以培養(yǎng)學(xué)生理性思維的探討

段紫星

摘要：運用交互式電子白板進行教學(xué)，通過創(chuàng)設(shè)問題情境、依據(jù)問題建構(gòu)模型、運用模型進行類比推理與模擬實驗，引導(dǎo)學(xué)生積極參與問題探究，提升學(xué)生的分析、歸類、聯(lián)系、發(fā)現(xiàn)范型、觀察、解釋、排序、預(yù)測等多種理性思維能力，進一步提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：電子白板;類比;模擬;理性思維

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

坎貝爾提出，教學(xué)應(yīng)當(dāng)重視發(fā)展學(xué)習(xí)者的“理性思維”能力，并按以提問促進理性思維發(fā)展的方式，將理性思維分為如下20種：分析、提問、歸類、交流、比較、聯(lián)系、對照、精細加工、評價、推測、解釋、測量、觀察、運作、發(fā)現(xiàn)范型、預(yù)測、排序、總結(jié)、綜合、確證。交互式電子白板具備書寫、畫圖、拖動、放大等功能，用于生物學(xué)教學(xué)中，通過類比和模擬的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動地參與探究，展示相關(guān)的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理過程，可有效地激發(fā)學(xué)生的思維。

1類比

類比是由兩個對象的某些相同或相似的性質(zhì)，推斷它們在其他性質(zhì)上也有可能相同或相似的一種推理形式。將人們熟悉的事物與不熟悉的事物相類比，能給人留下深刻的印象，新事物的特征也往往在比較中顯現(xiàn)出來。因此，當(dāng)學(xué)生所學(xué)知識較難或較抽象時，解決這個問題的有效途徑之一就是教師在學(xué)生己學(xué)知識和新學(xué)知識之間運用類比模型。

1.1結(jié)構(gòu)功能類比，促進分析、歸類、聯(lián)系思維發(fā)展

顯微鏡的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由于很多學(xué)生都用過放大鏡。在學(xué)習(xí)顯微鏡的結(jié)構(gòu)時，教師可將顯微鏡與放大鏡進行類比：顯微鏡和放大鏡都具有放大的作用，由此推出顯微鏡和放大鏡放大原理是一樣的，也具有類似的結(jié)構(gòu)。

教師先在白板上展示一只蝴蝶，提問：如果要觀察蝴蝶的更細微結(jié)構(gòu)，可以用什么工具？學(xué)生會想到放大鏡，教師將事先縮小的放大鏡圖片放大，讓學(xué)生拖動到一個合適的位置。學(xué)生結(jié)合自己使用放大鏡的經(jīng)歷，想到放大鏡要和物體有一定的距離。教師提問：放大鏡能夠懸空嗎？學(xué)生想到為了解放自己的雙手，可以用一個架子來固定放大鏡（圖1甲）。教師再給，學(xué)生介紹桌面臺式放大鏡，附帶LED補光燈，可方便在夜間或光線昏暗的地點正常使用（圖1乙）。最終學(xué)生得出放大物像應(yīng)具備放大鏡、調(diào)節(jié)焦距、光源、支架等結(jié)構(gòu)。教師呈現(xiàn)顯微鏡圖片，介紹各結(jié)構(gòu)和功能，要求學(xué)生將所有的結(jié)構(gòu)進行歸類（圖1丙）。

大腦一次性接收的信息量有限，由于顯微鏡具有多個結(jié)構(gòu)，一一呈現(xiàn)出來會讓學(xué)生覺得太復(fù)雜。教師將顯微鏡和放大鏡進行類比，采用結(jié)構(gòu)化的信息處理方式，在顯微鏡的所有結(jié)構(gòu)中篩選出關(guān)鍵信息，歸納，整理并提煉出結(jié)論。學(xué)生只需記得顯微鏡具備四個方面的結(jié)構(gòu)，這四要素構(gòu)成了類似金字塔形式的信息結(jié)構(gòu)。學(xué)生將信息以這樣的方式儲存到大腦里，不僅清楚了顯微鏡的結(jié)構(gòu)，而且也理解了各結(jié)構(gòu)之間的邏輯關(guān)系。結(jié)構(gòu)功能類比促進了學(xué)生理性思維的發(fā)展：①分析，放大物像必須滿足的條件;②歸類，將顯微鏡各結(jié)構(gòu)組織成一個個類別;③聯(lián)系，各結(jié)構(gòu)之間有什么聯(lián)系。

