高中生物學項目式學習中思維能力的進階培養
——以“銀杏雌雄株的判別”為例

劉曉芳 羅藝璇

（1.三明第一中學，福建 三明 365001；2.北京印刷學院，北京 大興 102600）

日常教學的重要性不僅體現在傳播科學知識，更重要的是培養學生科學的思維方式，引導學生更多地去獨立思考，不盲從，有自己的判斷，可以用科學思維方式來看清事物的本質。為此，學生在掌握了一定的學科知識與研究方法之后，教師還要有意識地引導學生把課堂的科學探究延伸到課外科技活動中去，學以致用地去解決一些生產生活實際問題。項目式學習，是學生科學思維品質培養的一個重要升華過程。

一、項目式學習有關概念的闡釋

“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力［1］。項目式學習是一種以制作作品，并將作品的呈現作為目的，借助多種資源在真實世界中開展探究活動，它強調以學生為中心、學科交叉、協作探究學習、作品呈現、過程性評價和對學科概念進行多角度深度挖掘與理解［2］。實踐表明，項目式學習是以學生為主體，注重興趣、注重思維、注重創新，是培養科學思維能力的有效途徑。項目式學習活動的開展，首先應組建學生課題研究小組，從生產、生活、課本等選擇適合的研究課題；其次從圖書館、網絡平臺等渠道查閱資料，并在教師指導下通過實驗探究、分析論證、理論推導等得出研究結論；最后要通過撰寫課題研究小論文、制作科學影像DV 作品等來呈現研究成果。其實施流程可總結為如圖1 所示：

圖1 項目式學習活動實施流程圖

二、“銀杏雌雄株的判別”項目式學習的實施及其思維培養

兩年時間里，“銀杏雌雄株的判別”課題探究小組的同學們，結合生物學、化學知識和攝影技術，開展對銀杏的研究，對銀杏雌雄的判別做了較深入的探究，制作了《一葉銀杏一季秋》科學影像DV 作品，獲第七屆全國青少年科學影像節一等獎、科學原理一點通優秀作品獎。通過項目式學習活動，既開闊了學生視野，鞏固了所學生物知識，又培養了一批會質疑創新、解決問題的學生。本文結合“銀杏雌雄株的判別”實踐研究，談談在高中生物教學中引導學生開展項目式學習活動的一些做法。

（一）探究活動的設計路徑

“銀杏雌雄株的判別”項目式學習活動，首先教師分析生活現象，找到學生的一個興趣點，如“為什么有的銀杏樹會結果，有的不會”進行觀察研究，為學生的研究指明方向，在此基礎上，把學生的興趣點轉為問題——“如何判別銀杏的雌雄”，以確定研究的課題；其次，引導學生設計探究的實驗方案，收集、處理信息，進行思維的碰撞，如“形態鑒別法：通過觀察銀杏雌株與雄株在外形和結構上的區別”，設計解決問題的思路；最后，從探究活動中得到結論，進行分析、總結，發現問題得到提升。

（二）探究活動的實施過程

1.探究環節一：感知體驗，模型建構，發展抽象邏輯性思維

研究發現，隨著青春期的到來，青少年思維和認知水平也發生了質的飛躍。突出的表現是，青少年的思維中雖然仍有形象思維的成分，但是抽象邏輯思維已經占主導地位。模型建構是發展抽象邏輯思維能力的重要途徑，是基于生活事實通過抽象、理想化等方法，把反應研究對象的本質特征抽象出來，構成一個概念或體系。開展高中生物學項目式學習活動時，通常要求教師分析生物學事實和證據，找一個學生的興趣點，引導學生進行觀察，把興趣點轉為學科問題。在此基礎上，教師要引導學生分析收集到的相關信息，把問題轉為研究的課題，這就是形成模型與建模，為學生的觀察指明方向。

