以“群落的結(jié)構(gòu)”為例探討發(fā)展科學(xué)思維的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

唐國(guó)偉

(重慶市第七十一中學(xué)校 400030)

發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)是高中階段教學(xué)的宗旨，培養(yǎng)科學(xué)的思維則是發(fā)展核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容之一。杜威在闡述科學(xué)思維時(shí)強(qiáng)調(diào)“反省思維”，認(rèn)為科學(xué)的思維乃是對(duì)某一問(wèn)題進(jìn)行反復(fù)、嚴(yán)肅、持續(xù)不斷的深思，教師在課堂中的語(yǔ)言、知識(shí)和授課方式都影響學(xué)生思維的培養(yǎng)[1]。筆者以人教版高中生物學(xué)教材必修3中“群落的結(jié)構(gòu)”一節(jié)為例，探討如何以思維發(fā)展為著眼點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程。

1 概念的說(shuō)明——在差別中發(fā)現(xiàn)同一

認(rèn)識(shí)自然的關(guān)鍵在于對(duì)事實(shí)的說(shuō)明，把自然現(xiàn)象的不同種類(lèi)還原為同一領(lǐng)域，讓普遍包攝特殊，在不相似中發(fā)現(xiàn)相似[2]。教學(xué)中教師通過(guò)對(duì)科學(xué)名詞的說(shuō)明，引導(dǎo)學(xué)生將新近學(xué)習(xí)的概念與以往概念建立起聯(lián)系，在差別中發(fā)現(xiàn)同一。

“群落”概念的學(xué)習(xí)置于“種群”之后。種群是種內(nèi)關(guān)系維系的生物群體，群落則是種間關(guān)系維系的生物群體。教學(xué)中將“群落”和“種群”的學(xué)習(xí)結(jié)合在一起，使兩個(gè)概念統(tǒng)一在“依靠生態(tài)關(guān)系維系的群體”這個(gè)普遍觀(guān)念中，培養(yǎng)他們用這些普遍觀(guān)念作為基礎(chǔ)來(lái)認(rèn)識(shí)后繼問(wèn)題，產(chǎn)生學(xué)習(xí)的連續(xù)性。

2 科學(xué)概念學(xué)習(xí)——概念的科學(xué)化

科學(xué)概念的學(xué)習(xí)歸根到底需要概念的科學(xué)化。將前概念更新為科學(xué)概念的過(guò)程建立在證據(jù)和邏輯基礎(chǔ)上[1]。為了深入理解群落內(nèi)種間關(guān)系和群落間差異性，教材安排了“資料分析”。這些資料是思維的材料，具有“證據(jù)”意義。如何用好這些“證據(jù)”，賦予課堂育人內(nèi)涵則是教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2.1 指向意義發(fā)現(xiàn)的材料選擇和提問(wèn)設(shè)計(jì) 保持思維的連續(xù)需要靈活多樣的學(xué)習(xí)材料，教師對(duì)教學(xué)材料的選擇呈現(xiàn)行為可能限制或鼓勵(lì)學(xué)生后續(xù)的創(chuàng)造性活動(dòng)。在“競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系”學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)呈現(xiàn)兩組材料：①教材中的資料一(第73頁(yè))大草履蟲(chóng)和雙小核草履蟲(chóng)共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)；②大草履蟲(chóng)和袋狀草履蟲(chóng)共培養(yǎng)的種群數(shù)量變化曲線(xiàn)圖(圖1)。兩組材料都表現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。前者有勝有敗；后者兩者共存，卻出現(xiàn)了食性和棲息環(huán)境的分化。如何引導(dǎo)學(xué)生理解這些材料，從現(xiàn)有的信息獲取更為本質(zhì)的事物，教師可通過(guò)課堂提問(wèn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。筆者設(shè)計(jì)的問(wèn)題是：“根據(jù)上述材料，你認(rèn)為競(jìng)爭(zhēng)的本質(zhì)是什么？”

圖1 草履蟲(chóng)的競(jìng)爭(zhēng)注：(a)雙小核草履蟲(chóng)(Paramecium. auerlia)、大草履蟲(chóng)(P. caudatum)和袋狀草履蟲(chóng)(P. bursaria)單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)的種群數(shù)量變化曲線(xiàn)；(b)共同培養(yǎng)時(shí)，雙小核草履蟲(chóng)導(dǎo)致大草履蟲(chóng)逐漸消失；(c)大草履蟲(chóng)和袋狀草履蟲(chóng)共培養(yǎng)，兩者都存活，但種群密度比單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)都低[3]