1.2生理過程類比，促進發(fā)現(xiàn)范型、歸類、聯(lián)系思維發(fā)展

尿液的形成對于學(xué)生來說是個難點，學(xué)生可以記住尿的形成包括過濾和重吸收兩個過程，但是對這兩個過程中物質(zhì)的變化理解比較困難。教師創(chuàng)設(shè)生活情境，引導(dǎo)學(xué)生解決現(xiàn)實問題，構(gòu)建類似腎臟的模型。

教師創(chuàng)設(shè)問題情境：假設(shè)你承包了一個魚塘，現(xiàn)在魚塘里的有大黃魚和小黃魚，其中小黃魚死掉了一部分，現(xiàn)在你要賣掉所有的死魚和一小部分活的小黃魚，如何最快地捕撈到這些魚？

接著，在電子白板上展示一個魚塘，并按照題意將所有的魚分成兩組：一組是大黃魚和部分活的小黃魚，另一組是死的小黃魚和部分活的小黃魚。學(xué)生討論怎樣才能將所有的魚分成這樣的兩個組。教師引導(dǎo)學(xué)生分成兩步：①先將大黃魚分出來;②讓一部分活的小黃魚也過來（圖2甲）。針對第一步，學(xué)生很容易想到用漁網(wǎng)，漁網(wǎng)可以把大魚撈起來或者是可以讓小魚通過漁網(wǎng)，運用電子白板的拖動功能，學(xué)生可以演示所有的小黃魚通過漁網(wǎng)的過程（圖2乙）。針對第二步，學(xué)生會考慮要設(shè)置一個障礙，死魚不能繞過這個障礙，活魚卻可以通過（圖2丙）。

活動結(jié)束后，教師展示尿液的形成，血液流經(jīng)腎臟后，尿素、多余的水分和無機鹽形成尿液，經(jīng)輸尿管流入膀胱暫時儲存（圖2?。?。尿液形成過程與以上捕撈魚的過程類似，先讓血液中較大的組分通過，再按人體所需吸收營養(yǎng)物質(zhì)。完成這兩個過程需要相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，腎臟中就具有類似漁網(wǎng)和障礙的結(jié)構(gòu)。

對于抽象問題的解決，教師通常利用動畫或制作實物模型等使之形象化，幫助學(xué)生形成感性認識，但不能有效激發(fā)學(xué)生的思維。教師利用電子白板建立事物的模型，運用模型將生命活動展示出來，要求學(xué)生動手動腦。撈魚的模型只是腎單位原型的簡化，不可能也沒必要把腎單位的所有細節(jié)都列舉出來，但是它保留了系統(tǒng)原型的一些本質(zhì)特征。學(xué)生通過類比模型的建構(gòu)，親歷了思維的探究，過濾和重吸收兩個過程是對血液成分進行分類處理，要完成什么樣的功能就需要相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。

生理過程類比促進了學(xué)生理性思維的發(fā)展：①發(fā)現(xiàn)泛型，生命活動和社會生產(chǎn)活動等不同對象之間有相似的地方;②歸類，將血液中的成分按照不同的依據(jù)進行分類;③聯(lián)系，結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系。

2模擬

模擬是對真實事物或者過程的虛擬。在教學(xué)過程中，有時難以直接拿研究對象做實驗，可以用模型來做實驗，即模仿實驗對象制作模型，模仿實驗的某些條件進行實驗，也可以對事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運動變化過程進行模擬。

2.1模擬生理過程，促進觀察、解釋、聯(lián)系思維發(fā)展

在學(xué)習(xí)基因的顯性和隱性時，舉例說出相對性狀和基因的顯隱性之間的關(guān)系，并運用圖解方式描述控制相對性狀的一對基因的傳遞特點，這對學(xué)生來說有一定的難度。教師在白板上用一方形的卡片作為模型來表示基因，利用白板的拖動功能模擬基因的傳遞過程可有效突破難點。

教師創(chuàng)設(shè)問題情境：純種紅花豌豆和純種白花豌豆雜交，子一代表現(xiàn)為紅花。假設(shè)純種紅花豌豆基因組成為AA，白花豌豆的基因組成為aa。它們的基因是如何傳遞給子代的，子一代的基因組成是什么？

