高中生物學教學中科學思維方法的滲透

陸子辰 陳秉初

摘 要 從比較、類比、轉換三方面分析科學思維方法在高中生物學教學中的應用，使教師認識到科學思維方法在教學中的作用。

關鍵詞 生物學教學 類比 轉換 比較

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

新課程理念中提到“生物學教學需要提高學生的生物科學素養”，要求學生在掌握一定生物學知識的同時，能夠熟練運用知識解決實際問題。實際上，解決問題的過程就是思考的過程，即為“科學思維”。由此可見科學思維在學生的知識學習過程中的重要性。科學思維過程中遵循的原則稱為科學思維方法，常見的有類比、轉換、比較等。

1 類比思維在高中生物學課堂教學中的滲透

類比是依據兩個或兩類對象之間存在的某些相同或相似的屬性，推出它們存在的其他相同或相似屬性的思維方法，由已知推導未知。而教學過程通常是利用學生已知的知識去解釋相關或相似的未知的領域。兩者有著相似之處，教師在教學中可以利用類比方法，順應思維過程進行教學。

1.1 運用概念——機制類比思維構建生物學概念

概念——機制類比是利用已有的概念和已被利用的機制，解釋新的科學發現。這與學生的學習過程不謀而合，教師可以嘗試運用類比過程指導學生的學習。

例如，在“人工選擇”和“自然選擇”的教學中，學生對人工選擇比較熟悉，教學中教師以“不同品種狗的選育過程”作為人工選擇的講解對象。教師講解不同品種狗的選育過程：人們在突變個體中選擇需要的，有利變異不斷積累，最終培育出新品種。由此啟發學生思考：自然界中保留的不同品種，是否也是由于相似過程而產生的？教師以此類比人工選擇和自然選擇概念的相似性（表1），推導其作用機制的相似性。學生在做題時，經常會誤認為農藥使用過程中，會“誘導”出抗藥性的害蟲。如果運用人工選擇的機制類比就能明確該說法的錯誤。“農藥”是在已有突變基礎上進行選擇，而不是誘導其產生某種特性，外界施加的因素只有選擇作用，并不能誘導產生突變種。在教學中滲透類比方法，學生在做題時容易聯想到人工選擇，避免錯誤理解。

1.2 運用結構——功能類比思維推進科學猜想

結構——功能類比是依據兩類不同的事物在結構上的類似，推出其功能上類似的類比方法。在講解“核酸是遺傳物質”時，教師通過不同的實驗歸納出“DNA是遺傳物質”的結論。此時，教師引導學生運用結構——功能類比（圖1）進行科學猜想，提出問題：DNA和RNA結構中有哪些相似部分？DNA是遺傳物質，那么RNA是否也具有該功能？由此過渡到“煙草花葉病毒”的實驗中。這樣不僅能夠保證課堂過渡的順利，而且能夠幫助學生在構建知識系統時綜合二者的結構和功能，避免出現“所有生物的遺傳物質都是DNA”的片面論斷。

沒有一種方法是萬能的，教師必須明確類比在生物學教學中局限性，避免在教學中出現機械類比，模糊了科學本質。

2 轉換思維在高中生物學課堂教學中的滲透

當出現大量原有理論無法解釋的事實和現象時，教師就需要運用轉換思維。基于科學在不同時代變化的特點，隨著人們觀察的深入，越來越多的現象是原有理論無法解釋的，轉換在人們認識這些現象的過程中占有重要地位。

科學本身就是一部發展的歷史，基于其時代性特點，在不同的時代，科學家看待問題的深度會發生變化，因此轉換的方法主要出現在科學史教學中。

在介紹細胞膜的認識發展史時，教師可能只是一味地注重科學發展變化的過程，而忽視不同觀念之間的繼承。更多地強調正確模型的記憶不僅不利于學生形成全面的科學發展觀，而且可能會使學生出現記憶混亂。教師在教學中應該遵循科學發展史的歷程，即思路：脂質→脂質和蛋白質→脂質雙分子層的排列→三明治模型→流動鑲嵌模型。雖然先行理論是不完全的，必須通過后續理論的不斷完善最終形成現在的觀點;但是先行理論是后續理論的基礎，教師在講解中須對先行理論給予一定的重視，幫助學生分析先后之間的異同。比如在細胞膜模型建構發展過程中，流動鑲嵌模型繼承三明治模型的原理有：認可細胞膜中磷脂為雙層，且存在蛋白質。在原有理論基礎上，根據實驗現象，推測蛋白質的分布不均勻，進而提出流動鑲嵌模型（表2）。學生通過對新舊理論的轉換逐步接受細胞膜在組成、結構和功能上的特點，而不是將所有重要知識都寄希望于“流動鑲嵌模型”，這樣會增加學生的記憶負擔。

3 比較思維在高中生物學課堂教學中的滲透

比較是對對象的同異之處加以對比，進而把握對象之間的區別和聯系。富蘭克林通過對地上的電火花和天空的閃電這兩個看似毫無關系的事物進行比較，揭示出電的本質。

3.1 運用求同比較思維揭示內隱科學本質

生物多樣性是顯而易見的，教師在教學中往往容易忽視生物的統一性，使學生形成不完善的科學觀點。生物在不同的方面表現出多樣性，并隱含統一性。

教師在講解完細胞學說后，可對細胞相關內容簡單總結，通過提問的方式進行：不同生物的基本單位是什么？不同細胞中的元素和化合物有哪些？不同細胞具有哪些共同的組成部分？學生在回答問題的過程中，不僅能夠系統地復習細胞中的相關知識，而且利于學生歸納和認可細胞水平存在的統一性。這樣在復習過程中落實生物學“多樣性”和“統一性”觀點的教學，為后續進化內容的學習打下基礎。

3.2 運用求異比較思維，深化概念理解

高中生物教材中有許多相似概念，學生容易混淆。教師在教學中以這些相似概念的不同點作為突破口，幫助學生把握概念的區別。

學生在練習中容易在核酸、核苷酸和核苷辨析上出現錯誤，造成不必要的失分。教師在講解“核酸分子組成”時，可以加入三者的比較（表3）。

教師提示學生比較三者的關系：核苷與核苷酸有一“酸”之差，缺少一個磷酸;核苷酸和核酸有一“苷”之差，核苷是多個核苷酸小分子聚合成的大分子。如果教師只是單純地介紹三者的組成，不進行橫向比較的話，學生只能獲得零散的知識點，難以明確三者間的關系。

3.3 運用同異綜合比較思維，促進知識系統化

比較多個事物的異同可以得到更加全面的科學認識。擴散、滲透、自由擴散和協助擴散是容易使學生產生學習困惑的內容，學生即便機械地記住了，經過一段時間又對其異同所知寥寥，教學效果差。教師在對四者進行總結時，可以運用同異綜合比較（表4），從不同方面揭示概念的共性和特性：擴散的簡單性;滲透特指水分子;自由擴散是物質出入細胞;協助擴散不僅要求物質進出細胞而且還需要載體蛋白。并總結四者的關系：滲透、自由擴散和協助擴散均屬于擴散，滲透和自由擴散有一定的交叉，協助擴散因為載體蛋白的要求具有最大的特殊性。教師在教學中可以嘗試對這幾個概念進行同異綜合比較，尋找不同的切入點，比較四者之間的關系，幫助學生更好地構建知識系統。

科學的思維方法能夠指導學生有效地進行科學知識的學習，不同的科學思維方法適合不同的科學知識。課程改革提出“終身教育”的目標，單純的知識教學難以完成，因此，傳授給學生正確的科學思維方法在當下的生物學教學中顯得尤為重要。