培養理性思維 踐行核心素養

朱曉燕

摘 要 以“光合作用的探究歷程”教學為例，討論將養學生理性思維，落實核心素養于課堂教學的具體策略。通過對光合作用發現史經典實驗的分析，進行思維訓練，培養學生理性思維方式，使核心素養培育方向滲透于課堂教學實踐。

關鍵詞 科學 核心素養 理性思維 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

“光合作用探究歷程”是人教版高中生物《必修1·分子與細胞》第五章第四節“能量之源—光和光合作用”第二課時的內容。學生通過初中階段的學習，對海爾蒙特實驗、普利斯特利實驗、英格豪斯實驗、薩克斯實驗等有了初步的認識，對光合作用場所、條件、原理等也有一定的認知基礎。學生有進行科學探究實驗的實踐基礎，對科學探究方法有初步認識，已掌握科學探究的一些基本的方法。這部分內容的學習是建立于初中學習基礎上的知識的進一步深化。

科學發現史歷程實際上揭示了人們對于未知領域探究的思維方法，是培養學生理性思維的良好資源。生物學科核心素養中，包含能夠“針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論”；“崇尚并形成科學思維的習慣；能夠運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現象及規律”等內容。

高中學生學習動機相對穩定，對事物的認知開始從現象到本質逐步深入，具有一定的分析、歸納的深層思維能力。引導學生解析“光合作用探究歷程”經典實驗蘊含的生物學科思想方法，既能為學生學習光合作用原理奠定基礎，同時又能培養生物核心素養，促進學生邏輯思維的發展。

1 引導分析，感悟科學實證

教師引導學生回顧光合作用發現史過程的經典實驗，激勵學生要實事求是、勇于探索，認同科學探究往往需要一個曲折的發展歷程。教師指導學生閱讀“梅耶的科學研究”小資料，并提出問題：“植物通過光合作用將光能轉換成化學能儲存，那么貯存到什么物質中呢？”

科學結論建立在證據和邏輯推理的基礎上，因此，教學的重點并非單純的只關注科學結論，而是通過學習過程鍛煉學生的思維能力。教師可利用問題串，引導學生積極思考。如分析薩克斯實驗時，針對實驗設計設置問題：

① 實驗中的自變量、因變量、無關變量分別是什么？

② 為什么要對綠葉進行暗處理？這樣做的理由是什么？

③ 對同一片葉子進行一半曝光、一半遮光處理，體現了科學研究中的哪些原則？④ 實驗可以得出的結論是什么？

對實驗的分析深化了對科學研究一般方法的理解與應用。在此過程中，教師引導學生認同對真理的追求應該表現為基于事實、合乎邏輯的推理形式。

2 任務驅動，探究科學過程

真正意義上的科學發展必須是一種尊重理性和崇尚理性的發展，科學結論必須具有說服力的論據，且通過符合邏輯的推理得到而非依靠表象獲得。

通過初中的學習，學生知道光合作用釋放O2。那么，光合作用釋放的O2來源于哪呢？這是高中學習要探索的新知。歷史上，魯賓和卡門對這個問題的探究用了同位素標記法。要能真正理解同位素標記法的原理，需要聯系化學知識。教師引導學生進行學科間知識滲透和遷移運用，引導學生思考化學學習中區別同一元素的方法。如區分氕、氘、氚通常采用的方法是什么？同位素有哪些特點，同位素為什么可以追蹤物質的運行和變化規律？在此基礎上，教師介紹同位素標記法在生物學研究中的應用，提出問題：要如何利用同位素法進行實驗設計以探究光合作用釋放的O2到底是來自H2O，還是CO2呢？用什么元素的同位素？分別標記什么物質？可能出現什么實驗現象？鼓勵學生進行小組交流討論，嘗試進行實驗設計。

師生共同歸納分析魯賓和卡門實驗原理，教師利用課件展示1939魯賓和卡門利用同位素標記法的實驗，引導學生得出結論：光合作用釋放的氧氣來自于水。教師進一步提出問題：如何嘗試設計用H的同位素來追蹤光合作用中的氫原子的轉移途徑？以此問題引發學生思考，進行思維訓練，讓學生感悟科學實驗設計的嚴謹與巧妙，同時也可檢測學生是否理解了同位素標記法。