這樣的問(wèn)題設(shè)計(jì)是引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，意識(shí)到不同材料描述的只是不同的特例，而利用這些特例來(lái)探究引發(fā)現(xiàn)象的普遍原理才是學(xué)習(xí)的過(guò)程。學(xué)生通過(guò)努力發(fā)現(xiàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象雖不相同，但原理卻是相同的：資源的共同利用是競(jìng)爭(zhēng)的本質(zhì)。教師設(shè)計(jì)的提問(wèn)是要指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀(guān)察、回憶、推理，去發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有材料的意義，形成一種信念，成為繼續(xù)學(xué)習(xí)的原動(dòng)力，而不是只滿(mǎn)足于獲取現(xiàn)成的答案。從另一角度看，提問(wèn)是指向?qū)W習(xí)材料的抽象化，以此把握事物的本質(zhì)特征，擴(kuò)展科學(xué)概念的外延。

2.2 定量化分析材料，明晰事物間的關(guān)系 教學(xué)中以定量的概念來(lái)揭示事物本質(zhì)及其發(fā)展變化規(guī)律，能讓描述事實(shí)變得簡(jiǎn)明精確，使學(xué)生更容易發(fā)現(xiàn)事實(shí)材料的科學(xué)意義。這種定量化策略也可用于生命過(guò)程的分析和推理。教材第73頁(yè)資料二是對(duì)猞猁和雪兔種群數(shù)量的描述。對(duì)于猞猁捕食雪兔的最終結(jié)果，不少學(xué)生認(rèn)為猞猁消滅了雪兔，或者是雪兔數(shù)量逐漸減少，屬于前概念中的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。在讓學(xué)生觀(guān)察猞猁和雪兔種群變動(dòng)曲線(xiàn)時(shí)，可要求他們描述兩種動(dòng)物間的數(shù)量變化，通過(guò)定量分析，就可得到新的捕食概念——猞猁和雪兔不是誰(shuí)去消滅誰(shuí)的關(guān)系，形成的是彼此依賴(lài)性關(guān)系，亦是進(jìn)化上的協(xié)同關(guān)系。這樣利用符號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行推理的定量分析，符合精確化的科學(xué)邏輯。

2.3 指標(biāo)和指標(biāo)體系，概念學(xué)習(xí)中知識(shí)的整理 科學(xué)概念的學(xué)習(xí)要促進(jìn)概念有意義建構(gòu)。這種建構(gòu)需有大量事實(shí)性知識(shí)支撐，更需要通過(guò)一定手段來(lái)整合、組織這些知識(shí)，將其置于學(xué)習(xí)者的概念框架中[4]。

在“群落空間結(jié)構(gòu)”教學(xué)中，以教材72頁(yè)兩幅不同群落圖片作為直觀(guān)素材，讓學(xué)生描述這兩個(gè)群落有什么不同。有學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)對(duì)事物的科學(xué)描述不像平時(shí)聊天，需要?jiǎng)佑贸橄蠡目茖W(xué)言語(yǔ)，這就要對(duì)知識(shí)進(jìn)行梳理，使之簡(jiǎn)潔、明了、準(zhǔn)確。教材中能找到兩個(gè)群落在物種組成特征上是不同的，而描述這一特征的是“物種豐富度”這一指標(biāo)。這就在認(rèn)識(shí)和描述事物上提供了一條思維的脈絡(luò)：對(duì)事物的描述要抓住其特征，而能簡(jiǎn)明扼要反映事物特征的正是一些指標(biāo)。這時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生回到教材第71頁(yè)上的關(guān)于“研究池塘群落”的示意圖，讓學(xué)生從該圖明白研究群落會(huì)發(fā)現(xiàn)多方面的問(wèn)題，反映群落具有多方面的特征。而這些特征可以用不同的指標(biāo)來(lái)描述：如反映群落中數(shù)量占優(yōu)勢(shì)的種群可以用物種優(yōu)勢(shì)度，反映垂直結(jié)構(gòu)特征則可用不同物種在樹(shù)林不同層次中的相對(duì)密度，這些指標(biāo)集合在一起就能構(gòu)成一個(gè)體系，比較全面地反映事物的本質(zhì)屬性。由“特征”到“指標(biāo)”，再由“指標(biāo)”到“指標(biāo)體系”，這體現(xiàn)了知識(shí)梳理上的一種系統(tǒng)化和科學(xué)化，也是學(xué)科的專(zhuān)業(yè)化。

