基于科學思維的探究式教學

［摘 要］文章從有絲分裂教學現狀出發，指出常規教學模式的不足之處，著重利用大量的感性材料，引導學生在圖片排序和分類中跟隨科學家的腳步，通過“觀察推理→分類比較→交流合作→總結概念”探究有絲分裂的本質及特征，強化學生的探究體驗，發展學生的科學思維，進而促進學生生物學學科核心素養的發展。

［關鍵詞］科學思維；探究式教學；有絲分裂

［中圖分類號］ " "G633.91 " " " " " " " "［文獻標識碼］ " "A " " " " " " " "［文章編號］ " "1674-6058（2024）29-0083-04

“有絲分裂”是高中生物的教學難點之一。不少教師在教學這一知識點時常采用“概念介紹—各時期特點分析—口訣記憶—練習鞏固—總結概念”的“總—分—總”教學模式。當然，也有一些別具一格的教法，如任小文老師的概念教學法，能夠幫助學生將零散的知識整合成清晰且條理分明、相互之間具有有機聯系的整體[1]；王淑艷老師的建模教學法，讓學生用紙片、塑料模擬有絲分裂的過程、染色體和核DNA，把抽象的、難以理解的內容形象化、直觀化[2]。盡管這些教學方法有一定的教學效果，但在培養學生的科學發現情感和發展學生的抽象概括等科學思維能力方面還存在一些不足。

因此，筆者以細胞有絲分裂模式圖的排序為載體，以觀察、分類、討論、概括為主要學習方法，突出學生的主體地位，激發學生的探究意識。同時，以“觀察推理→分類比較→ 交流合作→總結概念”這一流程作為教學主線，圍繞學生的邏輯思維動態生成過程開展教學活動，并取得了一定效果。基于科學思維的探究式教學旨在豐富科學思維的實踐基礎，為培養學生的科學素養提供新的思路。

一、科學思維與科學探究的關系

科學思維是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式，它具有明確的思維方向，擁有充分的思維依據，能夠對事物或問題進行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括[3]。研究表明，當人們運用科學思維時，會體驗到愉快、勝任感和成就感，且行為積極，耐挫力增強[4]。

發展學生的科學思維是生物學科教學育人的重要目標。科學思維和科學探究相輔相成，科學思維是科學探究的重要內涵，科學探究是科學思維的實證過程。目前，人們普遍認為探究式教學是在教師引導下，學生主動參與到發現問題、尋找答案的過程中，旨在培養學生解決問題能力的教學活動。這種教學方式強調學生要在探究過程中獲取知識、發展技能、培養能力，特別是創新能力和思維能力。同時，重視生物科學史的學習，讓學生了解科學家探索生命世界的歷程，理解科學的本質，領悟科學研究的方法[5]。因此，在課堂上應給學生提供更多機會，讓他們在探究中進行比較與分類、分析與綜合、抽象與概括等，從而形成基于證據和邏輯的思維方式，提高其科學思維能力。

二、基于科學思維的探究式教學環節

（一）用圖形排序模擬科學史，培養學生比較與分類的思維

高中學生具有較強的求知欲望，他們并不滿足于教材中的事實性結論。因此，生物課堂中常常出現學生對某現象或某經典實驗充滿向往、欲罷不能的情形，學生渴望重復一些經典實驗，或者通過實踐對某抽象事物進行探究驗證[6]。有絲分裂的發現歷經六七十年之久（1841年至1913年）[7]，讓學生僅僅通過文本學習來掌握知識存在一定難度。因此，教師可以嘗試讓學生模擬科學家發現真理的歷程，在探究中拓寬思維的深度，從而完成知識的主動學習。

在教授有絲分裂的過程中，筆者提供30張有絲分裂各時期的細胞模式圖（如圖1），讓學生感知有絲分裂過程的復雜性，體會科學研究一般過程，同時給予學生鼓勵，激勵他們去發現事物內部的邏輯順序與科學真理之間的聯系。

學生活動1：各小組按照所觀察到的邏輯順序對這些細胞模式圖進行排序。

活動價值：通過讓學生模擬科學家發現真理的歷程，使他們的思維活躍起來，體驗有絲分裂發現的一般思維過程。學生在快樂且緊張的探究中充分感受科學研究中思維的邏輯性、嚴謹性，并完成對細胞變化規律的學習。

在排序的過程中，學生往往會對那些規則或不規則的曲線產生興趣。當他們問起“線條”的名字時，教師可以引導學生在教材中尋找到答案。

活動價值：教材知識是經過歷史考驗的科學結論，學生應學會根據自己的需要在教材中查找相關信息，從已有的邏輯思維跨入新知識的獲取，進而完成知識的重構、順應和內化。染色體的發現經歷了被稱為“微粒”“線形結構”的歷史階段[7]。因此，當學生提到“線條”時，他們實際上已經關注到染色體的變化這一概念。這一活動不僅提高了學生的自學能力、口頭表達能力，還培養了他們的比較與分類的思維。

