例談理性思維在高中生物學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)中的應用

史佳琴 （蘇州高新區(qū)第一中學 江蘇蘇州 215011）

例談理性思維在高中生物學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)中的應用

史佳琴 （蘇州高新區(qū)第一中學 江蘇蘇州 215011）

以高中生物學課堂教學實例，說明如何對高中學生進行歸納和概括、演繹和推理、模型和建模以及批判性思維四個方面理性思維能力的培養(yǎng)。

理性思維 歸納和概括 演繹和推理 模型和建模 批判性思維

近年來，我國教育部門進行了高中生物課程標準修訂，以提高學生生物學核心素養(yǎng)為宗旨，目的是強化學科育人功能，其中理性思維是生物學科核心素養(yǎng)中的重要組成部分。理性思維是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎上的思維方式，是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)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。學生應該在學習過程中逐步發(fā)展理性思維，如能夠基于生物學事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學社會議題。培養(yǎng)學生的理性思維要求教師能夠精心設計學習情境，并對課內外的有價值的學習材料進行加工后以多樣化的形式呈現(xiàn)給學生，促進學生的理性思維能力的提升。現(xiàn)以高中生物學課堂教學實例，說明如何培養(yǎng)學生的理性思維能力。

1 歸納與概括思維能力

歸納和概括是認識事物本質規(guī)律不可或缺的思維過程，是指在頭腦中把對象的各個組成部分聯(lián)系起來，從個別到一般，從特殊事例到一般原理的科學思維方法。在高中學習階段，生物知識點繁雜、瑣碎，歸納和概括的思維過程要求學生能從大量的生物學事實中歸納總結，形成基本的生物學規(guī)律。

1.1 在生物學概念教學中培養(yǎng)學生的歸納思維

例如，在“細胞中的糖類和脂質”一課中介紹糖類的元素構成時，教師首先提問：日常接觸到的糖類都有什么？學生會回答白糖、冰糖、葡萄糖、麥芽糖等。接著讓學生回答這些糖類中學過分子式的糖類，讓他們歸納這些分子式的共同點，學生不難看出分子式中均含有C、H、O等元素。在“細胞器——系統(tǒng)內的分工合作”一課學習“生物膜系統(tǒng)”的概念時，教師可先讓學生歸納細胞器均具有的結構是什么，學生不難歸納出是膜結構；再進一步引導學生歸納出細胞中還有細胞膜和核膜。學生在教師設計的問題中通過自己的能力一步步歸納了生物膜系統(tǒng)的概念。這種不直接將概念介紹給學生，而是通過感性經(jīng)驗和已有認知讓學生自主歸納的教學過程，會讓學生的歸納概括思維不斷提升。

1.2 通過圖表方式培養(yǎng)學生的歸納思維

例如，比較物質跨膜運輸?shù)娜N運輸方式時，教師可通過表格的方式讓學生在學完物質跨膜運輸?shù)姆绞胶?，引導學生自主歸納：自由擴散、協(xié)助擴散、主動運輸三種運輸方式的運輸濃度梯度；是否需要載體和能量；每種運輸方式的運輸實例。通過這種表格的形式既可以檢驗學生是否掌握了新課的知識點，又培養(yǎng)了學生的歸納思維。

在整理知識點時，教師還可以使用圖標的形式幫助學生建立知識體系。在歸納一章的知識體系時，概念圖和思維導圖等均是比較好的思維工具。例如，學完“組成細胞的分子”這一章，教師可利用概念圖將知識層級整理清楚，使學生清楚明了概念的包含關系。思維導圖將放射思維具體化，將學生的思維過程通過輻射的樹狀圖形式形象地展示出來，還可添加簡單的圖畫來表示事物，顏色豐富，讓學生在歸納概括知識體系時感受趣味性。這樣學生不僅增強了歸納思維，還進一步發(fā)展了發(fā)散思維。

