全面還原知識的發(fā)現(xiàn)過程

王慶東

《義務教育生物學課程標準（2011年）》明確指出：生物學課程期待學生主動地參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng)成理性思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展終身學習的能力。

也就是說，在生物學教學中，還原知識發(fā)現(xiàn)過程，對促進學生養(yǎng)成理性思維、幫助學生形成積極的科學態(tài)度和發(fā)展學生終身學習的能力都具有十分重要的意義。

知識發(fā)現(xiàn)的過程具有“思維的連續(xù)性”和“推理的正確性”等屬性?！八季S的連續(xù)性”一方面是指知識發(fā)現(xiàn)的過程，通常包括基于某個或某些問題情境提出問題、作出假設、制定探究方案、實施探究方案（獲取證據(jù)和數(shù)據(jù)）、處理證據(jù)和數(shù)據(jù)及發(fā)現(xiàn)規(guī)律等幾個連續(xù)的環(huán)節(jié)；另一方面是指知識發(fā)現(xiàn)過程中，從一個環(huán)節(jié)到另一個環(huán)節(jié)，要經(jīng)過環(huán)環(huán)相扣、層層遞進的連續(xù)思維過程。為了方便敘述，下面將前者稱為“環(huán)節(jié)的完整性”；將后者稱為“思維的連續(xù)性”?！巴评淼恼_性”是指知識發(fā)現(xiàn)是通過合乎邏輯的推理來實現(xiàn)。

在生物學教學中，還原知識發(fā)現(xiàn)過程已是廣大生物學教師共同努力的方向；但是，在還原知識發(fā)現(xiàn)的過程中，常有“發(fā)現(xiàn)環(huán)節(jié)缺失”“思維過程中斷”和“推理過程錯誤”等問題，這樣的還原不能發(fā)揮其對學生應有的作用，必須予以糾正。

1 避免環(huán)節(jié)缺失，全面還原發(fā)現(xiàn)環(huán)節(jié)

案例1：在進行“驗證綠葉在光下制造淀粉”的分組實驗時，教師往往讓學生依據(jù)教科書提供的實驗步驟進行實驗操作，分析實驗現(xiàn)象，形成“綠葉能在光下制造淀粉”的概念。

案例1還原了實驗方案的實施、實驗現(xiàn)象的分析和發(fā)現(xiàn)規(guī)律等教學環(huán)節(jié)，但缺少提出問題、作出假設和設計實驗方案等環(huán)節(jié)，就缺少了必要的理性思維過程，實驗方案就不是理性思維的產(chǎn)物，這樣進行的實驗操作思維含金量很低，因而不利于學生養(yǎng)成理性思維習慣；案例1能夠發(fā)展學生實驗操作能力和抽象概括能力，但不能發(fā)展學生發(fā)現(xiàn)問題的能力和主動解決問題的能力，因而不利于發(fā)展學生終身學習和創(chuàng)新所必要的各種能力。全面還原知識發(fā)現(xiàn)過程的各個環(huán)節(jié)是必要的。

“驗證綠葉在光下制造淀粉”的實驗，除進行實驗操作、分析實驗現(xiàn)象、形成概念外，教師還可以安排下面的教學環(huán)節(jié)。

（1） 創(chuàng)設問題情境，引導學生提出問題和作出假設。

圍繞“光是影響淀粉制造的因素”，教師可以創(chuàng)設以下問題情境：

要提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，首先要知道影響農(nóng)作物產(chǎn)量的因素有哪些。某玉米田里有一行東西走向的大樹，大樹南北兩面的玉米明顯長勢不同。比較單株玉米的產(chǎn)量，向陽部分的玉米的單株產(chǎn)量明顯高于背陰部分的玉米的單株產(chǎn)量。玉米的產(chǎn)量與什么因素有關？

基于上面的問題情境，學生會提出“光是影響玉米產(chǎn)量的因素嗎”的問題。

教師在剖開的玉米上滴加碘液，并提出問題：“玉米的主要成分是什么？”

基于這一情境，學生會將上面的問題具體化，提出：“光能影響淀粉的合成嗎？”

圍繞“葉是淀粉制造的場所”，教師可以提示學生“玉米能接受光的結構是什么？”

基于這樣的提示，學生通過推理，能夠提出“葉是淀粉制造的場所嗎”的問題，最終作出“綠葉能在光下制造淀粉”的猜測。

（2） 引導學生設計探究方案。

引導學生設計探究方案，教師可以通過下面的問題進行引導：

要驗證這一假設，應該選擇哪種探究方法？葉內(nèi)可能含有淀粉，為了增強實驗的說服力，應該采取什么措施？要證明光是影響淀粉制造的因素，為了增強實驗的說服力，應該采取什么措施？

（3） 引導學生應用實驗成果。

引導學生應用實驗成果，教師可以讓學生思考：“根據(jù)綠葉能在光下制造淀粉的原理，怎樣才能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量？”

