指向科學思維培養的高中生物學概念教學

孫愛萍 黃偉文

［摘要］ 教師在教學中應依據生物學事實，運用不同的科學思維方法，幫助學生構建和深入理解生物學重要概念，以進一步改善學生的思維品質。以“染色體數目變異”教學內容為例，通過列舉事實感性認識概念、透過生物學事實理性認知概念、遷移運用生物學現象內化概念的教學過程，實施生物學概念教學。通過課例反思，發現培育科學思維的生物學概念教學的基本起點、延伸臺階與精準反饋等踐行要點。

［關鍵詞］ 科學思維；概念教學；生物學事實；染色體變異；協同思考

一、科學思維培育的概念教學課例

（一）以多種實例表象感知提升科學思維的主動性

教學過程：教學開始時，教師給學生提供如下一系列的資料：天才音樂指揮家“舟舟”是個先天愚型兒，體細胞中的21號染色體多了一條；豌豆姑娘身高1.28米，檢查表明其體細胞內少了一條X染色體；2010年小A高考398分，達到了東南大學的錄取線，但由于身體缺陷，與理想的醫學專業失之交臂；自然界中蜂王的體細胞內含有32條染色體，但是雄蜂體細胞內只有16條染色體；普通西瓜的體細胞內含有22條染色體，無籽西瓜的體細胞內卻含有33條染色體。教師引導學生比較前兩則材料間，以及后三則材料間的區別，進而總結出染色體數目變異的類型。緊接著，教師便提出問題：為什么雄蜂減少16條染色體仍然能正常發育，無籽西瓜多了11條染色體就無籽呢？這里的16條或11條染色體是一組什么染色體？通過鏈式的追問，激發學生的學習熱忱，提升他們科學思維的主動性。

【設計意圖】上述教學過程以真實的生物學情境問題導入，相關事例不僅數量充足、類別豐富，并且均可與“染色體數目變異類型”概念間建立緊密聯系。教師以生物學事實現象為導引，在真實情境中挖掘問題，以新知和舊知的交匯處為切入點，最大限度地調動學生的思維源點，引導其關注“染色體組”概念。在概念教學過程中，教師精心選擇代表性事例，讓學生充分感知生物學現象或生活經驗，引起認知沖突，引發思考，從而激發學習興趣。正如建構主義理論所認為的那樣，學習是在一定的教學情境下發生的，只有在有意義的情境中，才能有效地調動學習者原有認知中的相關經驗，經過同化或順應過程主動建構知識。

（二）以多次遞進理性探討促進科學思維的能動性

教學過程1：資料分析，生成概念。教師引入雄蜂發育的小資料，以問題驅動，幫助學生構建概念。蜜蜂是社會性昆蟲，交配后的蜂王（體細胞32條染色體）產下受精的卵和未受精的卵，受精卵將來發育成蜂王和工蜂，而那些沒有受精的卵細胞則發育成雄蜂。引導學生思考：蜂王的卵細胞內包含蜜蜂生長、發育的整套遺傳信息嗎？為什么？蜂王的卵細胞通過什么分裂形成？卵細胞中有同源染色體嗎？嘗試概括染色體組的含義。學生借助問題閱讀材料，捕獲到雄蜂是由卵細胞發育而來的事實性知識，進而推測：一個染色體組包含生物生長、發育、遺傳和變異的整套遺傳信息；結合減數分裂產生卵細胞的過程發現：一個染色體組內的染色體全部都是非同源染色體。學生通過資料分析與問題引導，進行推理、綜合，構建出染色體模型。

教學過程2：演繹推理，鞏固概念。學習新概念后，學生對概念的理解往往不夠全面與精確。教師應將知識擴展和精細化，引導學生多運用演繹推理，通過概念論證，判斷概念正誤，進一步鞏固概念的內涵。為了促進學生對染色體組的準確理解，可以把文字表述所蘊含的信息類比推理到示意圖加以呈現。教師提供雌果蠅體細胞染色體的磁貼模型，讓學生從中提取一個染色體組。有學生擺出染色體組成，教師讓其他學生評價這樣是否正確，并說明理由。

教學過程3：搭建圖群，形成新概念。染色體組是單倍體、二倍體、多倍體等概念的生長基石，針對這三組概念的差異，教師可以建立一組彼此有信息聯系的生物圖，引導學生對圖文信息進行有效的讀取、處理，提煉出圖中包含的各種概念、原理、規律，實現圖文轉化，形成對生物學概念的抽象與概括。例如，學生觀察比較圖1、圖2，得出二倍體和三（多）倍體的區別；比較圖3、

圖4歸納出單倍體的概念；比較圖1與圖4、圖2與圖3，概括出單倍體與二倍體、多倍體的區別。學生習慣于從“物質”本體理解單倍體概念，認為其體內只含有1個染色體組，產生迷思概念。通過生物圖加強概念的“過程”本體分析，學生領悟到單倍體的“單”與其只有一種生殖細胞發育而來有關，而與體內的染色體組數目無關，有助于將迷思概念轉化。

【設計意圖】該教學過程先將學生帶入系統性、可延展的特殊情境中，即密封的染色體數量與性別決定機制。順著這一極具張力的情境脈絡，讓學生便于透過現象看本質，協同思考生物學現象與概念之間的相互關系。之后，教師引導學生根據圖形回溯概念，運用“假說—演繹”法，進行思維逆推，促進學生對概念內涵的把握，提升思維品質。除了提供生物學事實幫助學生感知概念以外，教師還要對事實進行抽象概括，幫助學生將感性認識上升到理性認識，從而建立概念。根據最近發展區理論，教師為學生提供了圖像可視化、思維暴露化的腳手架，以便于充分關聯學生已有的知識和能力水平，尋找獲取新知識最近的生長點，搭建學習階梯，讓學生在不經意間內化出個體化的概念圖式。

