基于科學(xué)思維達(dá)成的生物學(xué)概念學(xué)習(xí)

安云彥 劉夢(mèng)琦 李秋石

(河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 石家莊 050024)

生物學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生獲得的持久能力和品格，是學(xué)生終身受益的學(xué)習(xí)成果，其中科學(xué)思維是學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界、爭(zhēng)取獲得高質(zhì)量結(jié)果的思維方式和習(xí)慣[1]。在科學(xué)思維形成的具體過程中，學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的方法認(rèn)識(shí)事物、運(yùn)用科學(xué)論證解決實(shí)際問題，從而獲得高質(zhì)量的概念學(xué)習(xí)。因此，生物學(xué)概念教學(xué)的形成需要和學(xué)生的科學(xué)思維的達(dá)成有效對(duì)接。

1 呈現(xiàn)外部表征、形成概念沖突，實(shí)現(xiàn)形象思維和概念問題的對(duì)接

在生物學(xué)概念學(xué)習(xí)的過程中，科學(xué)思維能力的形成需要通過對(duì)概念進(jìn)行一定的外部表征(包括物理模型、文字、符號(hào)、圖像、視頻等)作為支撐。通過外部表征，學(xué)生形成概念沖突，產(chǎn)生質(zhì)疑精神，從而以對(duì)概念產(chǎn)生的問題為起點(diǎn)進(jìn)行概念學(xué)習(xí)。概念問題是學(xué)生思考和探究的前提，同時(shí)也聚焦了學(xué)生的科學(xué)思維。

例如，在學(xué)習(xí)“基因突變”相關(guān)概念時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這一概念進(jìn)行外部表征： 第一步是進(jìn)行圖解表征： 逐步引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建出鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因圖解，深入理解由于堿基對(duì)的替換導(dǎo)致基因突變的機(jī)制。同時(shí)，引發(fā)學(xué)生對(duì)導(dǎo)致基因突變的堿基對(duì)的其他可能性行為產(chǎn)生質(zhì)疑并作出猜想。第二步是進(jìn)行物理模型表征，引導(dǎo)學(xué)生利用教具構(gòu)建出正常的DNA、 RNA和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)自己的猜想進(jìn)行教具演示，深入理解堿基對(duì)的增添和缺失也可以引起基因突變，并產(chǎn)生“什么原因會(huì)引起堿基對(duì)的替換、增添和缺失”的質(zhì)疑。通過一步步地呈現(xiàn)外部表征，實(shí)現(xiàn)了問題引領(lǐng)下的概念學(xué)習(xí)和形象思維發(fā)展的對(duì)接。

2 開展科學(xué)論證、促進(jìn)概念理解，實(shí)現(xiàn)論證思維和概念內(nèi)化的對(duì)接

科學(xué)思維是一個(gè)理論與證據(jù)相互協(xié)調(diào)的過程，是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維方式[2]。在生物學(xué)概念學(xué)習(xí)的過程中，科學(xué)思維的達(dá)成需要證據(jù)意識(shí)和理論意識(shí)的相互結(jié)合，即通過不斷地實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)探求證據(jù)，讓理論與證據(jù)不斷碰撞，用論證思維構(gòu)建科學(xué)概念與解釋。通過科學(xué)論證的過程，彌合學(xué)生先前所產(chǎn)生的概念沖突，從而使科學(xué)概念在學(xué)生的思維中得以內(nèi)化。

例如，在學(xué)習(xí)“基因在染色體上”這一概念時(shí)，教師要著重培養(yǎng)學(xué)生的論證思維。以對(duì)基因和染色體的行為關(guān)系的類比推理為論證基礎(chǔ)得出論證的主要問題，即：“基因位于染色體上的證據(jù)是什么？”以紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅的雜交實(shí)驗(yàn)作為論證主體，來解釋既有的理論和事實(shí)。以紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅的測(cè)交實(shí)驗(yàn)作為論證實(shí)質(zhì)，來對(duì)論證過程進(jìn)行驗(yàn)證，使整個(gè)論證過程科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。這樣，就形成了通過論證基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)問題、通過論證主體解釋事實(shí)、通過論證實(shí)質(zhì)科學(xué)驗(yàn)證的論證思維。同時(shí)，學(xué)生在整個(gè)論證過程中經(jīng)過對(duì)類比推理、雜交實(shí)驗(yàn)與測(cè)交實(shí)驗(yàn)的深度學(xué)習(xí)，在促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)概念理解的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了概念的內(nèi)化。