上述三個環(huán)節(jié)能夠促進學生基于問題情境主動提出問題，并形成主動探究的理性思維習慣，還能夠發(fā)展學生創(chuàng)新所需的各種能力。

2 避免思維中斷，還原連續(xù)推理過程

案例2：教師出示問題情境：17世紀，比利時科學家范·海爾蒙特設計了一個簡單的實驗。將一棵柳樹苗植入裝有土壤的木桶內(nèi)，讓樹苗接受陽光照射，并且只用純凈的雨水進行澆灌。5年后，他發(fā)現(xiàn)土壤的質(zhì)量減少了不到100 g，而柳樹的質(zhì)量增加達到了80 000 g。教師在未作任何提示的情況下，要求學生依據(jù)問題情境回答“柳樹生長的原料有哪些”的問題。

案例2還原了知識發(fā)現(xiàn)過程中提出問題和作出假設的環(huán)節(jié)。但是，根據(jù)上述問題情境提出問題和作出假設，必須經(jīng)過幾個環(huán)環(huán)相扣、層層遞進的思維環(huán)節(jié)才能實現(xiàn)。初中學生的知識儲備不足和思維能力較薄弱，他們不可能基于上述問題情境提出問題和作出假設。教師出示上述問題情境后，學生往往是根據(jù)教學進度和教科書中呈現(xiàn)的教學內(nèi)容，馬上作出“二氧化碳是柳樹生長的原料”的猜測。這種缺少嚴謹?shù)倪B續(xù)的推理過程，既不利于養(yǎng)成學生理性思維的習慣，也不利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。因此還原連續(xù)推理過程是必要的。

基于上述問題情境，教師可以設計一系列環(huán)環(huán)相扣、層層遞進的問題，引導學生進行深入思考。

（1） 土壤由土壤顆粒和溶于水的無機鹽組成。土壤顆粒不溶于水，不能被柳樹吸收。土壤的質(zhì)量減少了不到100 g，土壤中減少的物質(zhì)主要是什么？（無機鹽）

（2） 柳樹生長的主要原料一定有什么？（水）

（3） 僅靠水這一種物質(zhì)柳樹能生長嗎？（不能）

（4） 柳樹生長的原料一定還有另外一種或幾種的物質(zhì)；這些物質(zhì)不在土壤中，會在何處呢？（空氣）

（5） 空氣中有氮氣、氧氣和二氧化碳等氣體；其中氧氣是光合作用的產(chǎn)物，哪種氣體會是柳樹生長的原料呢？（氮氣、二氧化碳）

教師通過上述系列問題的引導，降低了學生學習的難度，避免了學生沒有依據(jù)的猜測，有利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。教師長期堅持這樣的思維訓練，必然促進學生養(yǎng)成理性思維的習慣，提高學生的推理能力。

3 避免邏輯錯誤，還原正確推理過程

案例3：為幫助學生形成“細胞是生命活動的基本單位”的概念，教師通常安排下面的教學環(huán)節(jié)：提供典型事實“觀察草履蟲對外界刺激的反應”；抽象概括典型事實，形成“單細胞生物的一個細胞能夠完成全部生命活動”的概念；根據(jù)該概念，直接作出新的判斷“細胞是生命活動的基本單位”。

“與邏輯關系”和“或邏輯關系”是最基本的兩個邏輯關系。與邏輯關系是指當有關條件A、B、C都具備時，事件F才能發(fā)生；或邏輯關系是指當有關條件A、B、C中只要有一個或一個以上具備時，事件F就能發(fā)生。

能夠闡明“細胞是生命活動的基本單位”的下位概念和典型事實見表1。

表1中上位概念和下位概念的邏輯關系是“與邏輯關系”，而不是“或邏輯關系”。僅憑“單細胞生物的一個細胞能夠完成全部生命活動”，就得出結論“細胞是生命活動的基本單位”是不夠的，只有同時建立了上下位概念，才能根據(jù)下位概念建立上位概念。案例3雖然還原了知識發(fā)現(xiàn)過程的主要環(huán)節(jié)，也還原了連續(xù)的推理過程，但推理過程不合邏輯。不合邏輯的推理過程就是錯誤的推理過程。錯誤的推理過程既不利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，也不利于學生養(yǎng)成理性思維的習慣，更不利于學生邏輯思維能力的提升。還原正確推理過程是必要的。

還原正確推理過程，教師必須理清知識間內(nèi)在的邏輯關系。教材為教學提供的資源往往是分散的，例如，能夠支撐“細胞是生命活動的基本單位”的典型事實——“噬菌體必須在細胞內(nèi)才能完成生殖過程”“多細胞生物的功能與細胞的關系”等就分散在教科書的不同章節(jié)中。根據(jù)教學的需要，教師必須把分散在不同章節(jié)的教學內(nèi)容進行整合，確保推理過程完整，確保推理過程合乎邏輯。

教師長期堅持嚴謹性的推理訓練，必然促進學生養(yǎng)成理性思維的習慣，提高學生的邏輯思維能力。