教師用課件進一步展示：卡爾文利用同位素標記14C探明CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑。以此引入卡爾文循環概念，并提出問題：光合作用的有機物是怎樣合成的？學生自主閱讀教材，與小組同學交流學習收獲，培養信息獲取能力與表達交流能力。

至此，學生對光合作用生理過程有了實質的理解。這些理解均建立于科學實驗所得出的結論，在學習過程中，學生依靠思維能力對感性材料進行一系列抽象、概括、分析和綜合，形成概念、判斷，通過推理的認識過程培養科學思維習慣，尊重理性和崇尚理性，以歸納與概括、演繹與推理、批判性思維等方法探討生命現象及規律，尋找事物的本質、規律及內部聯系，體現了生物學習中對于核心素養的培養。

3 鞏固深化，形成科學認知

教師要求學生注意：

① 普里斯特利實驗設計的不足之處，即實驗還需要增設無光環境下的對照實驗，與學生討論改進建議；

② 薩克斯實驗得出的結論是光合作用產生淀粉；

③ 恩格爾曼實驗證明氧氣由葉綠體釋放出來，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所；

④ 魯賓和卡門用同位素分別標記CO2和H2O，供綠色植物利用，分析各自放出的氧，證明合作用釋放的氧氣全部來自H2O。

4 教學反思

4.1 重視初高中銜接，體現學習延續性

本節課的引入重視學生初中光合作用發現史的學習，幫助學生回憶初中光合作用發現過程中的幾個重要經典實驗。學生在初中知識的基礎上展開學習，提高了學習效益，避免了重復學習對教學時間的浪費。

4.2 分析科學發現史，進行邏輯思維訓練

科學經典實驗蘊含了豐富的生物科學方法教育資源。科學發現過程就是人們探究未知事物，獲得新認知的思維過程。實驗中體現的科學思維方法，可以有效地提高學生提出假設、設計實驗的能力，能幫助學生深刻理解知識、理解科學的本質。教師設計問題串，引導學生帶著問題逐步思考，培養學生邏輯思維能力，促使學生學習能力得到一定程度的提升。因此，在教學過程中花了較大的比重對薩克斯實驗，魯賓和卡門實驗進行分析，目的是為了幫助學生歸納科學探究的一般方法與原則。學生借助學習活動和思維策略解決認知沖突，利用歸納、分析、對比等思維方式來建構新的認知結構，提高了科學思維能力，深化了知識理解。

4.3 引發情感體驗，促使科學價值觀形成

學生通過對本節課的學習，感悟到科學的道路的曲折和艱辛，知道科學知識來之不易，任何一項科學成果的取得和發現都是后人在繼承前人經驗的基礎上，經過不斷的探究才獲得的。這些體會有助于培養學生實事求是的科學態度和堅忍不拔的科學精神，從而使學生形成尊重科學、崇尚科學和獻身科學的價值取向，奠定其將來從事科學研究的基礎。

4.4 關注遷移聯系，幫助知識理解

本節課涉及到一些物理與化學知識，需要教師補充物理、化學基礎知識，才能幫助學生理解同位素標記法。因此，教師充分研究學生的知識基礎，關注學科間的銜接，才能保證課堂教學活動順利有效開展；同時，也幫助學生理解科學發展進程中各學科的共同發展、彼此促進。

4.5 落實教學評價，促進概念深化

概念的獲得是一個知識內化的過程，需要有鞏固強化的環節，通過師生互動或是設置思考題，可以幫助學生梳理已掌握的知識，建立良好的知識網絡體系。

本節課中體現了建構主義教學“基于問題解決來建構知識，通過問題解決來學習”的基本思路。同時，利用了教材中科學史的潛在教育功能，引導學生嘗試像科學家那樣去設計實驗、去理性思考，旨在進一步培養學生進行探究性學習的能力，激發學生的創新思維。

參考文獻：

[1] 徐勇.生物學科核心素養培育探析[J].中學教學參考，2016（7）：115.

[2] 蔣桂林.基于高中生核心素養培養的生物學科素養的思考[J].中學生物學，2015（10）：9-10.