基于科學(xué)思維的啟發(fā)式教學(xué)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

徐小歡 李德紅

摘要 以“DNA的復(fù)制方式”教學(xué)為例，探討啟發(fā)式教學(xué)對學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的有效性。通過分析學(xué)生學(xué)習(xí)前的心理素質(zhì)結(jié)構(gòu)水平，在結(jié)構(gòu)水平較低處采取多元化的啟發(fā)策略，達成培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維的目標。

關(guān)鍵詞 科學(xué)思維 啟發(fā)式教學(xué) 高中生物 DNA的復(fù)制方式

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

1 啟發(fā)式教學(xué)的定義及理論基礎(chǔ)

啟發(fā)式教學(xué)是從學(xué)生的生活經(jīng)驗和知識基礎(chǔ)出發(fā)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的動機和興趣，促使學(xué)生主動思考，并獲得知識，發(fā)展能力的教學(xué)模式。

啟發(fā)式教學(xué)源于現(xiàn)代認知派心理學(xué)家布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論。而現(xiàn)代意義上的啟發(fā)式教學(xué)是有指導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，即結(jié)構(gòu)化的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，教師需要通過問題情境和材料信息等引導(dǎo)學(xué)生積極主動地形成認知結(jié)構(gòu)。建構(gòu)主義理論從思維本質(zhì)上揭示了新知識的學(xué)習(xí)過程，即學(xué)習(xí)者是主動地建構(gòu)知識。在其指導(dǎo)下，啟發(fā)式教學(xué)更加注重以學(xué)生為主體、知識間的關(guān)聯(lián)性、符合意義建構(gòu)的情境等。學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者系統(tǒng)中的心理素質(zhì)結(jié)構(gòu)，即知識、技能和人格品質(zhì)由于受到啟發(fā)而不斷改善，從低級狀態(tài)進入有序的高級狀態(tài)，實現(xiàn)進步的過程（圖1）。因此，教師應(yīng)從多方面啟發(fā)誘導(dǎo)，學(xué)習(xí)系統(tǒng)才能更快地發(fā)展。

2 科學(xué)思維方法與品質(zhì)

科學(xué)思維是生物學(xué)核心素養(yǎng)之一，其方法包括比較與分類、分析與綜合、歸納與演繹、抽象與概括、建立模型、批判性思維等。個體的思維能力依賴于思維方法和思維品質(zhì)。而思維品質(zhì)主要表現(xiàn)在深刻性、靈活性、批判性和創(chuàng)造性等方面。

科學(xué)探究案例是培養(yǎng)科學(xué)思維的重要材料，下面以“DNA的復(fù)制方式”教學(xué)為例，闡述如何在高中生物教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)，著力發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

3 應(yīng)用啟發(fā)式教學(xué)，發(fā)展科學(xué)思維

在啟發(fā)式教學(xué)中，啟發(fā)的方法有多種，從途徑上分為觀察啟發(fā)、討論啟發(fā)、實驗啟發(fā)、現(xiàn)代化教學(xué)手段啟發(fā)等;從材料上分科學(xué)史啟發(fā)、上位知識引申啟發(fā)、實際問題啟發(fā)等，具體方法依教學(xué)內(nèi)容而定。

3.1 學(xué)生學(xué)習(xí)前心理素質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

學(xué)習(xí)之前，教師需要分析學(xué)習(xí)前學(xué)生的心理素質(zhì)結(jié)構(gòu)水平。在知識結(jié)構(gòu)上，學(xué)生已經(jīng)了解DNA是遺傳物質(zhì)、DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)、同位素標記法，并對細胞分裂間期的DNA復(fù)制具備感性認識。但是學(xué)生容易將“同位素標記”局限于“放射性同位素標記”，且邏輯推理能力不夠完善，而教材中該實驗缺乏研究思路推導(dǎo)過程，學(xué)生難以理解。因此，教師應(yīng)在學(xué)生心理素質(zhì)結(jié)構(gòu)建構(gòu)和進化較難處，采用多元化的策略啟發(fā)。

