原生態(tài)生物實驗課堂中的學(xué)生思維參與

李偉

生物科學(xué)知識是在經(jīng)歷無數(shù)的科學(xué)實驗研究或證實的過程中逐步積累而成。每一個生物科學(xué)知識的背后都承載著相應(yīng)的研究過程和研究方法。挖掘這些過程和方法對發(fā)展學(xué)生思維有著不可替代的作用。在原生態(tài)的生物實驗課堂中要深入這些過程和方法的本質(zhì)就必須要有學(xué)生相當(dāng)程度的思維參與，這也是培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的核心內(nèi)容。

生物實驗課堂中學(xué)生的思維參與和實驗觀察能力、實驗操作能力、實驗探究能力密切相關(guān)。在觀察實驗結(jié)果時，若沒有對實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)的處理、分析與思考，不可能挖掘現(xiàn)象背后的本質(zhì)，或發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)實驗進(jìn)一步探究;實驗操作時，不假思索地按照實驗步驟機(jī)械甚至模仿式地完成實驗，那不是實驗研究，那只是在完成一個操作任務(wù)，就像在流水線工作按要求完成操作一樣，那將失去生物實驗應(yīng)有的價值和意義。沒有一定程度學(xué)生思維參與的實驗探究只能是流于形式，表面看起來熱鬧，實則是無效的作秀。由此可見在原生態(tài)的生物實驗課堂中關(guān)注學(xué)生的思維參與，對提升學(xué)生生物學(xué)科素養(yǎng)，發(fā)揮生物實驗應(yīng)有的價值起著至關(guān)重要的作用。如何在原生態(tài)的生物實驗課堂中關(guān)注學(xué)生的思維參與是每一位生物教師在設(shè)計生物課堂教學(xué)時必須思考的問題。

1 實現(xiàn)原生態(tài)生物實驗課堂中學(xué)生思維積極參與的策略

原生態(tài)生物實驗課堂中學(xué)生思維的積極參與是促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，提升學(xué)生思維品質(zhì)的前提。教師在設(shè)計和實施生物實驗課堂時，要充分相信每個學(xué)生的潛能，給予廣闊的思維空間，激發(fā)學(xué)生積極的思維情緒和良好的情感狀態(tài)。

1.1 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生思維參與的自覺性

在生物課堂的實施中要能抓住學(xué)生的思維，實現(xiàn)學(xué)生思維的自覺參與首先基于創(chuàng)設(shè)的情境。教師在創(chuàng)設(shè)情境時應(yīng)立足于學(xué)生實際經(jīng)驗、認(rèn)知規(guī)律和教材知識，著眼于學(xué)生思維參與，挖掘蘊含一定思維力度、具有一定思維價值的素材，同時也要關(guān)注學(xué)生思維的深度，便于通過情境圍繞知識核心將學(xué)生的思維引向深入。

比如，“細(xì)胞的能量‘通貨——ATP”一節(jié)，可以通過介紹由螢火蟲發(fā)光原理而研制成的ATP熒光檢測儀創(chuàng)設(shè)情境。ATP熒光檢測儀是我國以政府文件形式指定用于檢測物體表面衛(wèi)生狀況的專用設(shè)備。教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注ATP熒光檢測儀的工作原理：利用ATP能使“熒光素酶——熒光素體系”發(fā)光檢測ATP;每個活細(xì)胞都含有一定量的ATP，所以檢測ATP就可知道物體表面的微生物情況。以此喚起學(xué)生對ATP思考的好奇心和價值體驗。在此基礎(chǔ)上引發(fā)學(xué)生對ATP更深層次的思考，如ATP能使“熒光素酶——熒光素體系”發(fā)光，其他具有能量的物質(zhì)是否也可以使之發(fā)光呢？如何設(shè)計實驗來驗證呢？

當(dāng)通過實驗得到ATP是直接能源物質(zhì)時，學(xué)生又會接著思考：ATP應(yīng)該具備怎樣的結(jié)構(gòu)使它可以直接提供能量呢？ATP在提供能量時本身會發(fā)生什么變化呢？ATP提供的能量又從哪里來呢？……

當(dāng)學(xué)生的求知欲被激發(fā)，以飽滿的熱情投入到學(xué)習(xí)中去時，學(xué)生的思維參與便成為一種自覺的行為。

1.2 “無錯無教學(xué)”，喚起學(xué)生思維參與的熱情

錯誤是學(xué)生思維參與的相伴產(chǎn)物，往往可以延伸出新的更貼近學(xué)生實際的思維素材，對喚起全體學(xué)生全程思維參與的熱情有著重要的意義。教師要善于利用學(xué)生的錯誤進(jìn)行教學(xué)，當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)一定思維層次上的錯誤時，教師一定要注意處理的藝術(shù)，不要急于糾正，要利用好學(xué)生的錯誤讓學(xué)生間進(jìn)行相互思維啟發(fā)和碰撞。

