原生態生物實驗課堂中的學生思維參與

李偉

生物科學知識是在經歷無數的科學實驗研究或證實的過程中逐步積累而成。每一個生物科學知識的背后都承載著相應的研究過程和研究方法。挖掘這些過程和方法對發展學生思維有著不可替代的作用。在原生態的生物實驗課堂中要深入這些過程和方法的本質就必須要有學生相當程度的思維參與，這也是培養學生生物科學素養的核心內容。

生物實驗課堂中學生的思維參與和實驗觀察能力、實驗操作能力、實驗探究能力密切相關。在觀察實驗結果時，若沒有對實驗現象或數據的處理、分析與思考，不可能挖掘現象背后的本質，或發現問題，改進實驗進一步探究;實驗操作時，不假思索地按照實驗步驟機械甚至模仿式地完成實驗，那不是實驗研究，那只是在完成一個操作任務，就像在流水線工作按要求完成操作一樣，那將失去生物實驗應有的價值和意義。沒有一定程度學生思維參與的實驗探究只能是流于形式，表面看起來熱鬧，實則是無效的作秀。由此可見在原生態的生物實驗課堂中關注學生的思維參與，對提升學生生物學科素養，發揮生物實驗應有的價值起著至關重要的作用。如何在原生態的生物實驗課堂中關注學生的思維參與是每一位生物教師在設計生物課堂教學時必須思考的問題。

1 實現原生態生物實驗課堂中學生思維積極參與的策略

原生態生物實驗課堂中學生思維的積極參與是促進學生思維發展，提升學生思維品質的前提。教師在設計和實施生物實驗課堂時，要充分相信每個學生的潛能，給予廣闊的思維空間，激發學生積極的思維情緒和良好的情感狀態。

1.1 創設情境，激發學生思維參與的自覺性

在生物課堂的實施中要能抓住學生的思維，實現學生思維的自覺參與首先基于創設的情境。教師在創設情境時應立足于學生實際經驗、認知規律和教材知識，著眼于學生思維參與，挖掘蘊含一定思維力度、具有一定思維價值的素材，同時也要關注學生思維的深度，便于通過情境圍繞知識核心將學生的思維引向深入。

比如，“細胞的能量‘通貨——ATP”一節，可以通過介紹由螢火蟲發光原理而研制成的ATP熒光檢測儀創設情境。ATP熒光檢測儀是我國以政府文件形式指定用于檢測物體表面衛生狀況的專用設備。教師引導學生關注ATP熒光檢測儀的工作原理：利用ATP能使“熒光素酶——熒光素體系”發光檢測ATP;每個活細胞都含有一定量的ATP，所以檢測ATP就可知道物體表面的微生物情況。以此喚起學生對ATP思考的好奇心和價值體驗。在此基礎上引發學生對ATP更深層次的思考，如ATP能使“熒光素酶——熒光素體系”發光，其他具有能量的物質是否也可以使之發光呢？如何設計實驗來驗證呢？

當通過實驗得到ATP是直接能源物質時，學生又會接著思考：ATP應該具備怎樣的結構使它可以直接提供能量呢？ATP在提供能量時本身會發生什么變化呢？ATP提供的能量又從哪里來呢？……

當學生的求知欲被激發，以飽滿的熱情投入到學習中去時，學生的思維參與便成為一種自覺的行為。

1.2 “無錯無教學”，喚起學生思維參與的熱情

錯誤是學生思維參與的相伴產物，往往可以延伸出新的更貼近學生實際的思維素材，對喚起全體學生全程思維參與的熱情有著重要的意義。教師要善于利用學生的錯誤進行教學，當學生出現一定思維層次上的錯誤時，教師一定要注意處理的藝術，不要急于糾正，要利用好學生的錯誤讓學生間進行相互思維啟發和碰撞。

比如，“探究酵母菌細胞呼吸方式”這一節實驗課上，學生在自主設計有氧和無氧呼吸裝置的時候會有很多考慮不周甚至錯誤的地方。如有氧呼吸裝置如何排除空氣中CO2對實驗結果檢測的影響？利用NaOH吸收空氣中的CO2后如何知道CO2是否被完全吸收？如何排除無氧呼吸裝置中原有的O2對實驗的影響，如何知道無氧呼吸裝置中什么時候酵母菌只進行無氧呼吸？……教師可以將這些學生設計的裝置展示出來，讓學生來評價或完善。學生通過交流一個一個錯誤不斷地被發現和糾正，提高了學生思維參與的熱情。教師要有效挖掘錯誤中蘊含的思維因素，引導學生從錯誤中思考，突破思維障礙，讓錯誤成為激發學生思維參與的寶貴資源。

1.3 任務驅動，調動學生思維參與的主動性

學生思維參與的主動性來源于興趣和需求。任務驅動有助于學生在生物實驗課堂教學中明確思維目的，激發學生完成任務的動機。任務驅動讓學生覺得必須通過自己的思考和努力才能實現或達到一定的任務要求，使之積極主動參與思維。

