核心素養(yǎng)視角下生物專業(yè)師范生非線性思維的培養(yǎng)

吳恒梅，呂冬云，高 暢，鄒 玉，張衛(wèi)東，周清波，岳麗紅，許 龍

(佳木斯大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

進入21世紀(jì)后，以信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能和5G技術(shù)為核心驅(qū)動的新技術(shù)浪潮日新月異，第四次工業(yè)革命也迅速興起，它正越來越全面深度地介入到人類社會生活的方方面面，也為教育提供了全新的背景，期盼培養(yǎng)出具有非線性思維能力的一代新人。

一、生物專業(yè)師范生非線性思維提出的背景

第四次工業(yè)革命是“智能型信息物理系統(tǒng)所主導(dǎo)生產(chǎn)的社會結(jié)構(gòu)性變革”。它將推動人類社會向“智能化、虛擬化、超鏈接[1]”轉(zhuǎn)變，催生了智慧化教育，在5G強大技術(shù)的支撐下，智慧化教育呈現(xiàn)“智能化、泛在化”“虛擬化、開放化”[2]、合作化的趨勢。這將對地方高校培養(yǎng)生物專業(yè)師范生核心素養(yǎng)的落地帶來全新的挑戰(zhàn)，生物專業(yè)師范生教育面臨著許多不確定性，也可以說生物專業(yè)師范生教育發(fā)展呈現(xiàn)非線性發(fā)展趨勢，教育發(fā)展的形勢倒逼高校將生物專業(yè)師范生非線性思維培養(yǎng)作為教學(xué)的重要方向。

二、非線性思維的比較優(yōu)勢

線性思維的“思維過程是直線的、單維度的”[3]，它主要思維方式是邏輯判斷與推理，因此有人指出線性思維具有“單一、確定和保守等特征”，指出其是“阻礙理工科人才全面素質(zhì)發(fā)展”[4]的罪魁禍?zhǔn)住Ｊ澜缡且粋€極宏觀巨系統(tǒng)，是線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的集合體，在牛頓力學(xué)研究范疇中，線性系統(tǒng)是其主要構(gòu)成；而在廣義相對論和量子力學(xué)研究范疇，非線性系統(tǒng)是其主要構(gòu)成。有人據(jù)此將思維分為“線性思維和非線性思維兩種……創(chuàng)造性思維是非線性思維，具有跳躍性、不連續(xù)性、不可微性，是突變的、跨越的，如靈感?！盵5]非線性思維的主要表現(xiàn)為直覺思維和頓悟思維，均呈現(xiàn)“偶然性、突發(fā)性、非邏輯性、創(chuàng)造性”[3]等特征。既然世界“復(fù)雜性的根源在于世界的非線性”[5]，那么非線性思維就是一把探索世界奧秘不可或缺的“金鑰匙”。

三、培養(yǎng)生物專業(yè)師范生非線性思維的實現(xiàn)路徑

(一)親近科學(xué)史，啟迪生物專業(yè)師范生的非線性思維

弗萊明有個習(xí)慣：往往順手把那些初步研究過的培養(yǎng)器皿隨便擺放,過一段時間他會偶爾查看。1928年9月15日下午,弗萊明在實驗室突然發(fā)現(xiàn)“靠近窗邊一個蓋子沒有蓋好的葡萄球菌培養(yǎng)皿中出現(xiàn)了一種青色的霉菌”，殺死了葡萄球菌。弗萊明非常驚訝，立即仔細觀察，確定這種菌種是青霉菌。他后來得知這種青霉菌是從樓上的窗口“飄落下來的”。他晚年在參觀美國一所著名的生物實驗室后意味深長地說，如果我的實驗室也這樣井井有條，“我可能永遠也發(fā)現(xiàn)不了青霉素?！盵6]弗萊明的隨意性與發(fā)現(xiàn)青霉素沒有確定的邏輯關(guān)系，是非線性的。這啟示我們對于某些執(zhí)著追蹤科學(xué)真理的人來說，一時的隨意甚至偶爾的失誤可能促成偉大的發(fā)現(xiàn)，由此可見，非線性思維在弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素時起到了關(guān)鍵性作用。