比如，“探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式”這一節(jié)實驗課上，學(xué)生在自主設(shè)計有氧和無氧呼吸裝置的時候會有很多考慮不周甚至錯誤的地方。如有氧呼吸裝置如何排除空氣中CO2對實驗結(jié)果檢測的影響？利用NaOH吸收空氣中的CO2后如何知道CO2是否被完全吸收？如何排除無氧呼吸裝置中原有的O2對實驗的影響，如何知道無氧呼吸裝置中什么時候酵母菌只進(jìn)行無氧呼吸？……教師可以將這些學(xué)生設(shè)計的裝置展示出來，讓學(xué)生來評價或完善。學(xué)生通過交流一個一個錯誤不斷地被發(fā)現(xiàn)和糾正，提高了學(xué)生思維參與的熱情。教師要有效挖掘錯誤中蘊含的思維因素，引導(dǎo)學(xué)生從錯誤中思考，突破思維障礙，讓錯誤成為激發(fā)學(xué)生思維參與的寶貴資源。

1.3 任務(wù)驅(qū)動，調(diào)動學(xué)生思維參與的主動性

學(xué)生思維參與的主動性來源于興趣和需求。任務(wù)驅(qū)動有助于學(xué)生在生物實驗課堂教學(xué)中明確思維目的，激發(fā)學(xué)生完成任務(wù)的動機(jī)。任務(wù)驅(qū)動讓學(xué)生覺得必須通過自己的思考和努力才能實現(xiàn)或達(dá)到一定的任務(wù)要求，使之積極主動參與思維。

比如“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”一節(jié)，教師可以由淺入深地設(shè)計任務(wù)來驅(qū)動學(xué)生的思維參與。首先讓學(xué)生完成探究加熱能加快過氧化氫分解的探究實驗，然后基于這個實驗讓學(xué)生明確對實驗的分析任務(wù)：指出本實驗的自變量、因變量和無關(guān)變量。在此任務(wù)的驅(qū)動下指導(dǎo)學(xué)生閱讀書本有關(guān)變量的知識。這比純粹向?qū)W生介紹實驗變量的知識多了認(rèn)知的載體和任務(wù)的驅(qū)動，學(xué)生思考問題的主動性得到明顯提高。在掌握實驗變量的基礎(chǔ)上，后一個學(xué)習(xí)任務(wù)就是利用已掌握的變量的知識設(shè)計實驗比較過氧化氫酶和Fe3+催化過氧化氫的分解的效率。學(xué)生在課堂中一個一個任務(wù)的驅(qū)動下，在完成任務(wù)目標(biāo)的渴望中，調(diào)動了思維參與的主動性，在主動的思維參與中激發(fā)了學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)了思維能力。

2 實現(xiàn)原生態(tài)生物實驗課堂中學(xué)生思維有效參與的措施

原生態(tài)生物實驗課堂中教師對學(xué)生思維參與的有效性的關(guān)注則是提高課堂效率、實現(xiàn)學(xué)生深度思維、培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的根本保證。學(xué)生思維的有效參與是課堂中學(xué)生認(rèn)知活動的核心，沒有學(xué)生思維有效參與的課堂學(xué)生就沒有真正的學(xué)習(xí)。

2.1 問題引領(lǐng)，提高學(xué)生思維參與的層次

“問題”的核心在思維，具體體現(xiàn)就是學(xué)生的思維參與。學(xué)生的思維參與總是從“問題”開始，而思維參與的過程又以“問題”為動力。教師在設(shè)計生物課堂時，以“問題”為主線，促使學(xué)生萌生思維參與的動機(jī)和欲望。教師以“問題”為主線積極引導(dǎo)學(xué)生思維參與的過程，必能有效提高生物課堂學(xué)生思維參與的層次。

比如“生態(tài)系統(tǒng)能量流動”一節(jié)，教師可以先展示因過度放牧導(dǎo)致的草場退化現(xiàn)象。然后從能量流動角度分析其原因及可采取的措施，就可以引導(dǎo)學(xué)生生成一系列問題：