2.4 概念發(fā)展中的知識(shí)呈現(xiàn)序列 思維需要豐富的材料，但如何將大量知識(shí)材料按一種有條不紊的序列呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，影響著他們思維發(fā)展水平[5]。對(duì)此有兩種側(cè)重點(diǎn)不同的方法——系統(tǒng)的方法和歷史的方法。

群落的知識(shí)呈現(xiàn)序列可按時(shí)空兩條線(xiàn)索進(jìn)行。垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)是群落的空間格局；而群落演替則是群落在時(shí)間尺度上的演變。教學(xué)中按時(shí)空序列展開(kāi)群落特征的縱橫比較是構(gòu)建立體化群落概念的基本思路。這樣的知識(shí)呈現(xiàn)更偏重于知識(shí)的系統(tǒng)性。按時(shí)空序列對(duì)概念進(jìn)行思考的教學(xué)設(shè)計(jì)不但為我們指示了展開(kāi)核心概念外延的兩個(gè)方向，有利于思維持續(xù)進(jìn)行，也概括了兩種基本的生命關(guān)系。生命間的空間關(guān)系是具體的、外在的、現(xiàn)實(shí)的生態(tài)關(guān)系；時(shí)間關(guān)系則是抽象的、內(nèi)在的、歷史的進(jìn)化(親緣)關(guān)系[6]。

還有一種教學(xué)方法是歷史的方法。例如，在學(xué)完“競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系”后，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)種群間的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象與自然群落中許多物種共存這一矛盾的事實(shí)，介紹近代生態(tài)學(xué)對(duì)高斯假說(shuō)的爭(zhēng)論，將更有助于他們理解“生態(tài)位”“競(jìng)爭(zhēng)排斥”等術(shù)語(yǔ)的來(lái)源和含義；有助于闡明在科學(xué)領(lǐng)域我們?nèi)绾沃牢覀兯赖氖虑椋瑥?qiáng)調(diào)了人類(lèi)思想的統(tǒng)一性和連續(xù)性[7]，也有助于培養(yǎng)思維的獨(dú)特性[8]。

當(dāng)然，概念科學(xué)化要讓學(xué)生的思維持續(xù)、嚴(yán)肅而不隨意，但并不是要在教學(xué)設(shè)計(jì)中把分析思維和抽象思維抬得過(guò)高。關(guān)注直覺(jué)思維和形象思維在課堂中的運(yùn)用也是課堂設(shè)計(jì)需要考慮的，它可能使思維“躍進(jìn)”“越級(jí)”和“走捷徑”。例如，在分析猞猁和雪兔的捕食關(guān)系時(shí)，先不從概念出發(fā)講解術(shù)語(yǔ)，而是展現(xiàn)一些這兩種動(dòng)物在茫茫草原奔跑追逐的畫(huà)面，并鼓勵(lì)學(xué)生用自己的語(yǔ)言描述這一情境，會(huì)使得一些學(xué)生很快對(duì)捕食者和獵物的依賴(lài)性關(guān)系有所察覺(jué)。這是運(yùn)用表象進(jìn)行思維，培養(yǎng)學(xué)生的直覺(jué)思維。

發(fā)展知識(shí)的同時(shí)發(fā)展思維是當(dāng)今科學(xué)教育目標(biāo)專(zhuān)業(yè)化的一個(gè)體現(xiàn)。引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成一種基于證據(jù)的、有目的性的、持續(xù)深思問(wèn)題的習(xí)慣，并讓邏輯思維和形象思維協(xié)調(diào)發(fā)展，是課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的理性追求。

(基金項(xiàng)目：國(guó)培計(jì)劃——重慶市農(nóng)村義務(wù)教育生物學(xué)科教學(xué)名師跨省脫產(chǎn)研修，No. GPCQ1401190031)