以培養學生理性思維的探討

段紫星

摘要：運用交互式電子白板進行教學，通過創設問題情境、依據問題建構模型、運用模型進行類比推理與模擬實驗，引導學生積極參與問題探究，提升學生的分析、歸類、聯系、發現范型、觀察、解釋、排序、預測等多種理性思維能力，進一步提升學生的生物學學科核心素養。

關鍵詞：電子白板;類比;模擬;理性思維

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

坎貝爾提出，教學應當重視發展學習者的“理性思維”能力，并按以提問促進理性思維發展的方式，將理性思維分為如下20種：分析、提問、歸類、交流、比較、聯系、對照、精細加工、評價、推測、解釋、測量、觀察、運作、發現范型、預測、排序、總結、綜合、確證。交互式電子白板具備書寫、畫圖、拖動、放大等功能，用于生物學教學中，通過類比和模擬的方法，引導學生主動地參與探究，展示相關的形態結構、生理過程，可有效地激發學生的思維。

1類比

類比是由兩個對象的某些相同或相似的性質，推斷它們在其他性質上也有可能相同或相似的一種推理形式。將人們熟悉的事物與不熟悉的事物相類比，能給人留下深刻的印象，新事物的特征也往往在比較中顯現出來。因此，當學生所學知識較難或較抽象時，解決這個問題的有效途徑之一就是教師在學生己學知識和新學知識之間運用類比模型。

1.1結構功能類比，促進分析、歸類、聯系思維發展

顯微鏡的結構比較復雜，由于很多學生都用過放大鏡。在學習顯微鏡的結構時，教師可將顯微鏡與放大鏡進行類比：顯微鏡和放大鏡都具有放大的作用，由此推出顯微鏡和放大鏡放大原理是一樣的，也具有類似的結構。

教師先在白板上展示一只蝴蝶，提問：如果要觀察蝴蝶的更細微結構，可以用什么工具？學生會想到放大鏡，教師將事先縮小的放大鏡圖片放大，讓學生拖動到一個合適的位置。學生結合自己使用放大鏡的經歷，想到放大鏡要和物體有一定的距離。教師提問：放大鏡能夠懸空嗎？學生想到為了解放自己的雙手，可以用一個架子來固定放大鏡（圖1甲）。教師再給，學生介紹桌面臺式放大鏡，附帶LED補光燈，可方便在夜間或光線昏暗的地點正常使用（圖1乙）。最終學生得出放大物像應具備放大鏡、調節焦距、光源、支架等結構。教師呈現顯微鏡圖片，介紹各結構和功能，要求學生將所有的結構進行歸類（圖1丙）。

大腦一次性接收的信息量有限，由于顯微鏡具有多個結構，一一呈現出來會讓學生覺得太復雜。教師將顯微鏡和放大鏡進行類比，采用結構化的信息處理方式，在顯微鏡的所有結構中篩選出關鍵信息，歸納，整理并提煉出結論。學生只需記得顯微鏡具備四個方面的結構，這四要素構成了類似金字塔形式的信息結構。學生將信息以這樣的方式儲存到大腦里，不僅清楚了顯微鏡的結構，而且也理解了各結構之間的邏輯關系。結構功能類比促進了學生理性思維的發展：①分析，放大物像必須滿足的條件;②歸類，將顯微鏡各結構組織成一個個類別;③聯系，各結構之間有什么聯系。

1.2生理過程類比，促進發現范型、歸類、聯系思維發展

尿液的形成對于學生來說是個難點，學生可以記住尿的形成包括過濾和重吸收兩個過程，但是對這兩個過程中物質的變化理解比較困難。教師創設生活情境，引導學生解決現實問題，構建類似腎臟的模型。

教師創設問題情境：假設你承包了一個魚塘，現在魚塘里的有大黃魚和小黃魚，其中小黃魚死掉了一部分，現在你要賣掉所有的死魚和一小部分活的小黃魚，如何最快地捕撈到這些魚？

接著，在電子白板上展示一個魚塘，并按照題意將所有的魚分成兩組：一組是大黃魚和部分活的小黃魚，另一組是死的小黃魚和部分活的小黃魚。學生討論怎樣才能將所有的魚分成這樣的兩個組。教師引導學生分成兩步：①先將大黃魚分出來;②讓一部分活的小黃魚也過來（圖2甲）。針對第一步，學生很容易想到用漁網，漁網可以把大魚撈起來或者是可以讓小魚通過漁網，運用電子白板的拖動功能，學生可以演示所有的小黃魚通過漁網的過程（圖2乙）。針對第二步，學生會考慮要設置一個障礙，死魚不能繞過這個障礙，活魚卻可以通過（圖2丙）。

活動結束后，教師展示尿液的形成，血液流經腎臟后，尿素、多余的水分和無機鹽形成尿液，經輸尿管流入膀胱暫時儲存（圖2丁）。尿液形成過程與以上捕撈魚的過程類似，先讓血液中較大的組分通過，再按人體所需吸收營養物質。完成這兩個過程需要相應的結構，腎臟中就具有類似漁網和障礙的結構。