（二）在交流合作中互補認知，培養學生分析與綜合的思維

細胞中染色體的變化是個動態的過程，而且發放的模式圖數量較大，這會給學生帶來一定的困擾。學生只有在教師的引導下判斷其中的相似性和差異性，才可能得出正確的結果。

學生活動2：請排序用時較少的小組上臺貼圖展示成果。各組之間對不同的排序結果存在疑問時，可提出修正建議。

有的小組根據細胞顏色的深淺，由濃到淡再到濃的邏輯進行排序，得出的結果是20、8、19、9、22、10、21、12、23、24、29、30、25、26、13、1、27、2、14、28、3、15、4、16、5、17、11、6、18、7。有的小組觀察更仔細，根據細胞內線條的粗細，由細到粗再到細的過程進行排序，得出的結果是前七的排序變成19、8、20、9、21、10、22，后面的排序與前一小組一致。

特別地，19和20兩個模式圖既有顏色深淺的差異，又有線條粗細的差異，學生比較容易出錯。教師適時引導學生注意前后模式圖線條之間的異同，讓他們在對比中確定正確答案。經過討論，在學生頭腦中就有了細的“線條”是染色質，粗的“線條”是染色體的概念。學生原有思維中的“細線通過折疊變粗，粗線解開變細”被教材中的“高度螺旋化”和“解螺旋”所替代。學生以此為契機，歸納得出“在某一時期，染色質高度螺旋化形成染色體；在另一時期，染色體解螺旋變成染色質”。

活動價值：不同的排序體現不同的思維過程。學生之間的相互認同和質疑促進了他們對有絲分裂發生、發展的理性思考，加深了對知識的印象和理解，并在討論中盡可能達成染色體規律性變化的科學事實，同時培養了分析和綜合的思維。

（三）明確有絲分裂各時期的劃分，培養學生的邏輯推理和證據收集能力

該環節是本節課的核心，教師的精準引導與學生的質疑、合作相結合，師生共同探索并提出解決問題的思路。在這一環節中，大多數學生將形態相似的模式圖堆放成一組，然后觀察染色體的變化——由散亂分布到集于中間再慢慢分開，最后細胞的數量增加，一個變成兩個，每個細胞的染色體數目相同，并且與親代的也相同。

學生活動3：在已經正確排序的有絲分裂模式圖基礎上，根據細胞的特征，嘗試將有絲分裂劃分為幾個時期，并說明理由。

有的小組將有絲分裂劃分為4個時期：19、8、20、9、21、10、22、12為沒形成紡錘體時期；23、24、29、30、25為染色體分布在中央時期；26、13、1、27、2、14、28、3、15為染色體往兩極運動時期；4、16、5、17、11、6、18、7為細胞中間出現隔層時期。但隨后，有學生發現9之后已經出現了紡錘體，因此提出應分為5個時期，即19、8、20為無紡錘體時期，9、21、10、22、12為染色體分布不規律時期，其余的分段與原先一致。有些學生覺得這些時期的命名太長，希望有更簡潔的叫法。盡管時期的命名有明顯的主觀性，但學生抓住了各時期相對容易區分和突出的特點來命名，抓住了問題的關鍵。

至此，學生已清楚地知道有絲分裂過程中出現的重要概念，如紡錘體，核膜、核仁的周期性出現和消失，染色體通過復制形成姐妹染色單體，染色體在復制和著絲粒斷裂后平均移向兩極從而實現遺傳物質在親代和子代間的一致性，由細胞板逐漸發育成細胞壁等。

活動價值：這一活動幫助學生建立了由觀察現象到總結規律的思維意識，使他們認識到規律是在對事實進行一定思維加工后形成的。依據學生現有的邏輯思維和對有絲分裂模式圖的正確排序，他們更深入地解決了劃分有絲分裂各時期的問題。這不但增強了學生的勝任感和成就感，還培養了學生的邏輯推理和證據收集能力。

（四）化解學生的生成性問題，培養其抽象與概括的思維

葉瀾教授提出，教學應是一個開放性的動態生成過程，教學過程應通過師生對話與合作來推進。探究式教學不僅關注學生的動手探究能力，更關注學生的思維形成過程，以不斷生成的問題驅動學生學習動機的持續發生。

在排序和劃分時期的過程中，學生難免會產生一些疑問，如“這種分裂為什么不叫‘二分裂’”“哪種行為保持了親代和子代細胞的染色體數目不變”等。教師可以把這些問題寫在黑板上，期待學生的回答。

