以假說
——演繹法的應用為線索滲透培養學生的元認知能力

姚靜 廣東實驗中學 510375

2017 年版的高中生物課程標準提出：要求學生主動地參加學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程中習得生物學知識，養成科學思維的習慣。假說—演繹法作為現代科學研究的重要方法，其應用的過程涵蓋了課標中提出的這幾項思維過程，是在高中生物教學中培養學生理性思維很好抓手。元認知能力的高低則體現的學生的自主參與學習和主動調整思維和學習策略的能力。學生經過孟德爾、摩爾根的經典實驗的學習和深入剖析，已經了解假說-演繹法的本質和基本流程，在此前提下，將假說-演繹法遷移應用到新的探究情境中，通過教師的引導可以訓練提高學生的元認知能力。

元認知是美國心理學家J.H. 弗拉維爾提出的概念，簡單的說是人對自己的感知、記憶、思維等認知活動本身的再感知、再記憶、再思維。即對自己認知思維的觀察和調整，主要包括元認知知識、元認知體驗和元認知監控三方面。元認知知識是指個體關于自己的認知活動、認知資源和認知策略的知識，元認知監控則側重于對認知過程的調整。學習者元認知能力就是學生主動探究結論背后的思考方式，進而優化自己的思考方式的能力，體現為安排自己學習的能力、制定學習計劃的能力、監控成功的能力以及修正錯誤的能力

1. 生物教學中培養學生元認知能力的意義

培養學生的元認知能力，能讓學生學會“自主學習”提高學習的有效性。元認知知識可以幫助學生定義學習目標、認識自己目前的知識局限。元認知監控可以幫助學生對理解過的過程進行監控來確定理解在哪個環節出錯，進而采取措施改變現狀。高中生在學習生物的過程中常常出現“上課一聽就懂—考試一做就錯—考后一看就會”的怪現象，導致學生認為生物學是“理科中的文科”。這反映出學生對生物學概念的認知能力、新情景中的問題解決能力和學習策略的制定能力亟待提高。

元認知主要采取“內部對話”的形式，許多學生沒有注意到其中的重要性，教師引導學生進行自問自答，能幫助學生發現新問題，或是以一種批判的態度來關注和審視自己的邏輯過程，運用元認知不斷挑戰現有的知識水平，并且超越它。

近年的高考在考察理解里的基礎上，越來越重視考察學生的情景遷移和策略分析能力，教師在課堂中給學生提供“專家型學習者”的模式進行思考，讓學生在解決問題前先考慮解決問題需要的主要原理是什么？為什么要運用這些原理，運用原理的過程是怎樣的？這樣的課堂能夠學生讓學生意識到策略的重要性，從而提高學生知識遷移的能力。

2. 教學實踐

2.1 觀察領悟科學家的實驗設計策略，體驗認知過程的“專家模式”

在必修1《光合作用的原理和應用》這一節課文中，列舉了一系列光合作用探究歷程中的經典實驗，通過了解這些實驗的過主要內容和結果，學生從局部到整體還原出光合作用的總反應式。在必修1 中“假說- 演繹”的思想方法還沒正式出現在課文和教學目標中，但在這些實驗當中已經有所體現，筆者在課堂上和學生們談到以下幾個問題：①普利斯特利的設計的實驗為什么要用蠟燭和小鼠兩種實驗材料？只用其中一種也可以得出相同的結論嗎？②恩格爾曼在以水綿為材料的實驗中，設計了極細光束和完全暴露在光下兩種光照的方式，得到的結論是一致的——葉綠體是水綿光合作用的場所，那么實際上實驗只需要做前一組就夠了嗎？③魯賓和卡門的為什么要分別標記H2O 和CO2 中的氧原子？第二組實驗看似沒有必要，但是科學家們不約而同地都設計并實踐了，可見它們不是第一組的簡單重復。以上問題的討論，學生體驗到科學家們在研究中經歷了“實驗→觀察→假設→演繹推理→實證”的過程，對“假說- 演繹法”有了初步的認識。

由于高中生的探究活動通常都是有明確結論的“假探究”，學生容易將焦點放在設計實驗對照和實驗過程上，卻忽視了“真探究”的策略性思維。“專家型的學習者”的思考模式其中一個特點是在解決問題前先確定策略，分析體會科學家在得出結論背后的思維策略，能增加學生在元認知監控中的檢查節點，在元認知體驗和監控的循環中提升元認知能力。

2.2 分析真實的實驗材料，以提高激活背景知識能力和預測結果能力

在《減數分裂——精子的形成》一節中，課文只提供了精子形成過程的模式圖。筆者在講解減數分裂過程之前，先將一套百合花花藥中處于減數分裂各個時期的細胞顯微照片發到學生手中，請他們二人一組給圖片排序。在活動過程中，學生自主激活了關于有絲分裂過程各時期細胞染色體行為及圖像特征的背景知識，再根據新資料中細胞的數目、大小、染色體數目等信息進行預測：得出細胞減數分裂過程經歷了兩次分裂，每個精原細胞將形成4 個子細胞的推測。這一活動真實地還原了科學家研究減數分裂的推理情景，不僅讓學生完成了一次“實驗→觀察→假設”的思維過程，也讓學生真實地感受到研究的難點在哪些時期。

2.3 向自己解釋以改進理解能力

在講解“同源染色體聯會形成四分體”的教學環節中，引導學生觀察百合花（2n=24）花藥中處于減I 前期的細胞圖像，不難發現“染色體結構”（實質上是四分體）只有12 個，細胞并沒有完成分裂，為何會出現這種現象呢？學生很容易推測這種“新結構”應該是由2 個染色體組成，那染色體兩兩組合的規則是什么呢？請學生嘗試作出假設。

3. 小結

假說，是在已有的知識和事實的基礎上對事物的本質和規律作出推測性說明，既需要一定的事實依據，有需要思維的靈活性和創新性。從以上案例中可見，學生容易被課本的描述限制，缺乏創造性和靈活性，通過實踐活動的引導能夠調動學生的元認知能力，通過對問題的深度分析和自我思維監控之后，提出合理且有創造性的假設，某些假設在思路上與科學家們的相似。學生的認知過程在逐漸地向“專家模式”靠攏。演繹推理的過程需要符合邏輯規則，體現了科學的嚴謹性，學生在推理的過程經歷了自我對話的獨立思考，同伴討論當中對自己和同學的觀點的審視、再反思，最后通過和老師之間的對話和發言完成思維的最后整理。

元認知是逐步習得的，有賴于知識和經驗，它的培養是一個系統漫長的過程，教師在日常教學中要善于捕捉機會讓學生發揮和體驗。