例談理性思維培養(yǎng)視角下的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)

翟德栓

摘 要 分析高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)有悖于學(xué)生理性思維培養(yǎng)的教學(xué)現(xiàn)象，提出“結(jié)果轉(zhuǎn)化為過程、理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐、顯性轉(zhuǎn)化為隱性”三種教學(xué)模式，以此促進(jìn)學(xué)生理性思維培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 理性思維 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 教學(xué)模式轉(zhuǎn)化

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

理性思維是一種思維范式，指為獲取知識(shí)而進(jìn)行有目的想象、判斷、推理等思維過程，是生物學(xué)科素養(yǎng)的重要組成部分。學(xué)生理性思維在高中生物實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中體現(xiàn)為：① 依據(jù)相關(guān)知識(shí)，將單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)合成整體，形成基本認(rèn)知規(guī)律（歸納和概括能力）。② 通過已有信息對(duì)未觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)的推斷（演繹和推理能力）。③ 結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)論理解相關(guān)知識(shí)，構(gòu)建模型并闡明原理（建模和論證能力）。鑒于此，通過培養(yǎng)學(xué)生歸納概括能力、演繹推理能力、建模論證能力，從而促進(jìn)學(xué)生理性思維發(fā)展是高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要目標(biāo)。高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，多數(shù)教師遵循教學(xué)邏輯以提升學(xué)生思維品質(zhì)，但仍會(huì)出現(xiàn)有悖于學(xué)生理性思維培養(yǎng)的教學(xué)現(xiàn)象。

1 有悖于理性思維培養(yǎng)的教學(xué)分析

學(xué)生思維數(shù)量、思維質(zhì)量、思維容量的發(fā)展和提升是培養(yǎng)學(xué)生理性思維的前提。在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有些教師的教學(xué)重心在于單一的知識(shí)傳授，把傳遞知識(shí)做為教學(xué)主導(dǎo)，關(guān)注學(xué)生獲取知識(shí)技能的形成，忽視學(xué)生認(rèn)同知識(shí)產(chǎn)生和發(fā)展的思維邏輯培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏獨(dú)立思考的能力，無(wú)法完成自身思維模式和思維結(jié)構(gòu)的建立，限制了學(xué)生理性思維的形成和發(fā)展。例如從實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_立、實(shí)驗(yàn)材料選擇、變量控制、實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出，有些教師利用自己習(xí)慣性思維牽制學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生處于被動(dòng)地位，不僅學(xué)習(xí)興趣低，還會(huì)出現(xiàn)疏于思考和依賴教師灌輸?shù)乃季S習(xí)慣。

學(xué)生思維意識(shí)、思維觀念、思維行為的統(tǒng)一和連貫是培養(yǎng)學(xué)生理性思維的基礎(chǔ)。在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有些教師把教學(xué)任務(wù)聚焦在學(xué)生知識(shí)體系的完善，偏重于指導(dǎo)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)理解，忽視培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。學(xué)生缺少將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐活動(dòng)的體驗(yàn)，無(wú)法將理論知識(shí)內(nèi)化成自身思考問題、解決問題的思維方式，因此不能形成統(tǒng)一的思維整體，限制了學(xué)生理性思維的拓展和延伸。教師經(jīng)常忽視學(xué)生個(gè)體的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，缺少鼓勵(lì)、引導(dǎo)或直接指導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問題的過程，導(dǎo)致教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”缺少針對(duì)性。例如，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過用標(biāo)志重捕法進(jìn)行種群密度調(diào)查的知識(shí)，對(duì)于如何使調(diào)查結(jié)果更接近真實(shí)值，很多學(xué)生依然模糊。“檢測(cè)生物組織中糖類”教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過檢測(cè)還原糖的原理知識(shí)，但依然選擇西瓜汁、西紅柿汁等做為實(shí)驗(yàn)材料。

