基于科學(xué)思維培養(yǎng)的生物學(xué)課堂教學(xué)

沈偉云

摘要 以“身體的防衛(wèi)”課堂教學(xué)為例，通過建構(gòu)概念、析圖繪圖、分析推導(dǎo)、鼓勵(lì)質(zhì)疑、聯(lián)系科技來培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括、模型與建模、演繹與推理、批判性思維、創(chuàng)造性思維等科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞 科學(xué)思維 課堂教學(xué) 身體的防衛(wèi)

中圖分類號(hào)G633. 91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

科學(xué)思維是一種基于證據(jù)和邏輯推理的思維方式，既是高階的邏輯思維，也是重要的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，包括歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等。課堂教學(xué)既是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)的重要場(chǎng)所，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的主要途徑。為此，如何結(jié)合生物學(xué)課堂教學(xué)，致力于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，很有實(shí)踐意義與探究?jī)r(jià)值。下面以浙教版九年級(jí)《科學(xué)》下冊(cè)第三章“人的健康”第三節(jié)“身體的防衛(wèi)”為例，闡述如何在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

1 建構(gòu)概念，培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括思維

歸納與概括是指在頭腦中把對(duì)象的各個(gè)組成部分聯(lián)系起來，或把事物的個(gè)別特性、個(gè)別方面結(jié)合成整體的過程。教師通過歸納和概括的思維過程，引導(dǎo)學(xué)生分析生命現(xiàn)象和生物學(xué)事實(shí)，建構(gòu)生物學(xué)概念。

例如，為了建構(gòu)“非特異性免疫”的概念，教材先以圖文結(jié)合形式呈現(xiàn)人體對(duì)微生物抵抗的事實(shí)：①人體的呼吸道黏膜分泌具有殺菌作用的黏液，黏膜上的纖毛能清除空氣中的異物和病菌;②淚腺分泌的眼淚中溶菌酶，能破壞多種病菌的細(xì)胞壁，使病菌溶解;③皮膚的角質(zhì)層阻擋病原體侵入人體，皮膚和黏膜的分泌物具有殺菌作用;④胃壁的黏膜分泌胃酸能殺死入侵的病菌。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析上述生物學(xué)事實(shí)，促進(jìn)學(xué)生歸納總結(jié)出“病原體首先受到人體的皮膚、黏膜等組成的第一道防線的阻擋”結(jié)論。接著，學(xué)生通過皮膚破損、病原體進(jìn)入體內(nèi)、吞噬細(xì)胞在組織中吞噬和消化病原體等生命現(xiàn)象，歸納并總結(jié)出人體具有“抵抗己侵入人體內(nèi)病原體”第二道防線的作用。

在上述歸納的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步概括出非特異性免疫概念，即不是針對(duì)某一種特定的病原體進(jìn)行抵抗，而是對(duì)多種病原體具有防御作用。

生物學(xué)概念的建構(gòu)往往基于具體的生命現(xiàn)象，在課堂教學(xué)中教師可引導(dǎo)學(xué)生通過分析、比較、歸納、概括，去掉其非本質(zhì)特征，抽象出本質(zhì)特征，進(jìn)而建構(gòu)科學(xué)準(zhǔn)確的生物學(xué)概念，培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括的科學(xué)思維。

2 析圖繪圖，培養(yǎng)學(xué)生模型與建模思維

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所做的一種簡(jiǎn)化的概括性描述。生物學(xué)模型經(jīng)常以圖畫形式來直觀形象表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征，教師可引導(dǎo)學(xué)生通過分析圖畫模型來加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解記憶，或者通過繪制圖畫模型來培養(yǎng)學(xué)生的建模思維。

例如，為了說明抗體是如何對(duì)付病原體的，教材以3副圖（圖1）分別表示抗體對(duì)抗原的作用、病原體在抗體的作用下更易被吞噬細(xì)胞吞食、病原體在抗體作用下能進(jìn)入細(xì)胞或繁殖來表示。