3.2 多元化啟發(fā)策略

多元化的啟發(fā)策略旨在運用多種啟發(fā)方法，適時適當?shù)貫閷W(xué)生心理素質(zhì)結(jié)構(gòu)的更新和建構(gòu)提供橋梁，促進其思維的發(fā)展。

3.2.1 問題啟發(fā)，發(fā)展分析與綜合思維

問題啟發(fā)是揭示事物的客觀矛盾，形成問題情境，引起學(xué)生積極主動思考的教學(xué)方法。

在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，筆者根據(jù)學(xué)生已有的認知結(jié)構(gòu)，設(shè)置問題情境：沃森和克里克在構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)后提出DNA復(fù)制的一種可能機理。假如你是沃森和克里克，你能根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)想DNA復(fù)制的方式嗎？問題情境激發(fā)學(xué)生的興趣，啟發(fā)其猜想DNA復(fù)制的方式。

在設(shè)計實驗時，筆者設(shè)計了一連串問題鏈：（1）如何用實驗證明DNA的復(fù)制方式？（2）實驗的關(guān)鍵是什么？（3）從親代DNA（母鏈）去向來看，半保留和全保留復(fù)制有什么不同？問題鏈啟發(fā)學(xué)生表征核心問題“如何證明DNA的復(fù)制方式”，將抽象問題具體化為“如何追蹤母鏈在子代DNA中的分布”，從而得出實驗?zāi)康模囵B(yǎng)自己分析和綜合的思維方法。

在選擇“同位素標記法”后，學(xué)生會想到檢測子代DNA的放射性。筆者圍繞“能否檢測出DNA -條鏈的放射性？”設(shè)置層層深入的問題鏈，啟發(fā)學(xué)生分析自己的認知過程，在前概念暴露的過程中發(fā)展分析和綜合的思維方法：

（1）應(yīng)該怎么樣檢測子代DNA的標記情況？（檢測子代DNA的放射性）

（2）半保留復(fù)制的子代DNA有沒有放射性？（都具有放射性）

（3）全保留復(fù)制的子代DNA有沒有放射性？（一半子代DNA有放射性，一半沒有）

（4）大腸桿菌在培養(yǎng)液中分裂，DNA復(fù)制產(chǎn)生的子代DNA在子代大腸桿菌體內(nèi)，都在同一培養(yǎng)液中，而檢測的是溶液體系總體的放射性，那這兩種培養(yǎng)液哪種可以檢測到放射性嗎？檢測放射性可以區(qū)分兩種復(fù)制方式嗎？（都能檢測到放射性;不能區(qū)分）

3.2.2 科學(xué)史啟發(fā)，發(fā)展歸納與演繹思維

科學(xué)史啟發(fā)即通過蘊含科學(xué)方法、思維和精神的科學(xué)史資料來啟發(fā)學(xué)生。14N/14N-DNA和15N/15N-DNA在密度梯度離心后形成了不同位置的DNA密度帶。為了便于學(xué)生理解，教師將實驗現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為直觀模式圖（圖2）。學(xué)生根據(jù)假說，演繹推理預(yù)期現(xiàn)象，用模式圖表示。教師再從梅塞爾森和斯塔爾實驗現(xiàn)象（圖3）中選出親代、第一代、第二代的DNA密度帶，啟發(fā)學(xué)生分析預(yù)期現(xiàn)象和實驗現(xiàn)象（圖4），歸納出結(jié)論。科學(xué)史的還原增強了實驗教學(xué)的科學(xué)性和說服力。在體驗假說演繹法時，學(xué)生的歸納和演繹思維得到發(fā)展。

但科學(xué)史也要適當選擇。密度梯度離心技術(shù)的具體操作就不需講解，教師要著重把握實驗的主線。而實驗對象大腸桿菌是原核生物，最后教師簡要補充泰勒等人以蠶豆根尖進行實驗，證明真核生物DNA也是半保留復(fù)制，歸納得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生歸納思維的深刻性。