學(xué)生探究動(dòng)機(jī)、探究意識(shí)、探究維度的承接和拓展是培養(yǎng)學(xué)生理性思維的途徑。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有些教師強(qiáng)調(diào)借助問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生，開展探究活動(dòng)，忽視為學(xué)生構(gòu)建探究活動(dòng)所需背景知識(shí)，或者不能發(fā)揮在學(xué)生探究活動(dòng)中的向?qū)ё饔谩W(xué)生無(wú)法把驅(qū)動(dòng)問題轉(zhuǎn)化為可探究體驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生探究興趣、探究思路和探究方法被割裂，限制了學(xué)生理性思維的完善和提升。例如“探究2，4-D對(duì)插枝生根作用”活動(dòng)中，教師借助問題引導(dǎo)學(xué)生探究不同濃度2，4-D溶液對(duì)枝條生根的影響，通過培養(yǎng)學(xué)生分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的思維能力，使學(xué)生體驗(yàn)生長(zhǎng)素及其類似物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的應(yīng)用。由于教師缺乏對(duì)學(xué)生探究活動(dòng)的指導(dǎo)，學(xué)生在探究活動(dòng)中會(huì)出現(xiàn)困難。如不清楚如何在合理區(qū)間內(nèi)設(shè)置2，4-D溶液濃度梯度才能使實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確；在教師提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，不能正確利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果......

2 轉(zhuǎn)化教學(xué)模式促進(jìn)理性思維培養(yǎng)

為了培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，教師在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)促進(jìn)學(xué)生思維能力由“知識(shí)理解”向“知識(shí)遷移”和“知識(shí)應(yīng)用”發(fā)展。教師要從培養(yǎng)學(xué)生歸納概括能力、演繹推理能力、建模論證能力著手，依照高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)特質(zhì)轉(zhuǎn)化教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生理性思維的提升。

2.1 “結(jié)果”轉(zhuǎn)化為“過程”，培養(yǎng)歸納概括能力

“知識(shí)結(jié)果教學(xué)”強(qiáng)調(diào)將傳授知識(shí)做為教學(xué)主導(dǎo)。將學(xué)生的學(xué)習(xí)行為與灌輸知識(shí)聯(lián)結(jié)。“知識(shí)過程教學(xué)”注重將知識(shí)產(chǎn)生和發(fā)展路徑融入教學(xué)活動(dòng)，在掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)中完善學(xué)習(xí)技能。高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)由“知識(shí)結(jié)果教學(xué)”轉(zhuǎn)化為“知識(shí)過程教學(xué)”模式，一方面促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知思維的形成，另一方面調(diào)控學(xué)生理解思維的發(fā)展，進(jìn)而有利于學(xué)生形成整體探究的思維模式，培養(yǎng)學(xué)生歸納概括能力。例如在“使用顯微鏡觀察細(xì)胞”教學(xué)活動(dòng)中，教師先組織學(xué)生觀察碘液染色的人口腔上皮細(xì)胞、龍膽紫溶液染色的蠶豆根尖分生組織細(xì)胞、大腸桿菌細(xì)胞和藍(lán)藻細(xì)胞，引導(dǎo)學(xué)生畫出在顯微鏡下觀察到的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，再說(shuō)出四種細(xì)胞結(jié)構(gòu)的主要差異。通過進(jìn)一步觀察細(xì)胞切片活動(dòng)，學(xué)生歸納概括并認(rèn)同“有無(wú)核膜包被的細(xì)胞核是真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的主要區(qū)別”結(jié)論。

將“知識(shí)結(jié)果教學(xué)”轉(zhuǎn)化為“知識(shí)過程教學(xué)”模式，教師可運(yùn)用“執(zhí)果索因”的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)果出發(fā)探究產(chǎn)生結(jié)果的一種或者多種原因，幫助學(xué)生領(lǐng)悟多角度思維加工和分類過程，使學(xué)生的思維數(shù)量、思維質(zhì)量、思維容量都得到發(fā)展和提升。在學(xué)生探究過程中，教師要聚焦生物實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的個(gè)別特征、個(gè)別方面思維的特質(zhì)，可在歸納概括思維的形成階段滲透，有利于促進(jìn)學(xué)生概括歸納思維的生成。例如在“觀察葉綠體”教學(xué)活動(dòng)中，教師先組織學(xué)生觀察、黑暗條件下培養(yǎng)的黑藻葉片、成熟的黑藻葉片、干燥的黑藻葉片，三種材料中葉綠體的形態(tài)分布及細(xì)胞中胞質(zhì)環(huán)流現(xiàn)象。再組織學(xué)生歸納概括出哪些條件下培養(yǎng)的黑藻葉片適宜做為“觀察葉綠體”活動(dòng)材料，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同光照、水分、溫度、葉片生長(zhǎng)情況會(huì)影響葉肉細(xì)胞中葉綠體的形態(tài)分布及胞質(zhì)環(huán)流這一結(jié)論。