2 演繹與推理思維能力

“演繹和推理”就是以一般性的全稱性知識判斷為前提，通過推導（即“演繹”），得出具體陳述或個別結論的過程。演繹和推理的邏輯形式對于理性思維的重要意義在于：它對人的思維保守嚴密性、一貫性有著不可替代的校正作用。高中生物學學習過程中，演繹和推理思維要求學生能運用已知的生物學規(guī)律，預測或探討相關生命現(xiàn)象的機制。

例如，在學習“DNA的半保留復制”這一部分內容時，學生已經(jīng)了解了假說演繹法。對于第一部分“對DNA分子復制的推測”，教師可先讓學生自己思考DNA分子復制的可能形式。學生積極討論，認為DNA分子復制的形式有兩種：全保留復制和全保留復制。隨后教師用一系列問題引導學生思考：① 怎樣證明是哪種復制方法？② 通過哪種技術才能分辨是親代DNA還是子代的DNA呢？③ 怎樣把分子質量不同的兩種DNA區(qū)分開？④ 如果DNA分子的復制方式是半保留復制，結果怎樣？如果是半保留復制，結果又是怎樣的？學生在教師的引導下知道用密度梯度離心法可以區(qū)分兩種DNA，接著他們嘗試用圖解法寫出兩種復制方法的結果。學生可推理出，如果是半保留復制，親代的DNA分子是兩條鏈都是15N（重帶）， 子一代DNA分子中一條鏈是15N，一條鏈是14N（中帶）；子二代中有兩個DNA分子一條鏈是15N，一條鏈是14N（中帶）；有兩個DNA分子兩條鏈全是14N（輕帶）。如果是全保留復制，親代的DNA分子兩條鏈都是15N（重帶），子一代中一個DNA分子中兩條鏈全是15N（重帶），一個DNA分子兩條鏈全是14N（輕帶）；子二代中有兩個DNA分子兩條鏈全是15N（重帶），兩個DNA分子兩條鏈全是14N（輕帶）。教師進一步指出：如果是半保留復制，試管中出現(xiàn)三條區(qū)帶；如果是全保留復制，試管中出現(xiàn)兩條區(qū)帶。而科學家的實驗結果是在試管中出現(xiàn)了三條區(qū)帶。至此，學生不僅自己能夠得出結論：DNA是半保留復制的特點，同時還能感受到科學探究的魅力。

3 模型與建模思維能力

生物學中的模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所作的一種簡化的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達。模型是認識生命世界和闡明生命活動原理的重要方法之一。高中生物學中涉及的模型可分為物理模型、概念模型和數(shù)學模型等。建模是一種創(chuàng)造性活動，學生要經(jīng)過不斷地分析、修正、創(chuàng)新才能得到。這符合學生認知規(guī)律，有助于不同層次學生個性的發(fā)展和潛能的開發(fā)。模型建構的過程可以鍛煉學生觀察、推理、分析、演繹等各種思維能力，使學生深入科學探究的過程。

例如，在學習“染色體變異”中關于“染色體組”的概念時，這歷來是學生難以理解和掌握的難點。如果學生直接閱讀教材，僅靠這一概念的表述是很難把握其本質特征的，可以通過小組活動來學習“染色體組”的概念。

教師首先給學生提供顯微鏡下果蠅的染色體圖，讓學生回憶同源染色體、常染色體和性染色體以及雌雄果蠅染色體的組成。接著，學生分組活動，構建物理模型。模型建構的活動說明：① 紅色和藍色帶磁性的塑料卡片分別代表來自母方和父方的染色體；②前后兩桌組成4人學習小組，教師利用塑料卡片模擬雌雄果蠅的染色體，構建雌雄果蠅體細胞與精子中染色體組成模型。利用學生在黑板上構建的雌雄果蠅的染色體組成，引導學生思考討論下列問題：① 雄果蠅的體細胞中共有哪幾對同源染色體？② 精子中有哪幾條染色體？這些染色體在形態(tài)、大小上有什么特點？是什么關系？

