例談高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中理性思維能力的培養(yǎng)

甘耀平

在學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)體系中，理性思維是核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的構(gòu)成要素。理性思維是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維方式。通過(guò)生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)逐步發(fā)展和形成理性思維習(xí)慣，學(xué)會(huì)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)新性思維等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會(huì)議題。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)為培養(yǎng)學(xué)生理性思維的自覺(jué)能動(dòng)性創(chuàng)造了良好的實(shí)踐環(huán)境和條件。教師可通過(guò)利用以下教學(xué)策略，在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透和培養(yǎng)學(xué)生的理性思維能力。

1 由表及里，培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括思維能力

歸納和概括是把個(gè)別事實(shí)抽象成一般原理的過(guò)程。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和統(tǒng)計(jì)。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、積累事實(shí)是學(xué)生進(jìn)行歸納和概括的基礎(chǔ)。因此，教師必須引導(dǎo)學(xué)生親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)和有目的觀察實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)。當(dāng)學(xué)生獲得較豐富的事實(shí)依據(jù)和較典型的事實(shí)表象后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行交流和討論，使學(xué)生掌握基本的生物學(xué)規(guī)律和原理。

例如，在學(xué)習(xí)孟德?tīng)栠z傳定律時(shí)，學(xué)生對(duì)于F1產(chǎn)生配子時(shí)非等位基因如何發(fā)生自由組合以及為何會(huì)發(fā)生自由組合難以理解。在進(jìn)行“兩對(duì)相對(duì)性狀的模擬雜交實(shí)驗(yàn)”時(shí)，教師可給每組學(xué)生提供4個(gè)大信封，分別寫(xiě)上“雄1” “雌1” “雄2” “雌2”，前兩個(gè)信封內(nèi)放入“黃Y” “綠y”的卡片各10張，后兩個(gè)信封內(nèi)放入“圓R” “皺r”的卡片各10張。然后從“雄1” “雄2”兩個(gè)信封中隨機(jī)取出1張卡片組合在一起，模擬F1產(chǎn)生雄配子的種類，從“雌1” “雌2”兩個(gè)信封中隨機(jī)取出1張卡片組合在一起，模擬F1產(chǎn)生雌配子的種類。再將4張卡片組合在一起，模擬受精作用產(chǎn)生F2的類型。之后，教師提問(wèn)：① 每一次模擬實(shí)驗(yàn)后，需將卡片重新放回原信封嗎？② 從“雄1” “雌1”和“雄2”“雌2”4個(gè)信封中分別取出的Y、y數(shù)量以及R、r數(shù)量相等嗎？學(xué)生通過(guò)觀察和統(tǒng)計(jì)F1產(chǎn)生的雌雄配子類型和F2類型，就可歸納和概括出自由組合定律的實(shí)質(zhì)是非等位基因自由組合了。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，教師在幫助學(xué)生突破難點(diǎn)的同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生歸納與概括的思維能力。

2 由此及彼，培養(yǎng)學(xué)生演繹與推理的思維能力

演繹與推理是從一般性前提出發(fā)，通過(guò)推導(dǎo)，得出個(gè)別結(jié)論的過(guò)程。生物科學(xué)作為一門自然科學(xué)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬓允侵饕卣?。在高中生物學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，演繹與推理思維能力要求學(xué)生能夠運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的生物學(xué)規(guī)律，通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、猜想等活動(dòng)，預(yù)測(cè)和探討相關(guān)的生命現(xiàn)象，并能用恰當(dāng)?shù)姆绞疥U明自己的想法。

例如，在學(xué)習(xí)“物質(zhì)出入細(xì)胞的方式”時(shí)，通過(guò)質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)，學(xué)生已知：成熟的植物細(xì)胞是一個(gè)完整的滲透系統(tǒng)，當(dāng)細(xì)胞液濃度小于外界溶液濃度時(shí)，細(xì)胞會(huì)因?yàn)槭l(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。之后，教師可繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考：① 若用一定濃度的甘油或KNO3溶液代替蔗糖溶液，會(huì)出現(xiàn)不一樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嗎？學(xué)生依據(jù)質(zhì)壁分離的一般原理進(jìn)行分析和猜想后，教師可提供甘油和KNO3兩種試劑，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想是否正確。② 洋蔥外表皮細(xì)胞是否會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離，如何觀察洋蔥外表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離現(xiàn)象？學(xué)生根據(jù)洋蔥外表皮顏色淺、不易觀察的特點(diǎn)，猜想可采用之前所學(xué)的紅墨水染色的方法。之后，教師提供相關(guān)材料，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。相比于直接告訴學(xué)生答案的學(xué)習(xí)方式，通過(guò)演繹推理方式更有利于學(xué)生主動(dòng)、深入理解生物學(xué)概念，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦硇运季S。

3 由繁化簡(jiǎn)，培養(yǎng)學(xué)生模型與建模的思維能力

模型是對(duì)所認(rèn)識(shí)事物的概括性描述，可以分為物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型等幾類。模型構(gòu)建則是運(yùn)用模型的方法將抽象的、不可測(cè)的事實(shí)或過(guò)程借助身邊的材料、用具或應(yīng)用數(shù)學(xué)方法、圖像等加以描述、概括總結(jié)的一種活動(dòng)。在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，教師要充分挖掘教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用模型建構(gòu)的方法，經(jīng)歷思維與行動(dòng)的相互協(xié)調(diào)，可有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)。