（三）以多類情境遷移運用增強科學思維的靈動性

教學過程：在理解單倍體和多倍體概念的基礎上，教師提出問題：三倍體香蕉為什么不能產生種子？此時，學生便可依據自身的生活經驗作出推測：難道香蕉果肉里的黑色“籽”是它的種子，那么它們如何繁殖？該問題的解決涉及生物的生殖、變異及進化等多個概念。教師引導學生結合圖2和減數分裂聯會的過程來分析，學生認識到三倍體植物不育的特點與其體內染色體組數密切相關。通過三倍體香蕉進化的視頻，學生了解到三倍體香蕉通過無性繁殖繁衍后代，并在長期進化中保留了退化的種子。在課堂教學的最后環節，教師給予學生黑小麥、甘薯與馬鈴薯等多倍體育種的相關資料，讓學生對資料進行深入分析，完成多倍體育種科普短文寫作的學習任務，再依托其他情境的遷移運用，讓學生進一步厘清并運用概念，從而幫助他們深入思考“染色體變異是可以遺傳的”這一概念。

【設計意圖】通過概念教學，幫助學生構建概念，形成生命觀念，在真實的問題情境中解釋現象，學以致用。科學思維的目的并不在于思維的吸納與固化，而應將其靈活運用、外化于行。換言之，學生需要能夠在面對現實生產生活的相關問題時，利用多個相關的生物學大概念或原理，通過邏輯推理闡明個人立場，并依據自身的科學思維進行深入反思、價值研判與做出相應決策。而上述教學過程，采用另一個情境的遷移運用，追問學生科學思維的深刻程度，根據學生作答的表現能夠評判其是否真正靈活掌握了這一生物學概念。同時，該過程也能讓學生自身反思之前的學習過程，從而為思維的進一步改善作鋪墊。

二、科學思維培育的概念教學實踐反思

（一）培育起點：學習熱忱的主動性提升

從整個教學過程中不難發現，情境化的現實聯系貫穿始終，用于調動學生學習的積極性，激發他們的學習熱情。生物學概念是一系列生物學事實現象的抽象概括，純講授式的概念教學勢必會讓學生感受較為枯燥乏味。科學思維的改善伴隨著由生動形象走向抽象化的過程，但該過程的完成并非一蹴而就，也需要讓學生先體驗到事實現象的真實可感，再經歷思維訓練的深入過程。在上文教學案例中，無論是染色體數量變化的概念，還是染色體組的生物學概念，其在教學過程中都融入了大量生物學事實現象。只有以具象化、真實性，能夠激發學生興趣的現象為依托，方能不斷提升學生的學習熱忱，從而為他們的科學思維培育作鋪墊。總的來說，生物學概念教學的起點應當是學生學習熱忱的主動性提升。只有思維投入進來，才有可能促進學生的深入思考，進而優化并改善科學思維。

（二）延伸臺階：協同思考的建構性教學

有了對概念學習的熱忱后，學生方能進一步對生物學概念進行理解。作為幫助學生了解、理解與遷移概念的重要方式，例證法是呈現概念的表述，以列舉事例來證明或說明概念正確性的方法；而建構法則是基于事例的學生觀察探究、討論和分析、比較推理、歸納和綜合，幫助學生認識與發展概念的重要方式。理解的過程無論是經由例證法教學還是建構法教學，都需要建立概念本體與相關現象事實的聯系。相互聯系的建立就是學生協同思考的完成，即學生看到概念能夠聯想到相關的事實現象，了解到事實能夠錨定具體的概念。可見，圍繞學生學習的前概念進行建構性的教學至關重要。學生的前概念中，事實現象融入得并不全面，抑或大量生物學現象存留于腦海中，并未形成準確概念或基本體系。通過層層遞進的理性探討，基于協同思考進行建構性教學，依循學生思維發展的脈絡不斷延伸教學線索，在優化概念體系的同時，改善他們的科學思維。

（三）精準反饋：遷移應用的表現性評價

任何的教學設計與實施，必然需要在教學過程中進行評價。只有通過支架式、明晰化的評價牽引，才能讓學生評判知識及其學習過程，達成真正意義上的深度學習。上述案例在教學過程中，不僅采用了遷移性的情境追問學生三倍體無性繁殖的現實問題，也采用可視化的科學寫作任務讓學生進行多倍體育種的思考。這些均是采用表現性評價的方式，以學生口頭回答、寫作表述呈現學生的學習成果，從而做到精準反饋。而在教學實踐中，教師往往忽略了這些看似簡單的表現性評價。實則，它們對于檢測學生能否正確表述概念，能否將概念深層的原理、思想用于解釋，能否實現可見性學習至關重要。正是概念的抽象性、概括性，讓教師和學生在教學過程中難以知曉自身的理解程度，以及自身思維是否完善。因此，指向科學思維核心素養培育的生物學概念教學應當以遷移應用的表現性評價收尾，用以促進對學習過程的深度反思。

［本文系江蘇省中小學教學研究第十三期課題“指向深度學習的高中生物學習資料包開發與應用”（項目編號：2019JK-ZB05）研究成果］

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［2］榮瑩.基于前概念轉變的生物科學史教學研究[J].中小學班主任，2020（02）.

［3］黃惠濤，丁奕然.基于格斯丁翻轉教學模式的生物學實驗深度學習[J].天津師范大學學報（基礎教育版），2021（04）.

孫愛萍? ?江蘇省南京市溧水區第二高級中學。

黃偉文? ?江蘇省奔牛高級中學副校長，中學高級教師。