教師可利用這三個(gè)圖畫模型，生動(dòng)形象地展示抗體的作用，促進(jìn)學(xué)生抽象思維的具體化，有助于加深學(xué)生對(duì)抗體作用機(jī)制的感性認(rèn)識(shí)。

又如，為了說明人體注射麻風(fēng)疫苗后，體內(nèi)抗原、抗體數(shù)量的變化，教師可引導(dǎo)學(xué)生繪制圖形式模型（圖2），讓學(xué)生深刻理解人工免疫的原理，有力地促進(jìn)學(xué)生對(duì)人體免疫的深度學(xué)習(xí)。

3 分析推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生演繹與推理思維

演繹與推理就是從一般性的前提出發(fā)，通過推導(dǎo)（即演繹），得出具體陳述或個(gè)別結(jié)論的過程，教師可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合己知的生物學(xué)規(guī)律，通過交流與討論，闡述具體的原因，對(duì)有關(guān)的生命現(xiàn)象進(jìn)行分析或作出預(yù)測(cè)。這樣既有助于培養(yǎng)學(xué)生語言表達(dá)能力，也有利于學(xué)生演繹與推理思維的發(fā)展。

例如，在組織學(xué)生開展“有些傳染病，你只要得過一次，就不會(huì)再得第二次，這是什么原因？”的思考與討論之前，教師可先呈現(xiàn)關(guān)于巴斯德研究牲口炭疽病的科學(xué)史。教師可就這個(gè)案例組織學(xué)生分析討論，引導(dǎo)學(xué)生作如下推理：用毒性已經(jīng)削弱的病原菌進(jìn)行注射感染，使人體產(chǎn)生抗體與免疫細(xì)胞。由于免疫細(xì)胞有記憶功能，能在數(shù)月乃至數(shù)十年內(nèi)“記住”入侵的該抗原，當(dāng)同種抗原第二次進(jìn)入人體時(shí)，記憶細(xì)胞通過快速增殖和分化，產(chǎn)生抗體，消滅抗原。由于受二次病原菌感染的人體己有記憶免疫細(xì)胞，能及時(shí)產(chǎn)生抗體，故再次感染時(shí)就不會(huì)得病。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)研究理事會(huì)認(rèn)為，傳統(tǒng)課堂教學(xué)中學(xué)生記憶的科學(xué)知識(shí)很容易被遺忘，而“參與科學(xué)推理”的過程會(huì)讓學(xué)生的科學(xué)思維得到發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解。教師在生物學(xué)課堂教學(xué)中，可聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際或科學(xué)史實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生演繹運(yùn)用生物學(xué)規(guī)律，通過分析、推導(dǎo)的方式致力于問題的解決，內(nèi)化所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生演繹與推理思維能力。

4 鼓勵(lì)質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維

批判性思維是對(duì)自己或別人已有的思考和結(jié)論，采取批判的態(tài)度，進(jìn)行理由充分、邏輯嚴(yán)密的反思，提出質(zhì)疑，并進(jìn)行獨(dú)立分析的過程。在生物學(xué)學(xué)習(xí)過程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生基于生物學(xué)規(guī)律和限定條件等方面提出問題，并組織學(xué)生開展思考與討論，辨析正誤，提出不同的見解，以此來培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

例如，教師在課堂教學(xué)中，要積極鼓勵(lì)學(xué)生隨時(shí)提出質(zhì)疑，發(fā)表自己的觀點(diǎn)。例如，有學(xué)生提出：①抗體是由抗原產(chǎn)生的嗎？（抗原激發(fā)B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生抗體）②免疫對(duì)人體總是有益的，人體的免疫能力越強(qiáng)越好嗎？（過強(qiáng)的免疫能力會(huì)損傷自身組織與細(xì)胞，發(fā)生過敏反應(yīng)，患自身免疫病）③具有抵抗肺炎球菌能力的小白鼠感染流感病毒會(huì)得病嗎？（會(huì)，因?yàn)樘禺愋悦庖呔哂袑Ｒ恍裕苣芘c艾滋病人握手擁抱嗎？（能）⑤T淋巴細(xì)胞的作用是產(chǎn)生抗體，完成免疫反應(yīng)嗎？（產(chǎn)生抗體的是B淋巴細(xì)胞）當(dāng)學(xué)生對(duì)某一問題存在不同看法時(shí)，教師就要抓住機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與分析辯論，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。