教師展示圖3甲，說明其中紅色的卡片表示基因A，能夠控制合成紅色素，無色的卡片表示基因a，不能合成紅色素。學(xué)生通過拖動卡片來展示基因的傳遞過程，親代基因AA產(chǎn)生的生殖細胞基因是A。由于會產(chǎn)生很多的生殖細胞，所以要多拖動幾次，把相同的基因重疊在一起。當(dāng)生殖細胞形成受精卯時，A和a組合在一起，學(xué)生可以很直觀地看到兩張卡片重疊在一起時，基因A決定了子一代能夠合成紅色素，使子一代表現(xiàn)為紅花（圖3乙）。

以上模擬活動充分還原了基因傳遞的動態(tài)過程，表現(xiàn)出了選定的抽象系統(tǒng)的關(guān)鍵特性，即親代通過生殖過程把基因傳遞給子代，性狀是由基因控制的。將顯性基因、顯性性狀和顯色的卡片對應(yīng)起來，有利于學(xué)生的理解。通過模擬生理過程，促進了學(xué)生理性思維的發(fā)展：①觀察基因的傳遞特點以及不同的基因組成所表現(xiàn)出來的性狀;②解釋不同的基因組成所表現(xiàn)出來的性狀;③聯(lián)系顯性基因、隱性基因和相對性狀之間的關(guān)系，思考在這個情境中因果關(guān)系是什么。

2.2模擬探究實驗，促進分析、排序、預(yù)測思維發(fā)展

在生物課堂上直接進行實驗，或者是不可能的，或者是得不償失的。教師根據(jù)實際問題建立模型，并利用模型進行試驗，比較不同后果，選擇可行方案，不失為有效的代用方法。

在“探究光是不是綠色植物制造有機物的必要條件”時，如果直接呈現(xiàn)綠葉在光下制造有機物的實驗步驟，然后讓學(xué)生分析暗處理、遮光和脫色的目的，學(xué)生的思維比較被動。如果讓學(xué)生設(shè)計一個簡單的實驗方案（表1），用電子白板的畫圖功能將學(xué)生的實驗方案呈現(xiàn)出來，并提出疑問，通過學(xué)生對問題的討論解決來逐步完善實驗方案，則能激發(fā)學(xué)生的探究能力。

教師畫一片綠葉，用黑色紙片擋住一半，放在陽光下，形成對照實驗（圖4①）。教師提問：按照這種方案，會出現(xiàn)什么實驗結(jié)果？該實驗是否符合對照實驗的單一變量原則？如何保證甲組制造的有機物是在這個實驗過程中產(chǎn)生的？學(xué)生會想到葉片原本就因為進行了光合作用而儲存了淀粉。那么，如何排除原有淀粉的干擾？在這個步驟之前還得再加一個步驟，即將葉片進行暗處理，以耗盡原有的淀粉（圖4②）。在檢測結(jié)果的時候，教師在甲組葉片上畫一個藍色的圓圈，表示淀粉遇碘變藍（圖4③），詢問學(xué)生：能否看到明顯的實驗現(xiàn)象？如何使實驗現(xiàn)象更明顯？學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗，會想到將圓圈的綠色背景去掉，圓圈的藍色才會更明顯（圖4④）。教師介紹葉片會呈現(xiàn)綠色的原因，以及使用酒精脫色的方法（圖4⑤）。最后，學(xué)生將5個步驟進行重新選擇并排序，完善實驗方案。

針對科學(xué)探究，學(xué)生通常能夠選出控制變量，但要列出所需要的材料與用具，設(shè)計完整的實驗步驟卻有一定難度。學(xué)生對實驗進行模擬，可以演繹實驗的結(jié)果，并對結(jié)果進行分析，根據(jù)可能出現(xiàn)的不足之處，進行步驟上的完善。教師對實驗過程進行分解、排序、組裝，從而鍛煉學(xué)生的邏輯思維，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。通過模擬探究實驗，促進了理性思維的發(fā)展：①分析——分析實驗的步驟包括哪些;②排序——將這些步驟用線性方式加以排列，應(yīng)先做什么，再做什么，最后做什么。③預(yù)測——依據(jù)現(xiàn)有的方案預(yù)測實驗結(jié)果。

運用電子白板可建構(gòu)具有動態(tài)性的圖片模型，既具有FLash動畫的形象直觀性，又具有實物模型的可拆卸、組裝的功能，操作更簡便，在學(xué)生探究問題、動手建模的過程中，提升了學(xué)生的生物學(xué)理性思維能力。