例談基于科學(xué)死亡培養(yǎng)的生物學(xué)教學(xué)策略

傅建利

摘要 結(jié)合具體的教學(xué)過程，通過采用試錯(cuò)課本活動(dòng)、重歷科學(xué)史實(shí)驗(yàn)、解剖教材插圖、多變經(jīng)典模型、建構(gòu)思維導(dǎo)圖五種教學(xué)策略，闡述了對(duì)高中生物核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 科學(xué)思維 教學(xué)策略 核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1問題的提出

2014年4月，教育部頒布的《關(guān)于全面深化課程改革，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》，明確提出發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)是育人的重要目標(biāo)。其中，科學(xué)思維是生物核心素養(yǎng)的一個(gè)重要部分。怎樣提高學(xué)生的核心素養(yǎng)，在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)進(jìn)行歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維的思維品質(zhì)，是教師迫切需要思考和探索的問題。筆者通過思考和教學(xué)實(shí)踐，提出以下幾種培養(yǎng)科學(xué)思維的教學(xué)策略。

2培養(yǎng)科學(xué)思維的課堂教學(xué)策略

2.1試錯(cuò)課本活動(dòng)，訓(xùn)練思維的批判性

發(fā)展批判性思維是培養(yǎng)科學(xué)思維的一個(gè)重要的途徑。在高中生物教材中有許多以實(shí)驗(yàn)為載體的活動(dòng)。教師在開展這些實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生批判性地看待實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，即引導(dǎo)學(xué)生在動(dòng)手操作的同時(shí)，思考這樣操作的原因，以及這些實(shí)驗(yàn)操作的生物學(xué)內(nèi)涵。

例如在“模擬孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)”中，教師在兩個(gè)塑料桶中放入黃色和綠色的彈珠，分別代表“Y”和“y”基因，讓學(xué)生模擬一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)。活動(dòng)開始時(shí)，先由教師提供實(shí)驗(yàn)方案一和實(shí)驗(yàn)方案二（表1），并將課堂交給學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者——學(xué)生。學(xué)生首先通過嘗試錯(cuò)誤的活動(dòng)操作，比較錯(cuò)誤操作的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與書本活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，反思產(chǎn)生結(jié)果相差甚遠(yuǎn)的原因。接著，學(xué)生通過對(duì)照、比較分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生偏差的原因是塑料桶中兩種顏色彈珠的數(shù)量不等和兩種顏色的彈珠質(zhì)感不同。數(shù)量不等和彈珠質(zhì)感不同都會(huì)非隨機(jī)抽取兩種彈珠而導(dǎo)致概率不等，而這和孟德爾的分離定律中所闡述的等位基因分離產(chǎn)生數(shù)量相等的兩種配子的結(jié)論不統(tǒng)一。然后，學(xué)生根據(jù)分離定律的內(nèi)涵提出修正方案，進(jìn)行自我矯正，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)施自我審查式的實(shí)驗(yàn)方案，即實(shí)驗(yàn)方案三和方案四（表1），再次模擬一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，學(xué)生總結(jié)交流模擬孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，理解活動(dòng)的本質(zhì)內(nèi)涵。

這樣，學(xué)生通過試錯(cuò)教材活動(dòng)，分析錯(cuò)誤原因，進(jìn)行批判性理解，不僅能深刻認(rèn)識(shí)活動(dòng)的內(nèi)涵，完善自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過理性分析、評(píng)估方案、解釋原因、自我審查、自我矯正，推動(dòng)思維的深層發(fā)展。

2.2重歷科學(xué)史實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性

生物科學(xué)史是生物課堂教學(xué)資源的重要部分，所呈現(xiàn)的不僅僅是科學(xué)家探究生物科學(xué)的操作過程，更能展現(xiàn)科學(xué)家的思考過程。它不但能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生理解生物學(xué)知識(shí)，而且在啟迪學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方面有極其重要的作用。例如在植物生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)史的研究過程中，教師可以采用“問題產(chǎn)生一引發(fā)實(shí)驗(yàn)一得出結(jié)論一猜想并引發(fā)新問題”的教學(xué)回路圖的形式開展教學(xué)，其教學(xué)主線示意圖見圖1。

這樣的蛇形的思維過程不僅把生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)史中的達(dá)爾文父子實(shí)驗(yàn)、波森·詹森實(shí)驗(yàn)和溫特實(shí)驗(yàn)等有機(jī)串聯(lián)在一起，而且讓學(xué)生深刻體會(huì)科學(xué)家在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中的科學(xué)思維和科學(xué)方法，培養(yǎng)了思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。

2.3解剖教材插圖，培養(yǎng)思維的靈活性

教材插圖是生物學(xué)教材的重要組成部分，包含了生物學(xué)概念、生理過程及重要的科學(xué)史實(shí)驗(yàn)等。充分重視教材插圖并善加利用，也是教師培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維的一個(gè)重要手段。例如在必修1“物質(zhì)出入細(xì)胞的方式”一節(jié)中，在完成教材活動(dòng)“觀察洋蔥表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”后，教師把書本中“滲透作用使紅細(xì)胞破裂，使植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離”的圖片展示給學(xué)生，拋出問題情境：若將紅細(xì)胞和植物細(xì)胞分別放在一系列濃度梯度外界溶液中，用曲線圖預(yù)測(cè)兩種細(xì)胞的數(shù)量和體積與外界溶液濃度的關(guān)系。教師引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型（圖2），要求學(xué)生分析和解釋兩種模型的產(chǎn)生差異的原因。學(xué)生經(jīng)過深層思考后，比較得出：動(dòng)、植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的有無是產(chǎn)生兩種細(xì)胞模型變化的本質(zhì)原因。