(二)知行合一，領(lǐng)悟生物專業(yè)師范生的非線性思維

在講授“人體解剖生理學(xué)實驗”的“神經(jīng)干復(fù)合電位”章節(jié)時，筆者采用“任務(wù)驅(qū)動分組實驗法”。要求各組自主制定實驗方案并限期上報。在審查學(xué)生的實驗方案時，發(fā)現(xiàn)學(xué)生出于節(jié)約實驗經(jīng)費的目的，計劃到野外捕捉蟾蜍。這反映出學(xué)生固守線性思維，而沒有考慮到法律問題?！吨腥A人民共和國野生動物保護法》明確規(guī)定了蟾蜍受到法律保護，不得隨意私自捕捉，蟾蜍是“三有動物”，“在2014年，國內(nèi)首次對捕捉野生蟾蜍者進行了刑事處罰”[7]。況且野外隨機捕捉的蟾蜍不一定符合實驗要求。在進行“神經(jīng)干復(fù)合電位的測定”的實驗時，各實驗小組的結(jié)果均與教材有出入，筆者同實驗學(xué)生認(rèn)真進行檢查分析，發(fā)現(xiàn)有的小組的屏蔽盒濕度不夠；有的濕度過大，導(dǎo)致電極短路；有的電極銀絲清潔度不夠，影響了導(dǎo)電效果。學(xué)生感悟到做實驗還要有實驗儀器設(shè)備保養(yǎng)維護的知識。有一次，筆者安排學(xué)生在星期五下午進行實驗，巴基斯坦留學(xué)生沒來，實驗因此推遲。經(jīng)了解得知，巴基斯坦留學(xué)生信仰伊斯蘭教，穆斯林每周五到清真寺集體舉行晌禮，即“聚禮”。這無形中又給筆者和學(xué)生上了一課，教育教學(xué)中要考慮到跨文化的問題。利用“任務(wù)驅(qū)動分組實驗法”，大膽讓學(xué)生主持并全過程參與實驗，使學(xué)生在實驗中暴露出思想簡單化、程式化等線性思維問題，深刻認(rèn)識到科學(xué)研究探索不僅需要專業(yè)知識，還需要跨專業(yè)跨學(xué)科跨領(lǐng)域跨文化思維，尤其是隨著全球一體化進程的加快，來華留學(xué)創(chuàng)業(yè)發(fā)展的外國人越來越多，宗教信仰、民俗文化、民族歷史、民族感情等文化背景知識將成為我們應(yīng)對未來的知識儲備，跨文化交流已經(jīng)成為中國人必須考慮的問題。

(三)開放包容，孕育生物專業(yè)師范生的非線性思維

非線性思維形成機制與創(chuàng)新思維類似，都“必須在開放環(huán)境進行”。在討論、爭論中“容易產(chǎn)生新思想、新觀點”[6]。在分組實驗中，教師要引入競爭機制，充分做好組際競爭的動員，營造積極的競爭氛圍，以此激發(fā)學(xué)生做好實驗的熱情，促進學(xué)生積極嚴(yán)謹(jǐn)?shù)丶毣瘜嶒灧桨?，?yōu)化實驗流程，規(guī)范實驗過程。在實驗中，組內(nèi)學(xué)生各揚其長，各司其職，互相啟發(fā)，協(xié)調(diào)一致，充分認(rèn)識到團隊精神的重要性。教師還應(yīng)組織設(shè)立小組聯(lián)席會議，為學(xué)生暢所欲言，突發(fā)奇想，溝通碰撞創(chuàng)立平臺。參與實驗的學(xué)生有著各自不同的性格稟賦、文化背景、家庭背景、生活經(jīng)歷，因此不僅要求學(xué)生做驗證性實驗，還要鼓勵學(xué)生做個性化實驗，不要怕失敗。在開放包容的的自由環(huán)境中，學(xué)生在實驗中才能大膽放手實驗，敢想敢闖敢試，靈感的火花會突然爆發(fā)，甚至偶爾的失誤都會改變實驗結(jié)果，促成新的發(fā)現(xiàn)發(fā)明。在開放包容的聯(lián)席會議平臺上，參與實驗的學(xué)生分享實驗的發(fā)現(xiàn)、方法、經(jīng)驗，甚至是失敗的教訓(xùn)，使觀點思想感悟在對話中交流碰撞，使每一個參與者都能受到啟迪啟發(fā)，再次擦出耀眼的靈感火花。

