淺談系統思維在科學復習課中的應用

江艷春

摘 要：系統思維方法是現代科學思維的基本方法，它把對象作為多方面聯系的動態整體來加以研究，從系統、要素和環境的相互聯系、相互作用中綜合地考察認識對象的一種思維方法。中考復習存在復習時間緊、個體差異大、中考要求高等困難，作者嘗試將系統思維方法應用于初中科學的復習教學，并開展案例研究，以幫助學生從整體上認識問題，重點應對關鍵性問題的突破和應用遷移，關注小系統，深入細致分析問題，跳出系統看系統，建立更宏觀的知識框架，提高中考復習的有效性。

關鍵詞：系統思維 科學復習 案例研究

一、問題的提出

學科核心素養是學生通過長期的系統學習內化形成的具有學科特征的品質，以學科知識為載體，通過知識的遷移應用可以外化學生的學科核心素養。因此考察學生學科核心知識是檢驗學生學科核心素養的重要手段之一。初中科學學科的核心素養主要包括“科學觀念與應用”、“科學思維與創新”、“科學探究與交流”和“科學態度與責任”四個方面，主要從以下幾個方面對學生提出了要求：（1）深入理解科學概念、規律和觀念，并能用科學觀念解釋自然現象和解決實際問題;（2）能運用模型建構、科學推理、科學論證等科學思維方法分析和解決實際問題，具備質疑和創新精神;（3）熟悉科學探究的基本過程，能從問題、證據、解釋和交流四個方面對科學現象進行深入探究;（4）認識科學本質，理解科學、技術、社會和環境的之間相互交融的關系，具備科學和技術應有的正確態度以及責任感。不難發現，基于科學核心素養的中考復習主要存在著三大難處：

1.復習時間緊，課時保障難

盡管九年級從上新課開始就處于緊張的趕時間狀態，希望盡快結束上下兩冊的新課，給中考復習留出較為充裕的時間，但九年級科學特別是上冊的內容深，核心知識多，很難在九上一個學期的時間內完成上下兩冊的教學任務。這樣九年級下學期除去新課的內容，能留給復習課的時間是很有限的，在這有限的時間內要完成一輪知識的整體梳理，二輪專題的綜合提升，三輪概念的查漏補缺缺乏足夠的課時保障。

2.個體差異大，整體兼顧難

無論何種層次的班級，學生個體之間的學習基礎、學習能力、學習習慣等一定是存在差異的，且進入九年級后由于知識難度深度增加，個體差異會進一步增大。學優生往往學習習慣良好、知識儲備完善，基本概念和基本原理等基礎性知識已了然在心，希望老師能引導自己進行方法總結、能力提升、思維創新等深層次學習。而部分學困生對已學的核心知識掌握得不扎實，往往對老師的依賴心理較為嚴重，甚至希望老師手把手將學過的知識在重新上一遍。

3.中考要求高，目標達成難

中考歸根結底是選拔性考試，基于核心素養的中考對于核心知識的考查要求更不會停留在簡單的記憶、背誦等淺層次學習層面，而更多考查的是學生的概括、分析、遷移應用的深層次學習的能力。若教師受限于課時的限制，主要兼顧學困生的知識點薄弱，將大量的時間花在基礎概念和原理的淺層復習上，必然會弱化對隱藏在核心知識背后的知識形成過程和探究等科學方法的深層次研究，對學優生參加中考是有嚴重影響的。但若教師反其道而行，同樣存在問題，學困生越學越困難，干脆放棄學習。這有悖于國家提高全民科學素養的初衷。

綜上所述，有限的復習時間和精力與現行中考對學生核心素養的全面要求之間的矛盾將不斷激化，常規的復習模式和流程耗時長，效率低，已不能適應現行中考的要求，我們亟需尋找一條路徑讓學生在中考復習極其有限的時間內高效地完成核心知識的復習、提升和遷移應用。

