思維型課堂在實驗教學中的實踐

吳奕舟

摘 要：思維型課堂在實驗教學可以進行開展實踐，本文從自主建構、應用遷移和認知沖突三個思維型課堂的基本原理展開，以《酶的特性》這一節內容為載體，設計了“補充實驗步驟—自主設計實驗—改正實驗錯誤”學生活動，進行了實踐。

關鍵詞：思維型課堂;基本原理;實驗教學

實驗教學是生物學科必不可少的一部分，要想真正上好一節實驗課，不僅需要學生對實驗步驟的熟悉和理解，對實驗操作的精準實施，更需要的是教師在課前的構思，即對整個實驗課堂的巧妙設計，包括如何正確地引導學生設計實驗的步驟，如何構建思維臺階，一步步鍛煉學生的思維。在現代課堂教學中，教師和學生的核心活動和目的是思維能力的培養，思維型課堂就是以此為基礎提出的，它著眼于課堂教學中的思維活動，意在通過一系列的教學策略，提高課堂的教學質量。思維型課堂教學理論包括了認知沖突、自主建構、自我監控和應用遷移四個方面的基本原理，下來我就將從自主建構、應用遷移和認知沖突三個方面的原理，以《酶的特性》這一節內容為載體，來講講自己平時在實驗教學中構建思維型課堂的方法和反思。

一、以自主建構提升思維精度

作為思維型課堂的理論依據，自主建構包括認知建構和社會建構兩個方面。隨著思維目的、思維過程、思維的材料或結果、思維中非智力因素、思維的品質、思維的監控等的變化，思維的結構不斷發展完善[1]。教師通過提供一定的知識基礎和知識框架，設計一定的學生活動，喚起學生已有的感性認識和拓展可能具有的最近發展區、運用觀察和實驗來展示有關事物發生、發展和變化的現象和過程、聯系學生已學知識進行教學。

教學片段一：在探究“酶的專一性”中，教學設計是要求學生根據實驗目的來“補充實驗步驟”。

【探究活動1】材料：3%的淀粉溶液，3%的蔗糖溶液，0.1g/ml的NaOH溶液，0.05g/ml的CuSO4溶液，酒精燈，石棉網，三腳架，淀粉酶。

學習是一個積極主動建構的過程，對學生來說，先前的經驗是其已有的，內化為自己的認知的，在學生思維認知中占有非常重要的地位的;從教學的角度來講，教學是學生主動建構知識的過程。課堂教學中運用一些學生活動使學生積極主動的思考，有助于促進學生思維結構的發展。實驗題本是生物中難度較高的一部分，如果一開始就讓學生設計實驗往往會引起學生的畏難的消極心態，所以在課堂開始，筆者先安排補充實驗步驟，從簡單開始，有助于提高學生的積極性，一步步地加深難度，進行思維訓練。在酶的專一性實驗中，我的教學方法是首先提供一些基本的實驗材料和步驟作為知識框架，這樣做有助于提醒學生想到，如果淀粉酶具有專一性，那么它必然只能催化一種底物，由此可以進一步聯想到，如果是兩種不同的底物，那么只要檢測有一個能被分解，另一個不能被分解，就能證明這個結論，達到實驗的目的。通過知識之間的聯系和思維活動的關聯，讓學生自主建構起“一種酶對應一種底物”概念，能有效地提升新課程下學生的主體性，讓學生思維的精度更加精準，思考問題的切入點更加確切，達到一針見血的效果。

二、以應用遷移拓寬思維廣度

應用遷移知識、技能與智力思維有密切的關系。思維訓練是培養學生思維能力的突破口，關于靈活性品質的訓練，需要抓住知識、方法間的滲透與遷移，引導學生發散式思考、立體思考，教給學生靈活解決問題的方法[1]。重視知識的相關性，理解同類知識的互通之處，對學生加深理解知識，提高思維能力，具有重要的作用。

教學片段二：在探究“酶的作用條件需要適宜的PH”中，教學設計是要求學生根據實驗目的來“設計實驗步驟”。

在本知識點的處理上，因為課堂上一段時間內，已經讓學生自主補充了相關實驗步驟，從而已經對酶的實驗設計有了一些基本的認知和框架，有了一定的思考和經驗，所以在這里的教學設計，筆者是讓學生根據教師提供的實驗材料，根據實驗的目的，依據科學性原則，做到細致嚴謹地自主實驗設計。

