìn)學(xué)生對(duì)“激素調(diào)節(jié)”概念的倫理性理解。在討論與交流過程中，生物學(xué)教師要有效組織課堂，引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)據(jù)與資料闡述觀點(diǎn)，做到有理有據(jù)，使學(xué)生既要看到激素類藥物在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域給人類生活帶來的便利，也要看到激素類藥物使用不當(dāng)產(chǎn)生的危害，以此培養(yǎng)學(xué)生全面客觀剖析問題的能力。高中生物學(xué)教師在組織學(xué)生進(jìn)行生物學(xué)議題探討的過程中，要從生物學(xué)概念出發(fā)，緊扣生物學(xué)概念的本質(zhì)，把握正確的議題方向，做好分析與總結(jié)工作，防止學(xué)生走進(jìn)思維誤區(qū)。在進(jìn)行生物學(xué)議題交流時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行客觀全面的邏輯思考，實(shí)現(xiàn)對(duì)認(rèn)知模塊的重組建構(gòu)，從而提升學(xué)生的評(píng)價(jià)、推理與判斷能力，幫助學(xué)生全方位理解生物學(xué)概念。

結(jié)語

科學(xué)思維方法的運(yùn)用能有效加深學(xué)生對(duì)高中生物知識(shí)的理解，高中生物學(xué)教師在概念教學(xué)過程中，應(yīng)以生物學(xué)教材為落腳點(diǎn)，充分挖掘生物學(xué)教材中的科學(xué)思維元素，利用科學(xué)思維方法促進(jìn)學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的深度剖析，發(fā)展學(xué)生揭示生物學(xué)概念本質(zhì)的能力，同時(shí)提升學(xué)生的科學(xué)思維水平。

［參考文獻(xiàn)］

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