例如，在“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”實(shí)驗(yàn)中，教師可將硬紙板作裁剪出若干不同形狀的紙片，用五邊形紙片代表脫氧核糖，圓形紙片代表磷酸，涂上不同顏色的長(zhǎng)方形紙片代表四種不同的堿基。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生用細(xì)鐵絲將這些“零件”連接組裝成若干個(gè)含有不同堿基的脫氧核苷酸模型，進(jìn)而繼續(xù)制作成堿基互補(bǔ)配對(duì)的兩條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈模型。再用訂書(shū)釘連接堿基對(duì)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)最后得到DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。在DNA模型的建構(gòu)過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)歷了思考——嘗試——錯(cuò)誤——再思考——再嘗試的思維過(guò)程，深刻地理解了DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，體驗(yàn)了模型建構(gòu)的學(xué)習(xí)方法，提高了理性思維能力。

4 由信生疑，培養(yǎng)學(xué)生批判與質(zhì)疑的思維能力

美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》提出，科學(xué)是格物致知的一種途徑，其基本特點(diǎn)是以實(shí)證為判別尺度，以邏輯作論辯的武器，以懷疑作審視的出發(fā)點(diǎn)。批判與質(zhì)疑思維是指對(duì)所學(xué)內(nèi)容的真實(shí)性、精確性、性質(zhì)與價(jià)值進(jìn)行判斷，從而對(duì)做什么和相信什么作出合理的決策。擁有批判性思維的學(xué)生習(xí)慣于對(duì)自己或是他人的觀點(diǎn)進(jìn)行反思、質(zhì)疑并進(jìn)行分析，同時(shí)通過(guò)思考作出理性的決定。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)原理、材料、方法等方面分析實(shí)驗(yàn)的不嚴(yán)謹(jǐn)之處，設(shè)計(jì)、分析、評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行修改和完善，分析實(shí)驗(yàn)的異?，F(xiàn)象等，這些過(guò)程可充分鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

例如，在進(jìn)行“探究酶的專一性”實(shí)驗(yàn)前，教師可提供唾液淀粉酶、過(guò)氧化氫酶（豬肝研磨液）等幾種常見(jiàn)的酶以及其他所需的實(shí)驗(yàn)材料、用具等，引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考：能否利用I2-KI溶液替代本尼迪特試劑來(lái)探究唾液淀粉酶的專一性？由于I2-KI溶液不能判斷蔗糖能否被水解，學(xué)生得出本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選用本尼迪特試劑的原因。實(shí)驗(yàn)之后，教師還可繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維拓展，如果唾液淀粉酶加蔗糖的試管也呈現(xiàn)輕度陽(yáng)性反應(yīng)（出現(xiàn)紅黃色沉淀），該如何解釋，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的假設(shè)。從實(shí)驗(yàn)前的方案設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)操作與分析，再到實(shí)驗(yàn)后的思考與拓展，不僅增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，讓學(xué)生知其然、知其所以然，而且培養(yǎng)了學(xué)生大膽質(zhì)疑的勇氣，提高了學(xué)生的批判與質(zhì)疑的思維能力。

5 推陳出新，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維能力

創(chuàng)新思維是指突破常規(guī)思維的限制，以新穎獨(dú)創(chuàng)的方法解決實(shí)際問(wèn)題的思維活動(dòng)。具有創(chuàng)新思維的學(xué)生能從多角度、多側(cè)面、多層次去思考問(wèn)題，尋求答案。生物實(shí)驗(yàn)課是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的主要陣地，把創(chuàng)新思維的教育融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。

在實(shí)驗(yàn)前，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生自帶適宜的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師應(yīng)營(yíng)造相對(duì)寬松、自由的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境和氛圍，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真操作，正確觀察并如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不能想當(dāng)然地將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作為“標(biāo)準(zhǔn)答案”。例如，在“檢測(cè)生物組織中油脂、糖類和蛋白質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中，除了實(shí)驗(yàn)室提供的花生、蘋(píng)果汁、豆?jié){三種材料外，學(xué)生自帶的實(shí)驗(yàn)材料常有用動(dòng)物脂肪和植物油檢測(cè)油脂，用西瓜汁和番茄汁等替代蘋(píng)果汁檢測(cè)還原性糖，用雞蛋清和豆奶檢測(cè)蛋白質(zhì)等。教師引導(dǎo)學(xué)生從生活中就地取材，并比較不同實(shí)驗(yàn)材料所得到的現(xiàn)象，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，針對(duì)花生種子切片難的問(wèn)題，教師可鼓勵(lì)學(xué)生思考是否有其他方法便于操作和觀察。有的學(xué)生想到用刀片刮的方法。教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生比較這兩種制片方法觀察效果的差異性，得出用刮取法易操作，但難觀察到完整細(xì)胞的結(jié)論。教師在平常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有意識(shí)地多給學(xué)生思考和操作的時(shí)間和空間，激發(fā)學(xué)生的探究興趣和創(chuàng)造性，有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

參考文獻(xiàn)：

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