對于4、16、5、17、11、6、18、7這一時期，有學生提出了“中間的隔層越來越長”這一說法，馬上有學生將“中間的隔層”糾正為“細胞板”或“細胞壁”。這體現了學生思維的碰撞。到底哪種說法正確？有學生指出兩種說法都正確，但要看所處的時期。這一討論水到渠成地引出了相關核心概念。

學生活動4：排序和劃分時期之后，請學生根據觀察到的過程和特點，自主概括有絲分裂的概念。

活動價值：這一活動不僅讓學生獲得了科學知識，還促使他們反思研究方法、過程和結論。教師的積極引導，讓學生更加明白“絲”的含義，以及“絲”連著的結構和結構發生的動態持續過程。這一過程在學生的頭腦中留下了較為深刻的印象，幫助他們觸類旁通，形成處理細胞有絲分裂問題的學習能力和科學思維。

三、探究式教學的優勢與注意事項

綜上，探究式教學強調學生的主體地位和主動性，鼓勵他們在教師的指導下自覺地、主動地探索，并掌握認識和解決問題的方法和步驟。通過這種方式，學生能夠深入研究客觀事物的屬性，發現事物發展的起因和事物內部的聯系，進而從中找出規律，形成概念，建立自己的認知模型和學習方法架構。在采用探究式教學的過程中，應注意以下幾個方面的問題：

1.適宜性問題。并非所有的教學內容都適合采用探究式教學，如過于簡單或過于復雜的內容往往不適合采用探究式教學。教師應根據教學內容的特點和學生的實際情況，選擇適合探究的主題。在本教學中，將有絲分裂的發現過程按學生的認知規律來開展探究式教學，是非常合適的。

2.學生自主性問題。雖然探究式教學強調學生的自主性，但這并不意味著教師可以完全放手不管。教師需要時刻關注學生的探究過程，確保學生不偏離主題，同時給予必要的指導和幫助。為此，教師需要為學生創造一個安全、開放、支持性的學習環境，鼓勵學生大膽嘗試和表達。在本教學中，學生在教師的引導下學習自主性非常高，他們反復推敲、驗證有絲分裂的過程，從而促進了課堂的高效進行。

3.評價與反饋問題。探究式教學需要一套完善的評價和反饋機制。教師應及時對學生的探究成果進行評價和反饋，以便學生了解自己的學習進展和需要改進的地方。同時，評價應注重過程而非結果，鼓勵學生積極參與和勇于嘗試。在本教學中，教師積極引導學生思考，并在學生思維鏈出現矛盾時，引導他們將教材文本信息及教師提供的可視化信息進行轉化，最終實現融合。

4.時間管理問題。探究式教學往往需要更多的時間來展開。因此，教師需要合理安排教學時間，確保學生有足夠的時間進行探究和討論。同時，教師也需要控制教學進度，確保教學目標的達成。在本教學中，教師根據細胞增殖大概念，安排兩個課時探究有絲分裂的過程及物質變化，取得了明顯的教學效果。

四、教學反思

這是一節以學生為主體的教學實踐課，課程從學生原有知識出發，并分發大量有絲分裂各時期的細胞模式圖等感性材料，讓學生通過拼圖、分組討論、成果展示等方式，抽象概括出有絲分裂的特點。學生在動手探究的過程中展示了自身的邏輯思維方式。例如，有些學生根據“線條”的粗細分組，有些學生則根據細胞的數量變化過程分組等。通過引導學生沿著有絲分裂的科學史進行歸納總結，使學生形成了對有絲分裂各時期染色體形態和數目變化以及有絲分裂的概念的認識，實現了由感性認識到理性認識的轉變。

當然，教師在其中也扮演著重要角色。教師不能讓學生放任自流，不能單純為了拼圖而拼圖，而是要引導學生帶著發現問題的眼光去探究，去對比發現不符合邏輯的排列方式、分組方式以及命名方式，去偽存真，以實現探究的目的，同時保證課堂的高效順利進行。

［ " 參 " 考 " 文 " 獻 " ］

[1] "任小文.從“有絲分裂”的課例談如何圍繞核心概念組織教學[J].生物學教學，2013，38（10）：17-18.

[2] "王淑艷.有絲分裂第一課時教學設計[J].學周刊，2015（31）：98-99.

[3] "吳成軍.基于生物學核心素養的高考命題研究[J].中國考試，2016（10）：25-31.

[4] "羅曉珍.青少年理性思維的培養[J].哈爾濱職業技術學院學報，2005（4）：41-42.

[5] "尹惠芳.對新課程高中生物探究式教學的幾點思考[J].教育實踐與研究（B），2010（8）：30-31.

[6] "郁愷.體驗：探究式生物教學的預設與生成[J].現代教育科學，2011（8）：142-143.

[7] "任衍鋼，宋玉奇.有絲分裂是怎樣發現的[J].生物學通報，2007（3）：61.

（責任編輯 羅 艷）