探究過程設計如下：

（1）觀察發現：銀杏樹有的會結果實，有的不會。果實成熟后有些氣味。

（2）獲取信息：銀杏是雌雄異株的植物。種子可食用及藥用。

（3）初步認識：銀杏雌株可獲得果實，但不適合做行道樹。銀杏雌株結果后會影響其葉的生長，藥用其葉時選銀杏雄株比雌株好。

（4）問題生成：如何判別銀杏的雌株與雄株？

（5）獲取信息：通常區別植物都是從觀察其形態、結構入手。

評析：項目式學習除了要發揮教師主導作用外，更要充分挖掘學生的主觀能動性，要經常訓練學生發現和提出問題，他們的探索精神就會不斷增長，而學生一旦品嘗到了依靠自己的力量發現科學新天地的甜頭，他們就一定會更加積極主動地去思考、去創造。

2.探究環節二：內化釋疑，推理論證，發展形式運算思維

高中生能夠提出假設、逐一驗證，顯現出較高的“推理—論證”能力。關于推理論證，是指利用“論證”的方式進行科學推理，從而形成對自然現象的科學解釋。“推理論證”在科學思維中處于核心位置，基于課堂的實證研究認為“論證”不僅是科學本身的有機組成部分，而且能夠幫助學生更好地理解和應用所學知識，促進學生更高層次思維能力的發展。針對高中生物學項目式學習，有經驗的教師總是設置一定難度且頗具啟發性的疑問，鼓勵學生通過精細觀察，提出更多的“為什么”，引導設計多種可能的實驗研究方案，啟發學生思考設計解決問題思路。在方案論證的過程，不僅要明確所觀察到的現象（證據），提出自身的觀點（結論），更是要找出能把現象和觀點聯系起來的生物學原理（推理過程），以便形成合乎邏輯的科學解釋。推理論證要讓學生想一想、跳一跳，就能摘到知識的果子，這才能吸引他們思考。

探究過程設計如下：

實驗一：形態結構鑒別法

（1）引導觀察：觀察6 棵銀杏樹，2 棵雌株4 棵雄株。有1 棵雄株樹齡較大，生長環境與其他株略有不同。其余樹齡相同，生長環境相近。

（2）教師設疑：銀杏有雌雄株之分。如何從銀杏的形態和結構兩種途徑來進行判別？

（3）解決方案：方案一為形態鑒別法，即通過觀察銀杏雌株與雄株在外形上的區別，一看主干與主枝夾角，二看葉片由綠變黃時間；方案二為結構鑒別法，即通過觀察銀杏雌株與雄株在結構上的區別，一看雌雄球花，二觀察葉柄臨時切片。

（4）實施實驗：觀察銀杏的形態和結構。

（5）實驗結論：通過肉眼識別銀杏樹側枝與主干夾角的大小和葉片變黃的時間先后，能快速鑒別出銀杏雌雄，但作為經驗性的判斷只能做初步判斷。通過對銀杏球花和葉柄切片油狀空隙結構上的觀察，相對于形態鑒別能更加準確地區分出銀杏的雌雄。

實驗二：試劑鑒別法

（1）提出問題：是否有準確又不受時間等限制的辨別銀杏雌雄的方法？

（2）獲取信息：溴麝香草酚藍水溶液可檢測細胞呼吸產生的CO2。

（3）解決思路：代謝速率對比鑒別法，通過化學試劑測試銀杏葉片的代謝速率。

（4）實施實驗：實驗在兩個時間段進行，第一次實驗時間在5 月份，第二次實驗時間在8 月份。

（5）實驗結論：通過化學試劑測試銀杏葉片代謝速率的對比實驗，學生發現銀杏雄株葉片比雌株葉片使試劑變色快得多。這個結論與在5 月份做同樣實驗得出的結論是一致的，說明這個結論不受時間限制，是客觀準確的［3］。可見，通過溴麝香草酚藍水溶液來測試銀杏葉片代謝速率，能夠科學、準確地驗證銀杏的雌雄。

（6）深入探究：在進行“求同存異”式的分析后，發現在5 月份的實驗中，雄株葉片在1min 中內就發生明顯的顏色變化。而8 月份實驗用了10min 才檢驗出來。為什么會有這種奇怪的現象出現呢［3］？

（7）理論分析：銀杏雄株比雌株呼吸強，代謝較旺盛，產生的酸性物質較多。而呈堿性的藍色溴麝香草酚藍液會遇酸變黃。那么為什么試驗時間不同會造成變色時間存在差異呢？5 月份的銀杏葉正處于生長旺盛期，代謝速度快，而8 月份相比于5 月份生長較不旺盛，因而變色慢［3］。