草的能量是如何輸入？又如何輸出？與其相似的能量輸入和輸出的生物又有哪些？（由此構(gòu)建第一營養(yǎng)級能量的輸入和輸出的模型）。

初級消費者的能量又是如何輸入？能量又是如何輸出？其他營養(yǎng)級呢？（由此構(gòu)建各個營養(yǎng)級的能量輸入和輸出模型）。

整個生態(tài)系統(tǒng)能量又是如何輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的？由此構(gòu)建整個生態(tài)系統(tǒng)能量流動的定性分析模型。但解決因過渡放牧導(dǎo)致的草場退化現(xiàn)象只是定性分析是不夠的，還需要定量研究。由賽達(dá)伯格湖能量流動的定量研究構(gòu)建能量流動的特點和能量金字塔的知識。再從定量的能量輸入和輸出的角度，思考草場退化問題以及如何解決草場退化又使對草場的利用達(dá)到最大化。這樣可以讓學(xué)生認(rèn)識到所有問題的思考和解決是有價值和意義的，在問題的引領(lǐng)和價值的體驗中，提高學(xué)生思維參與的層次。

2.2 給足空間和時間，實現(xiàn)學(xué)生思維的深度參與

要將外部的學(xué)習(xí)素材內(nèi)化為學(xué)生內(nèi)部深度思維的載體，教師要多為學(xué)生提供和創(chuàng)造思維參與的機(jī)會，給學(xué)生留足思維的空間和時間。教師要充分相信學(xué)生的思維潛能，把解決問題的權(quán)利交給學(xué)生，使學(xué)生的思維品質(zhì)在充分的思維活動中得以發(fā)展。

比如“綠葉中色素提取和分離”這個實驗，教師可以先讓學(xué)生比較綠色的菠菜葉和發(fā)黃的菠菜葉，分析菠菜葉變黃的可能原因。學(xué)生的學(xué)習(xí)小組討論、交流可能的解釋，然后教師不要急于告知學(xué)生答案，讓學(xué)生自己思考設(shè)計實驗來驗證自己提出的解釋。學(xué)生的思維參與過程中自主構(gòu)建甚至創(chuàng)造生物知識，思維也就會越來越深刻。

2.3 運用、再現(xiàn)科學(xué)思維方法，提升學(xué)生思維參與的效率

科學(xué)思維方法是提升學(xué)生思維參與效率的保證，是培養(yǎng)生物科學(xué)素養(yǎng)的本質(zhì)訴求。教師在設(shè)計生物實驗課堂時注重學(xué)生思維參與的同時，要運用、再現(xiàn)蘊含于生物知識中的科學(xué)思維方法，重視科學(xué)思維方法的指導(dǎo)，實現(xiàn)學(xué)生高效思維參與同時領(lǐng)悟到生物科學(xué)研究過程和方法的真諦。

比如，教師在設(shè)計“孟德爾豌豆雜交實驗一”這一節(jié)教學(xué)時，就可以讓學(xué)生體驗蘊藏在孟德爾研究過程中的“假說—演繹法”這一種重要的科學(xué)思維方法。其基本的教學(xué)設(shè)計可以是：從實驗現(xiàn)象出發(fā)，高莖與矮莖雜交，F(xiàn)1代都是高莖，F(xiàn)1自交，F(xiàn)2高莖和矮莖比例為3∶1。針對實驗現(xiàn)象和學(xué)生已有的對遺傳的理解讓學(xué)生提出問題。然后讓學(xué)生針對問題嘗試性提出一些可能的假說。再根據(jù)假說，進(jìn)行一些具體的演繹和推理，小組間交流對提出問題的解釋。然后讓學(xué)生設(shè)計實驗，檢驗推斷和假說。

所有問題的提出、相應(yīng)的解釋、實驗設(shè)計和檢驗都讓學(xué)生完成，讓學(xué)生在逐步的思維參與過程中體驗“假說—演繹法”和科學(xué)家當(dāng)年的研究和思維過程。學(xué)生在這樣的思維參與下所獲得的不僅僅是已知的結(jié)論或知識，更多地體驗了這些知識的發(fā)現(xiàn)過程和研究方法，提高了學(xué)生思維參與的效率，有助于培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

教師在教學(xué)過程中不僅要注重知識的傳授，更要注重學(xué)生思維參與的積極性和有效性，以思維參與作為原生態(tài)生物實驗課堂每一個環(huán)節(jié)的核心。只有關(guān)注了課堂中學(xué)生的思維參與，才能體現(xiàn)新課程中的以知識為載體，教會學(xué)生學(xué)習(xí)和思維的理念，才能構(gòu)建出學(xué)生深度參與、靈動的生物實驗課堂。