【資料】我們知道口腔溫度和體溫差不多，而當我們口腔中的唾液淀粉酶進入胃中以后，卻發現，唾液不再具有催化淀粉分解的功能，你能給出合理的解釋嗎？

【探究活動2】如何才能設計實驗證明你的假設？請你跟著實驗的思路，設計完成實驗。

材料：3%的H2O2溶液，3%的可溶性淀粉;20%的新鮮肝臟研磨液，淀粉酶;氫氧化鈉溶液和稀鹽酸，蒸餾水，碘液。

思考：1.本實驗應選擇什么作為底物？

2.實驗的自變量是什么？應該設計幾組實驗？

3.實驗觀察的現象是什么？

在整個實驗設計之前，筆者還提出了三個思考，第一個思考的目的是幫助學生來選擇實驗的材料，在探究溫度對酶活性影響的實驗中，若用過氧化氫作為底物，因為其本身就會受到溫度的影響，所以考慮到溫度的條件時就應用淀粉這個實驗材料比較適宜，以此為思考點，那么不難發現，若在PH為酶活性影響的實驗中，如果使用淀粉作為底物，淀粉會在酸性條件下發生分解反應，從而影響整個實驗現象的驗證，所以應用過氧化氫作為底物，這是知識遷移之一。第二個思考的目的，是提醒到學生實驗重要原則之一是單一變量原則，即只能保持一個自變量的改變，所以在探究PH對酶活性影響的時候，要改變自變量就通過加入酸堿試劑量的不同，這是知識的遷移應用之二;根據這兩個方面知識的遷移，根據思考到的實驗要點，來完成整個實驗的設計，應該難度降低了很多;其次考慮到單一變量原則中，無關變量要保持相同且適宜的要求，在進行整個實驗試劑的添加的時候，添加試劑的量都也會被學生所觀察和注意到，不會忽略。所以在現代思維型課堂的教學中，進行適當類似的知識鋪墊，來暗示學生，促進其知識的遷移和運用，可以達到化繁為簡，降低畏難的情緒，讓這個設計有抓手的效果，以此提高他們學習的成就感，從而拓展思維的廣度。

三、以認知沖突挖掘思維深度

在學生主體和客觀事物相互作用的過程中，社會和教育向學生提出的要求所引起的新的需要和學生已有的心理水平或心理狀態之間的矛盾，是學生心理發展的內因，這個內因或內部矛盾也是學生心理不斷發展的動力[1]。所以無論在平時理論教學還是實驗教學中，在課堂上都離不開構建對知識的認知矛盾沖突，有了這種沖突，就能激發學生的好奇心和求知欲;只有不斷解決認知沖突，才能促使人的認知活動不斷豐富和發展，從而不斷挖掘思維的深度，讓學生的思維能力得到進一步的提升，下面筆者以“酶的作用條件比較溫和”這一小知識點為例，來講講自己在平時教學過程中構建認知沖突的具體策略和方法。

教學片段三：在“酶的作用條件比較溫和”這個實驗中，根據實驗目的，不難得到實驗的自變量就是溫度，學生很容易的思維就會聚焦在如何控制自變量上，通過改變3個試管的溫度，再觀察相關實驗現象，就可以判斷出酶活性和溫度的關系，所以筆者提供了一個類似于常規思維的表格和步驟，來讓學生判斷這個表格的正確與否：

根據思維的聚焦點，學生肯定會首先關注溫度這個自變量，但是在這個表格中溫度的設置恰恰是正確的，在困惑之余學生可能會關注這些試劑是否遵循了無關變量相同且適宜的原則，發現也是沒有問題的，這時候就使他當前的認知與現有的材料產生沖突，為了完成題目任務，學生就必須提高積極性，開動思維，挖掘深度，找出更深層的錯誤。經過進一步深入思考，學生會發現酶具有高效性，原來如果先加酶，那么在控制溫度之前，其實整個反應基本已經結束了，所以控制溫度就必須放在反應之前。如果能想到這個地方，其實學生的思維已經得到鍛煉和提升，能夠結合課堂已經學習的知識，活學活用，用來解決當下的問題。但是在這個時候，筆者提出一個更高階的問題，指出其實整個實驗雖整體上已經能達到整個探究的目的和要求，但是從實驗的嚴謹性和科學性角度來看還是有缺陷之處，需要學生改進。這時候，學生剛認為整個實驗是滴水不漏的，現在卻被告知還是有不妥指出，和原有的認知結構發生了更大的沖突。第一次的改正錯誤已經需要一點思維的拓展，第二次肯定是思維的深度挖掘，這時候如果能夠發現，才是真的飛躍。但是往往學生在這時候已經有了畏難的情緒，筆者就會提示：“其實如果一般的實驗操作，在第一步改正以后，就是具備一定的實驗的準確性，但是現代科學，特別是以后的科研，一定要講究實驗的嚴謹性，確保其他干擾因素的排除。”經過這個點撥，學生就能意識到其實這個是實驗的優化，就有部分學生能夠得出一個觀點：因為溫度是控制相當精確的，如果你淀粉溶液保溫了，再注入新的淀粉酶溶液混合后，也會發生溫度的些許改變，這是不夠精確的，所以應該分開保溫再混合。再根據這個觀點，就不難得到下面這樣的操作步驟，安排6支試管，先保溫在對應溫度下，再進行混合，就不會造成實驗的誤差，從而整個實驗更加精確。

四、教學反思

經過幾次實地的教學，整節課的構思是有所依據的，但是由于是設計實驗，是生物學中較為困難的一部分，所以還是得根據學生的基本狀況，如果在學生邏輯思維能力一般的情況下開展教學，雖然設置了很多臺階，但是因為難度本就較高，所以也容易冷場，造成無人回應的教學情況，所以安排類似的教學內容時，還是需根據學情來妥善開展，適當優化。

其次思維能力的訓練不是一蹴而就的，思維的深度需要教師一朝一夕地有意識的去培養和訓練，才能夠提升和達到相應的要求，如果平時注重講授和應試，不開展相關的針對性訓練，那么很難開展這樣的活動，所以老師也應當多思考，多放手給學生，給他們去鍛煉思維，只有不斷的加強自我反思，自主建構知識體系，進行知識的遷移運用，不斷解決認知沖突，那么才能一步一步提高思維能力，取得優異成績。

參考文獻

[1]林崇德，胡衛平等.思維型課堂的教學理論與實踐[J].北京師范大學學報：中國人事出版社，2010，1：29-35