對于抽象問題的解決，教師通常利用動畫或制作實物模型等使之形象化，幫助學生形成感性認識，但不能有效激發學生的思維。教師利用電子白板建立事物的模型，運用模型將生命活動展示出來，要求學生動手動腦。撈魚的模型只是腎單位原型的簡化，不可能也沒必要把腎單位的所有細節都列舉出來，但是它保留了系統原型的一些本質特征。學生通過類比模型的建構，親歷了思維的探究，過濾和重吸收兩個過程是對血液成分進行分類處理，要完成什么樣的功能就需要相應的結構。

生理過程類比促進了學生理性思維的發展：①發現泛型，生命活動和社會生產活動等不同對象之間有相似的地方;②歸類，將血液中的成分按照不同的依據進行分類;③聯系，結構和功能之間的聯系。

2模擬

模擬是對真實事物或者過程的虛擬。在教學過程中，有時難以直接拿研究對象做實驗，可以用模型來做實驗，即模仿實驗對象制作模型，模仿實驗的某些條件進行實驗，也可以對事物的內部結構、運動變化過程進行模擬。

2.1模擬生理過程，促進觀察、解釋、聯系思維發展

在學習基因的顯性和隱性時，舉例說出相對性狀和基因的顯隱性之間的關系，并運用圖解方式描述控制相對性狀的一對基因的傳遞特點，這對學生來說有一定的難度。教師在白板上用一方形的卡片作為模型來表示基因，利用白板的拖動功能模擬基因的傳遞過程可有效突破難點。

教師創設問題情境：純種紅花豌豆和純種白花豌豆雜交，子一代表現為紅花。假設純種紅花豌豆基因組成為AA，白花豌豆的基因組成為aa。它們的基因是如何傳遞給子代的，子一代的基因組成是什么？

教師展示圖3甲，說明其中紅色的卡片表示基因A，能夠控制合成紅色素，無色的卡片表示基因a，不能合成紅色素。學生通過拖動卡片來展示基因的傳遞過程，親代基因AA產生的生殖細胞基因是A。由于會產生很多的生殖細胞，所以要多拖動幾次，把相同的基因重疊在一起。當生殖細胞形成受精卯時，A和a組合在一起，學生可以很直觀地看到兩張卡片重疊在一起時，基因A決定了子一代能夠合成紅色素，使子一代表現為紅花（圖3乙）。

以上模擬活動充分還原了基因傳遞的動態過程，表現出了選定的抽象系統的關鍵特性，即親代通過生殖過程把基因傳遞給子代，性狀是由基因控制的。將顯性基因、顯性性狀和顯色的卡片對應起來，有利于學生的理解。通過模擬生理過程，促進了學生理性思維的發展：①觀察基因的傳遞特點以及不同的基因組成所表現出來的性狀;②解釋不同的基因組成所表現出來的性狀;③聯系顯性基因、隱性基因和相對性狀之間的關系，思考在這個情境中因果關系是什么。

2.2模擬探究實驗，促進分析、排序、預測思維發展

在生物課堂上直接進行實驗，或者是不可能的，或者是得不償失的。教師根據實際問題建立模型，并利用模型進行試驗，比較不同后果，選擇可行方案，不失為有效的代用方法。

在“探究光是不是綠色植物制造有機物的必要條件”時，如果直接呈現綠葉在光下制造有機物的實驗步驟，然后讓學生分析暗處理、遮光和脫色的目的，學生的思維比較被動。如果讓學生設計一個簡單的實驗方案（表1），用電子白板的畫圖功能將學生的實驗方案呈現出來，并提出疑問，通過學生對問題的討論解決來逐步完善實驗方案，則能激發學生的探究能力。

教師畫一片綠葉，用黑色紙片擋住一半，放在陽光下，形成對照實驗（圖4①）。教師提問：按照這種方案，會出現什么實驗結果？該實驗是否符合對照實驗的單一變量原則？如何保證甲組制造的有機物是在這個實驗過程中產生的？學生會想到葉片原本就因為進行了光合作用而儲存了淀粉。那么，如何排除原有淀粉的干擾？在這個步驟之前還得再加一個步驟，即將葉片進行暗處理，以耗盡原有的淀粉（圖4②）。在檢測結果的時候，教師在甲組葉片上畫一個藍色的圓圈，表示淀粉遇碘變藍（圖4③），詢問學生：能否看到明顯的實驗現象？如何使實驗現象更明顯？學生根據生活經驗，會想到將圓圈的綠色背景去掉，圓圈的藍色才會更明顯（圖4④）。教師介紹葉片會呈現綠色的原因，以及使用酒精脫色的方法（圖4⑤）。最后，學生將5個步驟進行重新選擇并排序，完善實驗方案。

針對科學探究，學生通常能夠選出控制變量，但要列出所需要的材料與用具，設計完整的實驗步驟卻有一定難度。學生對實驗進行模擬，可以演繹實驗的結果，并對結果進行分析，根據可能出現的不足之處，進行步驟上的完善。教師對實驗過程進行分解、排序、組裝，從而鍛煉學生的邏輯思維，培養學生發現問題、解決問題的能力。通過模擬探究實驗，促進了理性思維的發展：①分析——分析實驗的步驟包括哪些;②排序——將這些步驟用線性方式加以排列，應先做什么，再做什么，最后做什么。③預測——依據現有的方案預測實驗結果。

運用電子白板可建構具有動態性的圖片模型，既具有FLash動畫的形象直觀性，又具有實物模型的可拆卸、組裝的功能，操作更簡便，在學生探究問題、動手建模的過程中，提升了學生的生物學理性思維能力。