淺析科學思維在生物學概念構建中的作用

概念是在認識過程中，從感性認識上升到理性認識，把所感知的事物的共同本質特點抽象出來，加以概括形成的。生物學概念的學習不是機械理解，更不是單純記憶，很多學生在概念學習時存在這樣的問題。本質上概念是思維的基本形式之一，是思維的產物，而科學思維是形成概念的重要工具和途徑[1]。教師在教學中可基于生物學事實和證據，運用歸納法、綜合概括、邏輯推理、模型構建、批判性思維等方法引導學生構建概念。生物學教材設計是非常重視概念構建的，教材中的許多欄目如“思考·討論”、“科學史話”、“科學方法”以及教材課后習題中的“思維拓展”訓練等都可以作為素材來引導學生分析、思考，最終形成概念。本文以幾個教學實例來分析科學思維在生物學概念構建中的作用。

例1 光合作用概念的構建。

在學習“光合作用”時，為了幫助學生理解和掌握光合作用的概念與原理，可以搜集相關的光合作用探究史組織教學，運用科學思維的方法去引導學生形成概念(表1)。

表1 光合作用探索過程中主要科學思維方法列表

教學中沿著光合作用的探索歷程，以“提出問題—實驗設計—得出結論”的演繹方法為主線，引導學生基于生物學事實，通過分析、比較、演繹推理等方法進行思考，不斷完善對光合作用的認識，最終學生自主歸納概括出光合作用的概念：“光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并釋放氧氣的過程”。

例2 基因概念的構建。

在基因概念的學習時，教師可利用教材上“思考·討論”中的生物學事實或適當增加一些事實證據，設計一系列問題串，引導學生通過討論分析、比較、推理等思維過程逐步得出“基因是DNA 分子上的片段”、“基因有遺傳效應”等結論，最后通過綜合概括得出“基因是有遺傳效應的核苷酸片段”(表2)。

表2 基于科學思維方法構建基因概念

例3 能量流動概念的構建。

構建模型可以使研究對象簡化和直觀化，便于理解，是一種重要的科學思維方法。例如在學習“能量流動”概念時，就可以引導學生構建相關概念模型，達成對能量流動概念的理解掌握。教學時，教師可先帶領學生簡要回憶已學過的知識或前概念如：①光合作用、呼吸作用；②生態系統的成分(生產者、消費者、分解者等)；③食物鏈、食物網及營養級。接著教師可設置一組問題，學生通過分析、歸納、推理得出每個問題的答案(表3)。

表3 基于科學思維方法構建能量流動概念

在此基礎上，教師進一步給出能量流動概念模型框架(圖1)，通過剛才的分析、歸納指導學生在框架的相應位置方框中填入能量的“輸入”、“傳遞與轉化”與“散失”，能量流動的概念模型建構基本完成。最后，教師再給出賽達伯格湖能量流動分析這一事實案例，指導學生對此圖解進行觀察分析，從“包含的生態系統成分”、“能量流動渠道”、“輸入系統的總能量”、“能力的去向”、“能量流動特點”等幾個方面將其與構建的能量流動概念模型進行一致性比較，從而對模型進行檢驗。經歷能量流動概念模型的構建過程，學生自然而然得出：“生態系統的能量流動就是能量的輸入、傳遞與轉化、散失的過程，流動過程中能量是單方向不可逆的且逐級減少”。

構建概念的過程是一個科學思維的過程，教師在進行概念教學時，可指導學生從生物學事實或證據出發，引導學生運用歸納、推理、演繹、模型構建等科學思維方法去逐步構建概念。在構建概念的同時，學生還會在已學過的概念及新概念之間建立聯系，形成良好的知識網絡結構。這不僅使學生對概念的理解掌握更加透徹，還可以訓練學生科學思維方法的運用，促進核心素養的提升。