通過學生充分比較果蠅配子中的染色體組成（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X/Y）與果蠅體細胞中的染色體組成，從而獲得對一個染色組中的染色體組成部分的認識。學生嘗試構建“染色體組”的概念，即一組非同源染色體，在形態(tài)、結構、功能上各不相同，攜帶者控制生物生長發(fā)育的全部遺傳信息。這樣，通過小組合作構建物理模型，增強了學生學習興趣以及信心，學生在合作、探究活動中對“染色體組”的概念有了深刻的認識。

4 批判性思維能力

批判性思維是對自己或別人已有的思考和結論采取批判的態(tài)度，進行理由充分、邏輯嚴密的反思，提出質疑，弄清情況和進行獨立分析的過程，包含獨立自主、自信、思考、不迷信權威、頭腦開放、尊重他人等幾大要素。批判性思維是培養(yǎng)創(chuàng)新思維的前提，在高中生物學學習過程中，批判性思維要求學生對生物學問題或觀點敢于破舊立新，提出新的見解和論證，利于提高學生的創(chuàng)新能力和實踐能力。

生物學科的發(fā)展是在不斷地質疑和批判中進步和創(chuàng)新的，生物學史上成功或失敗的人物以及他們的經(jīng)歷，為培養(yǎng)學生的批判性思維提供了豐富的素材。例如，摩爾根不相信孟德爾的遺傳理論和薩頓的學說，通過果蠅的實驗發(fā)現(xiàn)了伴型遺傳的定律；美國科學家赫爾希和蔡斯對艾弗里實驗結果的精確性表示懷疑，他們改變生物材料并利用現(xiàn)代技術——同位素標記的方法才得出DNA是遺傳物質的肯定結論；英格豪斯對普利思特利的實驗的懷疑使得人類對光合作用的研究又向前了一步；還有達爾文得出進化論等這些生物科學的發(fā)展都是在科學家通過批判性思考得出的成果。

在生物學實驗中，教師要充分培養(yǎng)學生的批判性思維，培養(yǎng)學生觀察分析、解決問題能力，培養(yǎng)學生實事求是、嚴謹認真的科學態(tài)度和科學方法。例如，“DNA的提取和鑒定”實驗中，用于DNA提取的動物材料是“雞血”，但每只雞的血不多，這時有學生提出：能否用“豬血”代替“雞血”？豬血中成熟紅細胞無細胞核，其DNA的含量極少，是不適宜用做實驗材料的。但這時，教師最好是讓學生自己通過實驗證實這一點，這不僅是對該學生敢于質疑進行肯定，也是培養(yǎng)其通過科學的方法對自己的推測進行驗證的能力。又例如在“植物向光性實驗”完成后，教師可讓學生思考：此實驗中僅根據(jù)一側小孔的裝置得出的結果是否就可以得到結論？還應如何驗證？教師應引導他們提出科學的實驗驗證方法（要用前后左右4個孔做4組或先后4次實驗，才能綜合得出實驗結論，最后還要再在盒子頂端開孔，把4個側孔全封閉加以驗證）。由此鍛煉學生從一組系列實驗現(xiàn)象才能得出結論，通過驗證加理性思維才能從實驗結論得到一般結論的科學思維。

耶魯大學校長理查德·萊文說過：“如果一個學生從耶魯大學畢業(yè)后，居然擁有了某種專業(yè)的知識和技能，這就是耶魯教育最大的失敗?！币敶髮W不過分看重某種專業(yè)的知識和技能的傳授，十分重視最基本的教育——思維和價值觀的教育，他們注重激發(fā)學生思考，培養(yǎng)學生的思維能力和價值觀。學生理性思維能力的培養(yǎng)是一個艱苦且漫長的過程，不可能一蹴而就。為了學生的終身發(fā)展，教師一定要在平時的教學中潛移默化地對他們進行理性思維能力的培養(yǎng)。

[1] 劉玲，孫瑞嫻，王華峰.假說演繹推理在高中生物教學中的妙用[J].中學生物學，2016，(9)：22-24.

[2] 龐四喜.基于理性思維培養(yǎng)的高中生物課堂教學[J].中學生物教學，2017(1)：32-34.

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文件編號：1003-7586(2017)10-0076-03