這樣的建模活動(dòng)不僅把教材插圖中隱藏的隱性內(nèi)涵顯性呈現(xiàn)，突破了對(duì)教材插圖淺層的識(shí)圖學(xué)習(xí)，而且把教學(xué)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維上。學(xué)生在已有的課本教材活動(dòng)的認(rèn)知基礎(chǔ)上，深度地進(jìn)行變式思維，尋同求異，大大提升了思維的靈活性。

2.4多變經(jīng)典模型.訓(xùn)練思維的發(fā)散性

生物學(xué)教學(xué)重視知識(shí)的遷移、方法的運(yùn)用和發(fā)散性思維的培養(yǎng)。教師在教學(xué)中可利用書本已經(jīng)構(gòu)建好的經(jīng)典模型，提出設(shè)置一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用模型，并改變模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的用和變的靈活轉(zhuǎn)換。例如在減數(shù)分裂復(fù)習(xí)課中，教師利用經(jīng)典的減數(shù)分裂模型（圖3），設(shè)置遞進(jìn)式的三個(gè)轉(zhuǎn)換模型的問題：

①畫出一對(duì)常染色體和一對(duì)XY性染色體的減數(shù)分裂過程。②分析一個(gè)基因型為AaX^BY的精原細(xì)胞，減數(shù)分裂后產(chǎn)生其中一個(gè)精子的基因型為AY，思考另外3個(gè)精子的基因型類型。③思考某生物（AaBb）減數(shù)分裂過程中的一個(gè)細(xì)胞（圖4），推導(dǎo)出這個(gè)細(xì)胞的產(chǎn)生原因及產(chǎn)生配子種類。

學(xué)生利用減數(shù)分裂的經(jīng)典模型逐步理解在減數(shù)分裂過程中一對(duì)異型同源染色體的行為變化，明確染色體行為變化過程中其上的基因變化，最后通過還原問題源圖4中的異常細(xì)胞在減數(shù)分裂第一次分裂前期的正常模型和其可能的變異模型1、2、3，深刻理解減數(shù)分裂發(fā)生變異對(duì)生物變異的影響。

這樣，教師設(shè)置一系列遞進(jìn)式問題，通過對(duì)經(jīng)典模型的多樣變式、課堂討論交流，找到解決問題的相應(yīng)方法和策略，既能用模型，又能變模型，從而在新情境中舉一反三，實(shí)現(xiàn)思維的變通和發(fā)散，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和運(yùn)用。

2.5建構(gòu)思維導(dǎo)圖，培養(yǎng)思維的整合性

思維導(dǎo)圖是以一個(gè)核心概念為中心，向四周發(fā)數(shù)，每一個(gè)分支呈現(xiàn)與主干知識(shí)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，最后，構(gòu)成一個(gè)樹狀的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。思維導(dǎo)圖能使知識(shí)結(jié)構(gòu)直觀形象，同時(shí)也能顯性呈現(xiàn)思維過程。例如，在關(guān)于“細(xì)胞的概述”一課的復(fù)習(xí)過程中，教師以多種多樣的細(xì)胞為切入點(diǎn)，發(fā)散性地讓學(xué)生分類羅列出教材中相關(guān)的細(xì)胞及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建細(xì)胞種類的思維導(dǎo)圖。學(xué)生通過思考整合，先將細(xì)胞分為原核細(xì)胞和真核細(xì)胞，再將真核細(xì)胞主要分為動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞，然后再發(fā)散性地列舉出各種類型的原核細(xì)胞、植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞。在整個(gè)過程中，教師充當(dāng)學(xué)生思維進(jìn)程的記錄員，在黑板上呈現(xiàn)細(xì)胞種類及相關(guān)作用的思維導(dǎo)圖（圖5）。

在這種以思維導(dǎo)圖開展復(fù)習(xí)教學(xué)的過程中，核心概念細(xì)胞是“面”，統(tǒng)領(lǐng)了高中生物五本教材的知識(shí)框架，然后以這個(gè)核心概念輻射出相關(guān)的“線”，即原核細(xì)胞和真核細(xì)胞，最后發(fā)散出“點(diǎn)”，即高中生物五本教材中所涉及的各種各樣細(xì)胞及其特點(diǎn)。這種以“面、線、點(diǎn)”思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)方法，不僅可以梳理核心概念的知識(shí)脈絡(luò)，而且使學(xué)生在形成完整的知識(shí)框架的同時(shí)，大大提升了思維的整合性。

3培養(yǎng)科學(xué)思維的課堂教學(xué)策略的應(yīng)用思考

在以核心素養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)改革中，怎樣把包含科學(xué)思維等四大成分的生物核心素養(yǎng)有效地融入教學(xué)課堂中，是每位教師的重要命題。實(shí)踐證明，通過上述五種教學(xué)策略，能有效地讓學(xué)生生成深度學(xué)習(xí)，形成一定的思考力，使思維既清晰又敏捷，既嚴(yán)謹(jǐn)又發(fā)散。