我們或許可以嘗試以科學核心素養為指向標，運用系統思維方法，站在整體的角度看核心知識的復習，建立核心知識的框架體系，整合核心知識的各知識點，以期在有限的時間內兼顧各學習層次的學生的復習，最終實現深度學習。

二、什么是系統思維

1.系統思維的定義

系統是一個概念，反映了人們對事物的一種認識論，即系統是由兩個或兩個以上的元素相結合的有機整體，系統的整體不等于其局部的簡單相加。系統思維方法是現代科學思維的基本方法，它是以系統理論為基礎，把對象作為多方面聯系的動態整體來加以研究，從系統和要素、要素和要素、系統和環境的相互聯系、相互作用中綜合地考察認識對象的一種思維方法。

2.系統思維解決問題的原則

運用系統思維方法解決問題需把握兩大原則：（1）整體觀原則。考慮和研究問題均需從整體出發，從系統整體、局部要素和系統外環境相互之間的關系入手全局性考察問題。（2）結構性原則。系統內部的要素之間并非是零散毫無聯系的，我們需著重考慮其認知結構上的相關聯系，并分清主次，像看清一片葉片的網狀脈絡一樣明晰其主次脈絡及相互之間的關系。（3）發展性原則。系統思維方法還強調思維應是一種具有調整性、擇優性的動態思維。

3.系統思維解決問題的步驟

運用系統思維解決問題主要包括三個基本步驟：（1）先見“林”：將思維對象作為系統來識物想事，從整體上認識和解決問題;（2）再見“木”：整體思維與分析思維相結合，深入內部精細地考察結構關系;（3）終見“森”：跳出系統看系統，從系統和環境（更大的系統）的聯系角度重新認識系統。該步驟形式上只是從整體到局部再到整體的簡單排列組合，實質上完成了對問題本質認識和遷移應用的提升，是對知識深層次的學習。

三、系統思維應用于科學復習教學的意義

系統思維強調從整體角度認識和分析問題。布魯納等人曾做過一組對照實驗，在其他變量控制成相同的情況下，實驗組采取整體性解決問題策略，對照組則采取局部性解決問題策略。研究發現，整體性解決問題策略在突破難點、應用遷移等方面都要整體優于局部性解決問題策略。因此將系統思維運用于科學學科的復習是有一定的意義和價值的。主要體現在以下兩個方面：

1.系統思維能幫助學生建立系統化的知識體系

很多復習資料采取知識點梳理的方式進行復習，這種局限于簡單的關鍵知識點的羅列的復習方式，學生很難透過知識點這些符號信息了解到其背后的內涵，無法架構知識之間的深層次聯系，這樣的復習缺乏系統性。系統思維強調從整體出發解決問題，教師進行復習課的教學設計時不是停留在知識點的表層理解上，而是站在符號信息的背后，從知識體系的角度出發進行教學的設計，學生在復習過程中收獲的自然也是體系性的框架建構。如《空氣中氧氣體積分數的測定》的復習課，作者從實驗原理出發，通過對實驗原理的分析解構，引到對實驗器材的選擇和實驗操作注意事項的思考。再針對實驗中存在的問題進行深入剖析，并以此為基礎設計新的實驗。最后用找聯系、抓關鍵、構體系的手法做整體框架式學習小結——思維導圖，通過完善思維導圖進一步形成系統化的的知識網絡結構。

2.系統思維能幫助學生形成整體化的學科認識

科學學科是一門整體規劃的綜合性學科，科學各學科領域知識有其各自的邏輯結構，科學學科強調通過科學探究認識科學本質。系統思維從整體性出發，以科學探究建立科學各學科之間的關聯，幫助學生從整體上認識科學的學科性質，避免人為的割裂。如《酶》的復習課，酶與我們的生活聯系緊密，在農業生產、居家生活、食品食用等方面都有廣泛的存在和應用，但由于隱藏得比較深，學生并不是非常熟悉，關于酶的性質和影響因素具有較強的可探究性，作者將這節課設計成一節科學探究課。這節課的背景是過氧化氫酶，一種普遍存在于能呼吸的生物體中的酶，也被廣泛地應用于食品工業。學生運用已學的知識探究溫度、PH值等外因對過氧化氫酶催化作用的影響及不同植物中過氧化氫酶的催化作用，通過探究從整體上把握酶的性質。