2.2 “理論”轉(zhuǎn)化為“實(shí)踐”，培養(yǎng)演繹推理能力

“理論知識(shí)教學(xué)”的核心在于培養(yǎng)學(xué)生形成識(shí)別知識(shí)的思維技能，把完善認(rèn)知作為教學(xué)目標(biāo)，忽視學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的思維訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生的邏輯思維、實(shí)證思維水平較低。例如在“光合色素提取分離”教學(xué)活動(dòng)中，受“理論知識(shí)教學(xué)”模式桎梏，學(xué)生邏輯思維封閉，實(shí)驗(yàn)操作中將層析液沒及濾液細(xì)線使色素?zé)o法成功提取，加之實(shí)證思維固化，不能找到實(shí)驗(yàn)失敗原因。

“實(shí)踐活動(dòng)教學(xué)”把解決問題做為教學(xué)主線，強(qiáng)調(diào)利用真實(shí)問題情境培養(yǎng)學(xué)生借鑒已有知識(shí)解決未知過程的思維能力，聚焦學(xué)生思維由淺表認(rèn)知向深層應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。例如“觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”教學(xué)活動(dòng)，如果運(yùn)用“理論知識(shí)教學(xué)”，學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，只能認(rèn)同發(fā)生滲透作用的兩個(gè)必要條件，學(xué)生思維意識(shí)和思維行為過于簡(jiǎn)單化和模式化。轉(zhuǎn)化為“實(shí)踐活動(dòng)教學(xué)”模式，教師除提供蔗糖溶液做試劑外，還為學(xué)生提供氯化鈉溶液和硝酸鉀溶液。教師組織學(xué)生利用滲透作用知識(shí)，演繹、推理洋蔥細(xì)胞浸泡在不同濃度氯化鈉溶液和硝酸鉀溶液中發(fā)生的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生推理：無(wú)機(jī)鹽被吸收后會(huì)進(jìn)入植物細(xì)胞的液泡中，使植物細(xì)胞液濃度增大。進(jìn)而學(xué)生會(huì)演繹出：洋蔥細(xì)胞浸泡在不同濃度的氯化鈉溶液和硝酸鉀溶液中發(fā)生質(zhì)壁分離后自動(dòng)復(fù)原現(xiàn)象。在學(xué)生演繹推理得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，教師再組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。此種教學(xué)模式除了加深學(xué)生對(duì)滲透作用發(fā)生條件的認(rèn)知，更讓學(xué)生認(rèn)同“植物細(xì)胞保持活性是植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原必要條件”重要結(jié)論。“實(shí)踐活動(dòng)教學(xué)”模式在發(fā)展學(xué)生解決問題能力的基礎(chǔ)上，促進(jìn)學(xué)生邏輯思維由片斷式拼接知識(shí)向連貫式應(yīng)用知識(shí)方向發(fā)展，防止學(xué)生實(shí)證思維出現(xiàn)固化。

“理論知識(shí)教學(xué)”轉(zhuǎn)化為“實(shí)踐活動(dòng)教學(xué)”模式有利于構(gòu)建學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力，在問題情境引導(dǎo)下，培養(yǎng)學(xué)生借鑒已有知識(shí)或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象，探討或者預(yù)測(cè)未知實(shí)驗(yàn)過程，得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的思維素養(yǎng)。在應(yīng)用已有知識(shí)解決未知問題的過程中，學(xué)生思維體系逐漸具體、完善和成熟。思維意識(shí)由簡(jiǎn)單化向復(fù)雜化方向提升，思維行為由模式化向創(chuàng)新化方向改變，思維觀念由斷層式向連貫式方向發(fā)展，推動(dòng)學(xué)生演繹推理思維的提升。

2.3 “顯性”轉(zhuǎn)化為“隱性”，培養(yǎng)建模論證能力

“顯性問題教學(xué)”模式凸現(xiàn)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題資源，以問題素材和問題設(shè)置做為教學(xué)范式，強(qiáng)調(diào)以問題為媒介，通過對(duì)問題的組合、疊加和變式推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展。“顯性問題教學(xué)”模式把教學(xué)結(jié)構(gòu)規(guī)劃在教師設(shè)置的問題范圍之內(nèi)，將問題驅(qū)動(dòng)與學(xué)生的探究活動(dòng)分割，割裂學(xué)生探究興趣、探究思路、探究方法與問題資源之間的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生探究活動(dòng)無(wú)法融入問題學(xué)習(xí)。一方面，教師對(duì)學(xué)科問題的過度挖掘?qū)⒏咧猩飳?shí)驗(yàn)教學(xué)引入“怪、難、偏”的方向；另一方面，學(xué)生的探究意識(shí)、探究行為、探究思維無(wú)法建立和完善。