教師在備課時(shí)，要精心準(zhǔn)備可以用來激發(fā)學(xué)生質(zhì)疑的素材，預(yù)設(shè)學(xué)生可能會(huì)提出哪些問題，尤其要重視生物學(xué)課堂問題的生成，充分發(fā)揮學(xué)生的聰明才智去解決問題，在促進(jìn)學(xué)生批判性思維發(fā)展的同時(shí)，提高學(xué)生問題解決能力。

5 聯(lián)系現(xiàn)代科技，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維

創(chuàng)造性是指?jìng)€(gè)體思維活動(dòng)的創(chuàng)新精神或創(chuàng)造性特征，在實(shí)踐中，除善于發(fā)現(xiàn)問題、思考問題外，更重要的是要?jiǎng)?chuàng)造性地解決問題?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展、科技產(chǎn)品的創(chuàng)新，都離不開創(chuàng)造性的思維品質(zhì)。教師在課堂教學(xué)中可通過聯(lián)系現(xiàn)代科技成果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

例如，對(duì)于艾滋病患者，目前還沒有特別有效的藥物和治療措施，教師可呈現(xiàn)幾則現(xiàn)代科技成果。

資料1：2007年，科學(xué)家對(duì)一名患有艾滋病的“柏林病人”移植了CCR5-A32突變的造血干細(xì)胞，有效清除了血清中的HIV病毒，治愈了艾滋病。

資料2：2017年，鄧宏魁研究組建立了利用CRIS-PR/Cas9進(jìn)行人造血干細(xì)胞基因編輯的技術(shù)體系。經(jīng)過基因編輯后的人造血干細(xì)胞產(chǎn)生的外周血細(xì)胞具有抵御HIV感染的能力。

資料3：2019年，鄧宏魁研究組、吳昊研究組以及陳虎課題組在《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》發(fā)表了題為“利用CRISPR基因編輯的成體造血干細(xì)胞在患有艾滋病合并急性淋巴細(xì)胞白血病患者中的長(zhǎng)期重建”的研究論文。這意味著中國(guó)科研人員首次通過基因編輯干細(xì)胞技術(shù)來治療艾滋病患者。

教師組織學(xué)生交流討論資料，既增進(jìn)了學(xué)生通過新手段來解決問題的創(chuàng)新意識(shí)，也較好地對(duì)學(xué)生進(jìn)行了科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感教育，增進(jìn)了民族自豪感。

創(chuàng)造性思維是在思維領(lǐng)域中，在常人、前人的基礎(chǔ)上追求新的發(fā)現(xiàn)、新的見解和新的突破的創(chuàng)造性活動(dòng)，對(duì)學(xué)生而言，在自己已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和能力基礎(chǔ)上去發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)，或設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)、想出新的解決問題方法等，都是創(chuàng)造性思維的具體體現(xiàn)。

思維能力是學(xué)習(xí)能力的核心能力，在生物學(xué)核心素養(yǎng)中，科學(xué)思維是生命觀念、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任的基礎(chǔ)，是學(xué)生未來發(fā)展的重要品格和關(guān)鍵能力。教師要在生物學(xué)課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)情境，結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容發(fā)掘科學(xué)思維培養(yǎng)的素材，有意識(shí)地組織學(xué)生思考討論，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，把生物學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)與科學(xué)思維的培養(yǎng)融合為一體，從而促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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