四、系統思維應用于科學復習教學的案例

案例一：《空氣中氧氣體積分數的測定》專題復習

如果我來測定空氣中氧氣的體積分數兩百多年前，拉瓦錫用了12天時間完成了“空氣中氧氣體積分數測定”的定量研究。現在我們進行這個實驗的時間大大縮短了，通常我們是怎么做這個實驗的呢？

一、先見“林”——重溫教材實驗，深度理解原理

任務1：重溫教材“磷燃燒法測定空氣中氧氣的體積分數”實驗。

子任務I：復習教材上實驗活動的相關內容，課前完成導學案。

引導性問題：

1.請寫出該實驗的原理（化學方程式、文字陳述）。

2.實驗需要用到哪些實驗器材，請畫出相關的實驗裝置圖，并描述完整的實驗現象。

3.你認為實驗中要特別注意的地方有哪些？若操作不當，很有可能產生實驗的偏差。你認為導致實驗結果偏大的原因有哪些？導致實驗結果偏小的原因有哪些？

子任務II：動手操作，重溫教材實驗，分析實驗原理。

回顧實驗步驟和相關現象，小組成員共同選擇實驗器材，操作員用砂土代替紅磷演練實驗過程，其他成員注意觀察，兩位記錄員分別做好照片和文字記錄，匯報員匯報。

引導性問題：請粗略畫出整個實驗過程中密閉瓶內發生的氣壓變化情況。

二、再見“木”——層層分析探究，完善知識結構

任務2：對教材“磷燃燒法測定空氣中氧氣的體積分數”實驗進行改造。

子任務I：尋找實驗不足

演示實驗：用氧氣含量傳感器測量實驗后密閉瓶中的氧氣含量，發現燃燒法并不能將瓶中氧氣耗盡。

引導性問題：

1.請客觀評價“紅磷燃燒法測定空氣中氧氣體積分數”的優缺點。

2.小組討論，其它消耗氧氣的方法，尋找最快捷有效的消耗氧氣的原料——“暖寶寶”中的鐵粉。

子任務II：我來設計實驗

引導性問題：

1.如何真正地測定空氣中氧氣的體積分數而不是驗證氧氣的體積是否大約占空氣的1/5？

2.小組活動：根據提供的原料和實驗器材，設計實驗，繪制實驗裝置圖，初步制定實驗設計方案，設計數據記錄的表格。

3.各組匯報員分享，全體同學參與討論。

4.小組活動：客觀評價并修改自己組的方案后，進行測定空氣中氧氣體積分數的實驗，操作員負責安排實驗操作，文字和圖像記錄員及時記錄。

5.各組匯報實驗情況，并進行自評和他評。

三、終見“森”——歸納總結提升，情境遷移運用

任務3：歸納總結，新情境下對知識遷移應用

子任務I：小結互評

1.用找聯系、抓關鍵、構體系的手法做整體框架式學習小結——思維導圖。

2.組內相互展示思維導圖，進行同學間互評，并進一步完善思維導圖的網絡結構。

子任務II：情境遷移

我校科學興趣小組同學進行“空氣中氧氣的含量測定”的實驗探究，邀請你參加。

引導性問題：

1.比較A、B兩套裝置，選擇合理的裝置并分析原因。

2.實驗結束后，對實驗數據進行分析，思考實際操作與理論產生差距的原因。

3.改進實驗，尋找C、D兩套裝置的優點。

案例二：《酶》專題復習

探究過氧化氫酶

一、先見“林”——重溫教材實驗，深度理解原理

任務1：探究影響過氧化氫分解的因素

子任務I：復習教材上實驗活動的相關內容，課前完成導學案。

子任務II：比較過氧化氫在不同條件下的分解

二、再見“木”——層層分析探究，完善知識結構

任務2：探究影響過氧化氫酶催化作用的因素