“隱性探究教學(xué)”模式將問題資源弱化，突出以探究方式達(dá)成高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。通過“精、短、少”的問題設(shè)置，激活學(xué)生探究興趣，驅(qū)動(dòng)學(xué)生探究行為，發(fā)展學(xué)生探究思維。“隱性探究教學(xué)”模式遵循“問題—探究—實(shí)踐”教學(xué)范式。問題設(shè)置做為促進(jìn)學(xué)生探究活動(dòng)開展的導(dǎo)向，通過探究實(shí)踐發(fā)展學(xué)生問題思維，以拓展學(xué)生實(shí)踐能力做為教學(xué)任務(wù)。

“任務(wù)前置”是“隱性探究教學(xué)”模式常用的教學(xué)方法。教師課前發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生課前理解相關(guān)問題及開展初步探究活動(dòng)。學(xué)生在充分了解研究問題后，開展探究學(xué)習(xí)，在提升學(xué)生探究興趣和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上有利于學(xué)生探究思維的形成，為教學(xué)中探究活動(dòng)開展做好充足準(zhǔn)備。教師與學(xué)生課前進(jìn)行交流，在了解學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的困難后再組織教學(xué)，從而提高“隱性探究教學(xué)”的有效性。

高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困難在于學(xué)生缺乏相關(guān)探究體驗(yàn)，無(wú)法形成建模論證能力。由“顯性問題教學(xué)”轉(zhuǎn)化為“隱性探究教學(xué)”模式強(qiáng)調(diào)變注入式教學(xué)為探究式、參與式教學(xué)。教師將學(xué)生探究問題涉及的原理、方法、步驟及背景知識(shí)等提前發(fā)布給學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生自主構(gòu)建探究路徑，促進(jìn)學(xué)生在課前開展小組合作學(xué)習(xí)和初步討論。學(xué)生課前便可形成理解問題、探究思考的思維習(xí)慣。這樣高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程真正成為學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)和提出問題、分析和解決問題的過程，為培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容闡明相關(guān)生命原理的思維意識(shí)創(chuàng)造條件，有利于提升學(xué)生的論證水平。教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變使教師設(shè)置問題具有明確的目的性，教學(xué)中便于組織學(xué)生有序探究，通過從具體到抽象、特殊到一般展開探究活動(dòng)，有利于學(xué)生通過參與探究活動(dòng)或經(jīng)歷探究思維發(fā)展，體驗(yàn)正確運(yùn)用文字圖示、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或者結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)論及相關(guān)知識(shí)構(gòu)建生物模型的研究路徑，發(fā)展學(xué)生的建模能力。如“DNA分子結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)”活動(dòng)中，教師利用“隱性探究教學(xué)”模式開展教學(xué)，提供以下資料：① 物理學(xué)家威爾金斯和化學(xué)家富蘭克林得到DNA晶體衍射圖像。② 沃森、克里克和威爾金斯認(rèn)識(shí)到，DNA是一個(gè)“糖—磷酸”骨架在外側(cè)、堿基在內(nèi)側(cè)的分子，堿基間以氫鍵相連。③ 美國(guó)卡伽夫等人在研究DNA分子組成時(shí)發(fā)現(xiàn)，A和T數(shù)量相等，G和C數(shù)量相等，但A+T的量不一定等于G+C的量。A和T通過2個(gè)氫鍵相連，G和C通過3個(gè)氫鍵相連。教師提前向?qū)W生發(fā)放資料，引導(dǎo)學(xué)生從“四種脫氧核苷酸、基本骨架、雙螺旋結(jié)構(gòu)、反向平行”方面開展探究活動(dòng)。在教學(xué)過程中，教師發(fā)放教具，組織學(xué)生以小組為單位，結(jié)合課前探究成果合作搭建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。之后，再對(duì)搭建的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行論證。教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變使學(xué)生在充分了解研究問題之后開展探究學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生形成探究思路找到研究方法，培養(yǎng)學(xué)生探究思維的整體性和系統(tǒng)性。在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移和應(yīng)用過程中，學(xué)生的建模論證能力得到發(fā)展。

《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》將“理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法；傳承和保持實(shí)證意識(shí)、清晰邏輯、嚴(yán)謹(jǐn)求知；學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)思維方式認(rèn)識(shí)事物、解決問題”做為發(fā)展學(xué)生理性思維的重要內(nèi)容。高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生思維方式復(fù)雜而且多元，教師要改變教學(xué)模式采用多種教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生理性思維，提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)。