3.2.3 認知沖突啟發(fā)，發(fā)展批判性思維

巧用認知沖突，誘導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并矯正認知，是啟發(fā)學(xué)生會學(xué)的方法。選擇方法“密度梯度離心”是難點之一。同位素標記后，學(xué)生會想到“檢測放射性”，由此暴露前認知水平。此時，教師通過問題鏈，從放射性能否區(qū)分兩種復(fù)制方式的角度，搭建思維支架，學(xué)生得出“檢測放射性”行不通，產(chǎn)生認知沖突。教師再啟發(fā)學(xué)生剖析標記同位素和普通元素的質(zhì)量差異，得出“密度梯度離心”的方法，使學(xué)生重建認知結(jié)構(gòu)（圖5）。學(xué)生內(nèi)省和調(diào)整自己認知結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)認知順應(yīng)。在此過程中，學(xué)生的批判性思維得到發(fā)展，思維的靈活性也不斷提升。

3.2.4 小組討論啟發(fā)，發(fā)展創(chuàng)造性思維

討論法是在教師指導(dǎo)下，以學(xué)生為中心，學(xué)生間相互啟發(fā)、交流的教學(xué)形式。討論法能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造精神。本教學(xué)片斷有三次小組討論：（1）猜想DNA的復(fù)制方式;（2）合作設(shè)計實驗;（3）根據(jù)假說一演繹推理預(yù)期現(xiàn)象。小組討論時，教師是引導(dǎo)者和調(diào)節(jié)者。在猜想DNA復(fù)制的方式時，可能有小組會想到類似彌散復(fù)制的情況，教師需指出：DNA鏈先被切斷后拼接的過程復(fù)雜，而細胞是精細的生命系統(tǒng)，不符合經(jīng)濟原則，當時該方式很快被科學(xué)家排除。設(shè)計實驗和預(yù)測現(xiàn)象也是小組合作的過程。組內(nèi)討論、組間分享和教師反饋都能發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提升思維的深刻性。

3.2.5 現(xiàn)代化教學(xué)手段啟發(fā)，發(fā)展模型方法與形象思維

現(xiàn)代化教學(xué)手段形象生動，是啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)，調(diào)動學(xué)習(xí)興趣的方法。教師提供DNA雙鏈的直觀教具模型，用紅色和藍色卡紙條分別代表15N、14N標記的DNA單鏈。直觀的教具克服了DNA的抽象性，學(xué)生動手拼DNA鏈的活動會啟發(fā)其猜想半保留復(fù)制和全保留復(fù)制的假說。教師請部分小組代表到黑板上進行展示，再結(jié)合多媒體動畫再現(xiàn)兩種復(fù)制方式的具體過程，使DNA復(fù)制方式的直觀形象在學(xué)生頭腦中形成表象，實現(xiàn)概念和具體內(nèi)涵的深度聯(lián)系，發(fā)展了學(xué)生的形象思維。教具DNA鏈也相當于物理模型，學(xué)生動手設(shè)計第二代DNA鏈，啟發(fā)其通過演繹推理，預(yù)測DNA帶在離心管中的位置。教師使用簡化的模型分析原型，從而發(fā)展模型方法。

4 總結(jié)與啟示

啟發(fā)式教學(xué)強調(diào)采用多元化啟發(fā)策略，加速學(xué)習(xí)系統(tǒng)的心理素質(zhì)結(jié)構(gòu)的自主意義建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。針對本片段的教學(xué)設(shè)計，筆者在教學(xué)比賽和教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，深入分析學(xué)生學(xué)習(xí)前的知識和能力等心理素質(zhì)結(jié)構(gòu)尤為重要，以此為基礎(chǔ)，才能在心理素質(zhì)結(jié)構(gòu)水平較低處采用恰當?shù)膯l(fā)策略，實現(xiàn)多種啟發(fā)策略的優(yōu)化組合。另外，科學(xué)思維的培養(yǎng)是一個長期的過程，有賴于師生、生生之間的思維對話，在運用啟發(fā)式教學(xué)策略時要適當安排教學(xué)環(huán)節(jié)，給予學(xué)生思考的空間，才能實現(xiàn)科學(xué)思維的這一生物學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

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