比如“降低化學反應活化能的酶”一節，教師可以由淺入深地設計任務來驅動學生的思維參與。首先讓學生完成探究加熱能加快過氧化氫分解的探究實驗，然后基于這個實驗讓學生明確對實驗的分析任務：指出本實驗的自變量、因變量和無關變量。在此任務的驅動下指導學生閱讀書本有關變量的知識。這比純粹向學生介紹實驗變量的知識多了認知的載體和任務的驅動，學生思考問題的主動性得到明顯提高。在掌握實驗變量的基礎上，后一個學習任務就是利用已掌握的變量的知識設計實驗比較過氧化氫酶和Fe3+催化過氧化氫的分解的效率。學生在課堂中一個一個任務的驅動下，在完成任務目標的渴望中，調動了思維參與的主動性，在主動的思維參與中激發了學習的興趣，培養了思維能力。

2 實現原生態生物實驗課堂中學生思維有效參與的措施

原生態生物實驗課堂中教師對學生思維參與的有效性的關注則是提高課堂效率、實現學生深度思維、培養學生生物科學素養的根本保證。學生思維的有效參與是課堂中學生認知活動的核心，沒有學生思維有效參與的課堂學生就沒有真正的學習。

2.1 問題引領，提高學生思維參與的層次

“問題”的核心在思維，具體體現就是學生的思維參與。學生的思維參與總是從“問題”開始，而思維參與的過程又以“問題”為動力。教師在設計生物課堂時，以“問題”為主線，促使學生萌生思維參與的動機和欲望。教師以“問題”為主線積極引導學生思維參與的過程，必能有效提高生物課堂學生思維參與的層次。

比如“生態系統能量流動”一節，教師可以先展示因過度放牧導致的草場退化現象。然后從能量流動角度分析其原因及可采取的措施，就可以引導學生生成一系列問題：

草的能量是如何輸入？又如何輸出？與其相似的能量輸入和輸出的生物又有哪些？（由此構建第一營養級能量的輸入和輸出的模型）。

初級消費者的能量又是如何輸入？能量又是如何輸出？其他營養級呢？（由此構建各個營養級的能量輸入和輸出模型）。

整個生態系統能量又是如何輸入、傳遞、轉化和散失的？由此構建整個生態系統能量流動的定性分析模型。但解決因過渡放牧導致的草場退化現象只是定性分析是不夠的，還需要定量研究。由賽達伯格湖能量流動的定量研究構建能量流動的特點和能量金字塔的知識。再從定量的能量輸入和輸出的角度，思考草場退化問題以及如何解決草場退化又使對草場的利用達到最大化。這樣可以讓學生認識到所有問題的思考和解決是有價值和意義的，在問題的引領和價值的體驗中，提高學生思維參與的層次。

2.2 給足空間和時間，實現學生思維的深度參與

要將外部的學習素材內化為學生內部深度思維的載體，教師要多為學生提供和創造思維參與的機會，給學生留足思維的空間和時間。教師要充分相信學生的思維潛能，把解決問題的權利交給學生，使學生的思維品質在充分的思維活動中得以發展。

比如“綠葉中色素提取和分離”這個實驗，教師可以先讓學生比較綠色的菠菜葉和發黃的菠菜葉，分析菠菜葉變黃的可能原因。學生的學習小組討論、交流可能的解釋，然后教師不要急于告知學生答案，讓學生自己思考設計實驗來驗證自己提出的解釋。學生的思維參與過程中自主構建甚至創造生物知識，思維也就會越來越深刻。

2.3 運用、再現科學思維方法，提升學生思維參與的效率

科學思維方法是提升學生思維參與效率的保證，是培養生物科學素養的本質訴求。教師在設計生物實驗課堂時注重學生思維參與的同時，要運用、再現蘊含于生物知識中的科學思維方法，重視科學思維方法的指導，實現學生高效思維參與同時領悟到生物科學研究過程和方法的真諦。

比如，教師在設計“孟德爾豌豆雜交實驗一”這一節教學時，就可以讓學生體驗蘊藏在孟德爾研究過程中的“假說—演繹法”這一種重要的科學思維方法。其基本的教學設計可以是：從實驗現象出發，高莖與矮莖雜交，F1代都是高莖，F1自交，F2高莖和矮莖比例為3∶1。針對實驗現象和學生已有的對遺傳的理解讓學生提出問題。然后讓學生針對問題嘗試性提出一些可能的假說。再根據假說，進行一些具體的演繹和推理，小組間交流對提出問題的解釋。然后讓學生設計實驗，檢驗推斷和假說。

所有問題的提出、相應的解釋、實驗設計和檢驗都讓學生完成，讓學生在逐步的思維參與過程中體驗“假說—演繹法”和科學家當年的研究和思維過程。學生在這樣的思維參與下所獲得的不僅僅是已知的結論或知識，更多地體驗了這些知識的發現過程和研究方法，提高了學生思維參與的效率，有助于培養學生生物學科核心素養。

教師在教學過程中不僅要注重知識的傳授，更要注重學生思維參與的積極性和有效性，以思維參與作為原生態生物實驗課堂每一個環節的核心。只有關注了課堂中學生的思維參與，才能體現新課程中的以知識為載體，教會學生學習和思維的理念，才能構建出學生深度參與、靈動的生物實驗課堂。