背景資料：過氧化氫酶，是催化過氧化氫分解成氧和水的酶，幾乎所有的生物機體都存在過氧化氫酶。其普遍存在于能呼吸的生物體內，主要存在于植物的葉綠體、

線粒體、內質網、動物的肝和紅細胞中。其酶促活性為機體提供了

抗氧化防御機理。過氧化氫酶在食品工業中被用于除去用于制造奶酪的牛奶中的過氧化氫。過氧化氫酶也被用于食品包裝，防止食物被氧化。

子任務I：探究溫度、PH值等外因對過氧化氫酶催化作用的影響

子任務II：探究不同植物中過氧化氫酶的催化作用

三、終見“森”——歸納總結提升，情境遷移運用

任務3：歸納總結，新情境下對知識遷移應用

子任務I：小結互評

1.用找聯系、抓關鍵、構體系的手法做整體框架式學習小結——思維導圖。

2.組內相互展示思維導圖，進行同學間互評，并進一步完善思維導圖的網絡結構。

子任務II：情境遷移

氧潔士·懶人洗衣·酵素洗是一種有高活性生物酶配方的加酶洗衣粉，較易洗去衣物上的油漬、血漬、奶漬等污漬，漂白白色衣物。

引導性問題：

1.與普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉更易于洗去衣物上的油漬、血漬、奶漬等污漬的原因是什么？

2.加酶洗衣粉在洗滌溫度上需要注意哪些問題？

3.加酶洗衣粉為什么不適合于洗滌真絲、羊毛類衣物？

五、系統思維提高科學復習教學的效果

作者通過幾堂科學復習教學課的嘗試，發現系統思維方法的運用使學生和老師都產生了趨向良性的改變，從而提高科學復習課的效果。主要表現為以下四個方面：

1.系統思維提高學生解決問題的有序性

運用系統思維，學生可以從更宏觀的角度對架構科學知識，改變死記硬背和淺表層理解知識的習慣，從科學學科的本質出發，運用理解、分析問題的程序解決問題，提高解決問題的有序性。

2.系統思維促進學生學習狀態的積極性

運用系統思維，學生遇到的是真實的問題情境，而非只是白紙黑字的知識點梳理，學習就從平面的對知識的字面意義的擴展轉變成立體的針對具體問題的知識建構，也順利從被動學習過度到主動學習。

3.系統思維有助教師對知識遷移的思考

運用系統思維，教師不再只是關注一堂復習課怎樣上好，而是用系統的眼光看整個復習教學的過程，重視每一節復習課，但課與課之間是有宏觀調控下的聯系的，而不是相互割裂的、孤立的重難點復習。

4.系統思維改變教師對教學策略的應用

運用系統思維，改變了教師的教學觀念，使教師更多地從宏觀和本質觀的角度考慮問題，教學策略也自然而然會發生改變，更多的是傾向于促進學生的知識建構和深度理解的教學策略。

結語

系統思維方法的內涵是極其豐富的，作者對于系統思維方法的認識仍處于表層，僅用兩個案例不能完全概括出系統思維方法在科學中考復習中的應用，對于系統思維方法在科學中考復習中應用的研究，作者需持之以恒，主要在以下兩個方面繼續做出努力：一是吃透理論，深入學習系統思維方法，對系統思維方法有全面、深刻的理解;二是廣泛運用，運用系統思維方法盡可能多地進行案例研究，應包括物理、化學、生物、自然地理、科學探究等多個維度，以期掌握系統思維方法在科學中考復習中應用的方法并能切實提高科學中考復習的效果。

參考文獻

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（杭州市下沙中學 杭州 310018）