評析：宋代朱熹說：“讀書無疑者，須教有疑”，在學生無疑時，教師既然為他們設置了疑難，接著就要誘導他們釋疑。該探究環節分別采用了形態結構鑒別法和試劑鑒別法從兩個不同的角度進行由淺入深的假設—推理—論證，實驗二還采用化學試劑鑒別法，為銀杏雌雄株的判別找到了更加科學嚴謹的研究方案，如此設計使學生的思維獲得進階提升。

3.探究環節三：遷移延伸，質疑創新，發展批判創造性思維

青少年時期的個體思維還具有多樣性、可逆性，他們除了能夠進行演繹推理以外，還能在現實性和可能性之間進行較靈活的可逆性推理，敢于質疑創新，學會反思、批判和總結方法。學生在高中生物學項目式學習的過程中，一定會遇到許多新的問題，探究活動也是一個不斷動態變化的過程。在探討闡釋這些新的生命現象及規律過程中，學生往往會質疑，重新審視或論證之前的發現和結論，這樣就會激發起學生進一步深入探究的熱情，也就必然會提出許多創新性的生物學議題和研究方案，而這些新議題、新方案也往往頗具項目式學習的創造性價值和可操作性。

探究過程設計如下：

（1）深入質疑：銀杏雌株的果實可提取藥用成分，而雄株做行道樹則更適合，這都與銀杏雌雄的鑒別有關。然而植物的移栽多數是在幼苗期進行的，而上述實驗用材使用的都是銀杏的成體。是否有簡便的方法能夠在銀杏生長的早期區分其雌雄呢？

（2）創新研究：針對上述問題，課題小組的同學做了進一步的探究，通過查閱資料發現，在銀杏生長早期有兩種簡易方法能區分其雌雄。方法一是從銀杏核果的形狀特征上區分。方法二是從銀杏幼苗的形態及生長特征上區分。據此，經過認真的討論，對后續研究提出以下兩種解決思路和展望：

思路一：如果銀杏幼苗來自扦插或組織培養，進行成體的雌雄判別即可。

思路二：觀察銀杏核果和幼苗。（銀杏核果學校內有，而銀杏幼苗不易獲取）

評析：宋代哲學家、教育家張載曾經說過：“學則須疑”。在探求知識的道路上，“疑”總是絕對的，“信”總是相對的。我們只有不斷地鼓勵學生去大膽質疑，才能開啟他們心靈的窗戶，使他們獲得真知。在探究環節三中，通過學生的質疑創新，探究得出在銀杏生長的早期還有兩種判別其雌雄的簡便方法，這樣，從無疑到有疑，又從有疑到無疑，如此循環往復，進階提升，便是深度探究、遷移延伸的過程。可以說，大膽質疑，勇于創新，是學生積極主動學習的結果，更是學生科學思維能力進一步提升的自我開發。

三、結語

蘇聯教育心理學家贊可夫說：“我們的時代不僅要求一個人具備廣泛而深刻的知識，而且要求發展他的智慧，意志、情感，發展他的才能和稟賦。”他說：“我們是按三條線索來研究學生的發展的，這就是，觀察力、實際操作能力和思維能力。”為此，項目式學習活動的關鍵是建構、完善，直至最終成型較理想的實驗方案，科學設計教學策略，通過方案的推進，指導學生細致地觀察事物，有指導地放手讓學生做實驗，培養善于獨立思考的品質。

本文“銀杏雌雄株的判別”項目式學習的方案設計為：首先，通過感知體驗與模型建構探究環節的實施，引導學生抽象邏輯性思維能力的發展；接著，通過內化釋疑與推理論證探究環節的實施，推動學生形式運算性思維能力的發展；最后，通過遷移延伸與質疑創新探究環節的實施，進一步促進學生批判創造性思維能力的發展。上述三種能力維度分別對應高中生物學的初級、中級和高級思維層次。實踐表明，這樣由淺入深、抽絲剝繭般的進階式設計流程，不但符合學生的生物學認知規律，更重要的是能夠針對學生不同階段的學習特點與要求，學以致用地去解決一些實際問題，有效促進其科學思維能力的逐漸豐富和發展。