例談初中生物學(xué)概念教學(xué)中科學(xué)思維能力的培養(yǎng)

吳文清

（常熟市海虞中學(xué) 江蘇蘇州 215519）

生物學(xué)教學(xué)的主要任務(wù)是幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)生命世界的內(nèi)在規(guī)律，掌握認(rèn)識(shí)生命奧秘的思維方式和探究方法。達(dá)成上述目標(biāo)需要教師通過概念教學(xué)有效傳遞生物學(xué)核心知識(shí)，同時(shí)通過思維訓(xùn)練、任務(wù)探究等手段有效傳遞生物學(xué)特有的思維方式和探究方法，在此基礎(chǔ)上逐步引導(dǎo)學(xué)生建立生命觀念、發(fā)展科學(xué)思維與科學(xué)探究能力、培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。下面就初中生物學(xué)概念教學(xué)與科學(xué)思維能力培養(yǎng)這一論題作初步探討。

1 生物學(xué)概念與科學(xué)思維的關(guān)聯(lián)性

生物學(xué)教學(xué)中，不是每一堂課都可以采用科學(xué)探究，但是每一堂課都可以鍛煉科學(xué)思維。科學(xué)思維是一種有效管理思維結(jié)構(gòu)的范式、習(xí)慣和方法。生物學(xué)課程中的科學(xué)思維要以生物學(xué)事實(shí)、概念為基礎(chǔ)。同時(shí)，生物學(xué)概念的建立、生物學(xué)所揭示的生命現(xiàn)象之間的因果聯(lián)系和生物學(xué)規(guī)律，也離不開科學(xué)思維。建立結(jié)構(gòu)良好的生物學(xué)概念體系既是運(yùn)用科學(xué)思維的結(jié)果，也是科學(xué)思維能力的提升過程。

2 通過概念教學(xué)培養(yǎng)科學(xué)思維能力

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。其構(gòu)成要素包括歸納與概括、演繹與推理、模型與建模和批判性思維等。教師應(yīng)在概念教學(xué)過程中有側(cè)重地針對科學(xué)思維的各要素進(jìn)行培養(yǎng)。

2.1 在概念建構(gòu)中培養(yǎng)歸納與概括能力

從科學(xué)概念形成的過程來分析，對事物本質(zhì)屬性的把握是人們從大量的事實(shí)中歸納提煉出來的。因此學(xué)生建構(gòu)新概念過程中常用到歸納和概括的思維方法。

例如，在“植物的光合作用”一節(jié)教學(xué)，教師可組織開展如下探究活動(dòng):開展“探究陽光在植物生長中的作用”活動(dòng)，學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立“光照是植物合成有機(jī)物的必需條件”的概念表象；分析科學(xué)史資料“普利斯特利的小白鼠實(shí)驗(yàn)”，建立“植物可以更新空氣”的概念表象，結(jié)合教師提供的金魚藻數(shù)字化演示實(shí)驗(yàn)證據(jù)，將概念表象修正為“植物合成有機(jī)物的過程中會(huì)吸收二氧化碳、釋放氧氣”；開展“探究植物進(jìn)行光合作用的場所”活動(dòng)，教師引導(dǎo)學(xué)生選用不同材料（青菜的不同器官、銀邊天竺葵等）提出假設(shè)、設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，建立“只有植物綠色的部位才能合成有機(jī)物”的認(rèn)識(shí)，分析科學(xué)史資料“恩吉爾曼的水綿實(shí)驗(yàn)”，建立“植物合成有機(jī)物的場所是葉綠體”的概念表象；學(xué)生在親歷植物生長奧秘的發(fā)現(xiàn)史過程中，逐步將獲得的各種概念表象歸納概括，最終建構(gòu)出完整的光合作用概念。學(xué)生還可以用畫圖法、公式法和類比法等多種方式來表征光合作用概念，進(jìn)一步提升歸納和概括能力。

2.2 在概念同化中培養(yǎng)演繹與推理能力

在生物學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，演繹與推理思維能力要求學(xué)生能夠運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過的生物學(xué)規(guī)律，通過觀察、實(shí)驗(yàn)、猜想等活動(dòng)，預(yù)測和探討相關(guān)的生命現(xiàn)象，并能用恰當(dāng)?shù)姆绞疥U明自己的想法。相比于直接告訴學(xué)生答案的學(xué)習(xí)方式，演繹與推理的方式更有利于學(xué)生主動(dòng)、深入地理解生物學(xué)概念，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維習(xí)慣。

例如，在“單細(xì)胞生物”一節(jié)教學(xué)中，不少教師往往會(huì)陷入線性呈現(xiàn)草履蟲不同結(jié)構(gòu)與功能的教學(xué)誤區(qū)。深入研究課標(biāo)和教材不難發(fā)現(xiàn)，本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)在于幫助學(xué)生理解單細(xì)胞生物在組成和生命活動(dòng)方式上的特殊性，而依靠機(jī)械識(shí)記草履蟲的結(jié)構(gòu)和功能顯然是無法建立這種理解的。本節(jié)教學(xué)可作如下改進(jìn):首先，教師引導(dǎo)學(xué)生分析多細(xì)胞生物的組成和特征后，抽提出本節(jié)的核心概念:“單細(xì)胞生物由一個(gè)細(xì)胞構(gòu)成并能獨(dú)立完成生命活動(dòng)”。接著，學(xué)生以文本中的“草履蟲”開展論證式探究:基于“觀察草履蟲標(biāo)本和模式圖”的活動(dòng)，建立“草履蟲是一種微小的生物，它的身體由一個(gè)細(xì)胞構(gòu)成”的概念性認(rèn)識(shí)；基于“觀察草履蟲的運(yùn)動(dòng)和攝食”“探究草履蟲對外界刺激作出的反應(yīng)”和“分析草履蟲的呼吸、排泄、生殖資料”等活動(dòng)，建立“草履蟲能獨(dú)立完成基本的生命活動(dòng)”的概念性認(rèn)識(shí)。這種以核心概念建立對單細(xì)胞生物的意義感知，經(jīng)論證式探究加以檢驗(yàn)的教學(xué)方式，使學(xué)生跳出了對知識(shí)的零散認(rèn)知，理解重要概念的同時(shí)，也為同化“草履蟲的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念打下了良好的基礎(chǔ)。