(四)創(chuàng)設(shè)困境，激發(fā)生物專業(yè)師范生的非線性思維

蘇霍姆林斯基曾說過：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者?！痹谏茖W(xué)研究中，科學(xué)家有許多一時難以解釋的生命現(xiàn)象，未解之謎。教師可以以此為契機創(chuàng)設(shè)探究困境，激發(fā)學(xué)生主動探究的內(nèi)生動力?！懊傅膶Ｒ恍浴边@一節(jié)理論知識看似很簡單，某些“酶”的催化具有絕對專一性，只對某種特定的物質(zhì)具有催化作用。在平常中發(fā)現(xiàn)不平常，可以設(shè)計學(xué)生思考問題：為什么某種酶具有絕對專一性？它的詳細的催化機制是什么？以此創(chuàng)設(shè)學(xué)生學(xué)習(xí)困境，讓學(xué)生在不知不覺中由學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍l(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者”，使學(xué)生對科學(xué)奧秘充滿了好奇，從而激發(fā)學(xué)生強烈的探究熱情，執(zhí)著尋求非常規(guī)非線性解決之道。讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)探究中深刻體驗學(xué)習(xí)困境。學(xué)生在做“神經(jīng)干復(fù)合電位的測定”和“骨骼肌單收縮”實驗時，總有繞不過去的問題：怎樣迅速確定電流強度的極值？在做“影響家兔呼吸調(diào)節(jié)的因素”實驗時，學(xué)生同樣遇到了困惑的現(xiàn)象：家兔自主神經(jīng)被阻滯或切斷后，“呼吸與RR間期仍然呈同步變化關(guān)系，減慢呼吸頻率與心率減慢結(jié)果一致?！盵8]這困惑深深地困擾著學(xué)生，激起了學(xué)生探究奧秘的強烈欲望，更為學(xué)生指明了方向，促使學(xué)生拋棄線性思維，大膽突破禁區(qū)，發(fā)揮直覺和頓悟思維優(yōu)勢，擁抱科學(xué)真理。

(五)擁抱人文，放飛生物專業(yè)師范生的非線性思維

現(xiàn)在的自然科學(xué)過于迷信理性，卻未能認(rèn)真理性地反思理性思維致命的弱點。理性思維可以說線性思維，具有單一化、簡單化，保守性等特點，注定了它無法解決復(fù)雜問題的宿命。科學(xué)使用的思想武器主要是邏輯概念和推理,但“思維憑借這些邏輯手段不可能‘達到存在的深不可測的淵源’。”[9]人文學(xué)科恰恰是治療線性思維缺陷的良藥。錢學(xué)森說過:科技工作“絕不能局限于抽象思維的歸納推理法,即所謂的`科學(xué)方法',而必須兼用形象或直覺思維。”[10]物理學(xué)大師波爾則給出了精辟的解釋，“藝術(shù)能為科學(xué)想象和幻想提供較多的自由空間”[11]。愛因斯坦擅長拉小提琴，他在緊張思索的時候，每次陷入思維困境,就拉起小提琴，“那古典音樂的優(yōu)美、和諧、充滿想象力的旋律,加深了他對物理學(xué)的思索，引導(dǎo)他在數(shù)學(xué)王國作自由、創(chuàng)造性的遐想”[11]，指明了理論物理學(xué)的方向?！绑蛤茏巧窠?jīng)干雙相動作電位產(chǎn)生機制”實驗比較枯燥，繁瑣，實驗之前，可以播放世界經(jīng)典音樂《藍色多瑙河》等名曲，聆聽著優(yōu)美恬靜的音樂，學(xué)生浮躁激動的心漸漸歸于平靜，漸漸融入到春花、明月、長江、天宇、藍色的多瑙河清幽空寂的意境中，心無雜念，浮想聯(lián)翩。閱讀品味中國某些禪意詩和哲理詩，浸淫中華傳統(tǒng)文化，汲取古人智慧，總會讓人心曠神怡、豁然開朗。品讀陶淵明《飲酒》“采菊東籬下，悠然見南山”時，讓人無欲無求，悠然自得；吟誦王維《過香積寺》“泉聲咽危石，日色冷青松。薄暮空潭曲，安禪制毒龍”時，心漸漸歸于空寂，心如止水；吟賞張若虛《春江花月夜》時，心漸漸入定，空明澄澈，物我相忘。靜能生慧，它能學(xué)生學(xué)習(xí)探索創(chuàng)造自由寬松的最佳心境。文學(xué)藝術(shù)具有超越性、超脫性、跳躍性，它超越了現(xiàn)實功利性，永恒追求真善美的真諦，永恒追求終極人生意義，是人類永遠的精神家園。文學(xué)藝術(shù)經(jīng)典是人生航行的燈塔，漫漫人生路的不竭動力，是自然科學(xué)健康發(fā)展的思想保證。它那天馬行空的想象、博大精深的思想、獨出機杼的構(gòu)思、出神入化的文筆、氣象萬千的形制，無不是非線性思維的光輝典范，為學(xué)生提供非線性思維的方法論。人文學(xué)科是守望人的精神生命和社會生命的學(xué)科,是守望人類文明健康發(fā)展的學(xué)科。

四、結(jié)語

第四次工業(yè)革命正席卷全球，移動互聯(lián)技術(shù)日新月異，“5G”技術(shù)又橫空出世，正以不可思議的速度大踏步推廣，人類社會的非線性發(fā)展的特征愈發(fā)彰顯，中華民族偉大復(fù)興對人才的創(chuàng)新性思維的要求已是空前迫切，因此培養(yǎng)生物專業(yè)師范生的非線性思維意義重大，刻不容緩。