3 綜合分析思維、構(gòu)建概念框架，實(shí)現(xiàn)邏輯思維和整體概念的對(duì)接

在生物學(xué)概念學(xué)習(xí)的過程中，教師一方面要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)重要概念進(jìn)行論證以加深學(xué)生對(duì)于相關(guān)概念的深入理解。另一方面，生物學(xué)概念教學(xué)不應(yīng)只停留在理解眾多孤立零散的概念上，而是要幫助學(xué)生通過綜合分析等方式來建立重要概念，并以此來構(gòu)建概念框架。綜合分析既是概念框架構(gòu)建的基礎(chǔ)，也是邏輯思維的基礎(chǔ)，通過歸納、概括、演繹、推理等方式對(duì)重要概念進(jìn)行分析綜合，既能實(shí)現(xiàn)整體概念的認(rèn)知，又能實(shí)現(xiàn)邏輯思維的發(fā)展。

例如，要解決2016年高考全國(guó)卷I第30題第3問，首先要根據(jù)自變量和因變量綜合分析，提煉相關(guān)的概念語詞： 光合作用強(qiáng)度、光照強(qiáng)度與遺傳因素；其次，還需要整合這些概念及關(guān)系，形成概念框架的整體分析： ①當(dāng)遺傳物質(zhì)相同(都來同一品種植物)，光照強(qiáng)度不同時(shí)(分別為甲組培養(yǎng)條件和乙組培養(yǎng)條件)，光合作用強(qiáng)度曲線不同。②當(dāng)遺傳物質(zhì)相同(都來自同一品種植物)，光照強(qiáng)度相同時(shí)(都為甲組的培養(yǎng)條件)，光合作用強(qiáng)度曲線相同。最后，再經(jīng)過邏輯思維的歸納概括可得出概念框架本質(zhì)： 光合作用強(qiáng)度的表型=環(huán)境+基因型。進(jìn)而可以表述為乙組光合作用強(qiáng)度與甲組不同是由于環(huán)境低光照引起的，而不是遺傳物質(zhì)改變引起。整個(gè)過程很好地測(cè)評(píng)了學(xué)生整體概念意識(shí)和綜合分析思維。

4 深入科學(xué)實(shí)踐、進(jìn)行概念遷移，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐思維和概念應(yīng)用的對(duì)接

科學(xué)思維的形成需要實(shí)踐的檢驗(yàn)。在科學(xué)實(shí)踐中，應(yīng)用生物學(xué)概念解決不同情境下的真實(shí)生物學(xué)問題是概念學(xué)習(xí)的最高水平。學(xué)生在新情境下遇到生物學(xué)問題時(shí)，要能夠利用已有的生物學(xué)知識(shí)和科學(xué)思維方法去進(jìn)行實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)，探尋證據(jù)、推理設(shè)計(jì)、表述觀點(diǎn)、進(jìn)行決策，在概念應(yīng)用中發(fā)展實(shí)踐思維，提升真正的概念遷移能力。

例如，在學(xué)習(xí)完“微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用”后，可以為學(xué)生提供2016年高考全國(guó)卷I第39題中的“根據(jù)空氣中的微生物在重力等作用下可一定程度地沉降”的情境開展科學(xué)實(shí)踐，探究“教室內(nèi)不同高度空氣中微生物的分布情況”。通過實(shí)驗(yàn)，既發(fā)展了實(shí)踐思維，又實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)基成分、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、計(jì)數(shù)方法等概念的遷移與應(yīng)用。再如，學(xué)習(xí)完“標(biāo)志重捕法”這一概念后，鼓勵(lì)學(xué)生去調(diào)查某一養(yǎng)漁場(chǎng)中鯉魚的數(shù)目，在發(fā)展實(shí)踐思維的同時(shí)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志重捕法中取樣、計(jì)算與結(jié)果分析等相關(guān)概念的應(yīng)用與遷移。