2.3 在概念轉(zhuǎn)變中培養(yǎng)模型與建模能力

《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》指出，學(xué)生的探究活動(dòng)最終應(yīng)該構(gòu)造一種解釋或一種模型。通過建立模型可以將科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為學(xué)生能夠理解的形式，進(jìn)而建立抽象概念的意義認(rèn)知。直觀教學(xué)是概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的重要原則之一，以模型的建構(gòu)、分析和應(yīng)用為特征的建模教學(xué)在概念教學(xué)中作用突出。生物學(xué)中常見的模型有數(shù)學(xué)模型、物理模型和概念模型等。

2.3.1 建立物理模型，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變

物理模型主要應(yīng)用于解釋一些抽象的概念或理論，給這些陌生抽象的概念、規(guī)律賦予間接的直觀形象，有利于啟發(fā)學(xué)生思維，化難為易，從而使學(xué)生獲得鮮明、生動(dòng)、完整的新概念、新理論。

例如，在“生物體的基本結(jié)構(gòu)”教學(xué)中，為了促進(jìn)對植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的理解，學(xué)生小組以多種新鮮水果、豆類種子和橡皮泥為材料，合作構(gòu)建植物細(xì)胞的物理模型，在課堂上展示并修正模型。以物理模型制作為載體開展本節(jié)教學(xué)，既大大降低了學(xué)生認(rèn)識(shí)植物細(xì)胞的難度，也提高了學(xué)習(xí)的趣味性，深化了對“生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念的體悟。

2.3.2 建立概念模型，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變

概念模型是指主要以文字表述來抽象概括出概念本質(zhì)特征的模型，在生物學(xué)教材中主要以概念圖、示意圖的形式來呈現(xiàn)。如果學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷了概念模型的建構(gòu)過程，形成了對一類問題的結(jié)構(gòu)化認(rèn)識(shí)，那么他們就會(huì)像科學(xué)家那樣用科學(xué)的方法去認(rèn)識(shí)原型問題，有助于學(xué)生高階思維能力的形成。

例如，在“探究魚類的特征”一節(jié)教學(xué)，教師首先提出核心問題:“魚類是如何適應(yīng)水中生活的？”接著，帶領(lǐng)學(xué)生“走進(jìn)”潛水艇，去尋找在水中生活需要的5個(gè)條件:①減少阻力；②增加動(dòng)力；③調(diào)節(jié)比重；④準(zhǔn)確導(dǎo)航；⑤獲取氧氣。由此構(gòu)建魚類適應(yīng)水中生活的初級概念模型。學(xué)生基于模型進(jìn)行任務(wù)探究，在解決核心問題的同時(shí)完善概念模型，初步建立“生物體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與生活環(huán)境相適應(yīng)”的生命觀念。

2.4 在概念遷移應(yīng)用中培養(yǎng)批判性思維能力

批判性思維是指具有目的性和反思性的判斷，是一種反思和質(zhì)疑的方法和精神氣質(zhì)，是和諧社會(huì)民主精神、科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新意識(shí)的基礎(chǔ)或必要條件，是一種不唯書、不唯上、只唯實(shí)的思維意愿和能力。在概念遷移運(yùn)用階段，教師可引導(dǎo)學(xué)生基于生命的復(fù)雜性和多樣性，嘗試對生命事件進(jìn)行多因素多維度的思考和解釋，據(jù)此發(fā)展學(xué)生的批判性思維能力。

例如，在“認(rèn)識(shí)細(xì)菌”教學(xué)中，為使學(xué)生辯證性地看待細(xì)菌與人類的關(guān)系，教師在課前讓學(xué)生收集資料，課上開展“細(xì)菌的利與弊”辯論賽。正方表達(dá)細(xì)菌對人類利大于弊:①人類的健康離不開細(xì)菌；②人類的生產(chǎn)生活離不開細(xì)菌；③人類賴以生存的自然環(huán)境也離不開細(xì)菌。反方表達(dá)細(xì)菌對人類弊大于利:①腐生細(xì)菌會(huì)導(dǎo)致食品腐敗變質(zhì)；②很多危害人類健康的疾病由細(xì)菌引起；③病原菌引起的牲畜傳染病困擾養(yǎng)殖業(yè)。舉證和辯論會(huì)使全體學(xué)生共同認(rèn)識(shí)到細(xì)菌既有對人類有益的一面，也有對人類有害的一面。人們要深入研究細(xì)菌，利用科技避免細(xì)菌帶來的危害；同時(shí)探索發(fā)現(xiàn)細(xì)菌更多的利用價(jià)值，造福全人類。

總之，科學(xué)思維的各種能力不等同于知識(shí)，無法通過灌輸?shù)玫教岣撸處煈?yīng)在深刻把握科學(xué)思維內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，將科學(xué)思維各要素的培養(yǎng)整合到日常的概念教學(xué)過程中，夯實(shí)歸納與概括、演繹與推理和模型與建模等形式邏輯思維能力的訓(xùn)練，也能重視促進(jìn)批判性思維等辯證邏輯思維能力的發(fā)展，以此切實(shí)提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。