邏輯化思維方式在教學(xué)中的培養(yǎng)

北京

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中提出：“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。可見，具有實(shí)證（證據(jù)意識）與邏輯（思維方法）的思維方式和習(xí)慣尤為重要。因此，教師的教學(xué)不僅要給學(xué)生傳授科學(xué)知識本身，更需要在傳授科學(xué)知識的同時使學(xué)生形成科學(xué)的思維方式和習(xí)慣。

“邏輯”是十分重要的科學(xué)思維方式之一，建立思維邏輯有利于培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)思維”素養(yǎng)，下面僅就如何培養(yǎng)學(xué)生的邏輯化思維方式進(jìn)行闡述。

一、利用高考試題訓(xùn)練學(xué)生邏輯化思維方式

分析近幾年的北京高考試題，不難發(fā)現(xiàn)高考試題對學(xué)生“科學(xué)思維”這一學(xué)科核心素養(yǎng)的考查力度不斷加大，試題本身又具有較強(qiáng)的邏輯性，在考查基礎(chǔ)知識的同時要求學(xué)生具有較強(qiáng)的邏輯思維（推理）能力，但這恰恰是學(xué)生的短板所在。因此，借助高考試題可高效訓(xùn)練學(xué)生的邏輯化思維方式。

（一）模式圖信息轉(zhuǎn)換

1.例題展示

【例1】（2017 年，北京卷，第4 題）細(xì)胞外葡萄糖濃度調(diào)節(jié)胰島B 細(xì)胞（β 細(xì)胞）分泌胰島素的過程如圖1，對其理解錯誤的是 （ ）

圖1

A.細(xì)胞呼吸將葡萄糖中的化學(xué)能貯存在ATP 中

B.Ca2+內(nèi)流促使細(xì)胞通過胞吐方式釋放胰島素

C.細(xì)胞外葡萄糖濃度降低會促進(jìn)胰島素釋放

D.該過程參與了血糖濃度的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制

【答案】C

【試題分析】教學(xué)中借助本題可進(jìn)行相關(guān)知識的復(fù)習(xí)，如血糖的調(diào)節(jié)、細(xì)胞呼吸、物質(zhì)運(yùn)輸方式、ATP 的作用、膜電位變化等；同時胰島B 細(xì)胞（β 細(xì)胞）分泌胰島素過程的模式圖又能訓(xùn)練學(xué)生獲取模式圖中信息的能力，并以思維導(dǎo)圖的形式梳理血糖濃度的反饋調(diào)節(jié)過程。

【思維導(dǎo)圖構(gòu)建】葡萄糖↑→細(xì)胞呼吸↑→ATP ↑→K+外流↓→Ca2+內(nèi)流↑→胰島素釋放↑→ 葡萄糖↓

【教學(xué)效果】學(xué)生從模式圖中獲取信息，通過構(gòu)建思維導(dǎo)圖呈現(xiàn)出清晰的邏輯關(guān)系，再運(yùn)用邏輯推理分析血糖濃度的反饋調(diào)節(jié)過程，以此訓(xùn)練學(xué)生的邏輯化思維方式。

【例2】（2017 年，北京卷，第29 題節(jié)選）（題干略）（2）如果在H 區(qū)的傳入纖維上施加100 次/秒、持續(xù)1 秒的強(qiáng)刺激（HFS），在刺激后幾小時之內(nèi)，只要再施加單次強(qiáng)刺激，突觸后膜的電位變化都會比未受過HFS 處理時高2～3 倍，研究者認(rèn)為是HFS 使H 區(qū)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生了“記憶”。如圖2 為這一現(xiàn)象可能的機(jī)制。

如圖2 所示，突觸后膜上的N 受體被激活后，Ca2+會以__________方式進(jìn)入胞內(nèi)。Ca2+與__________共同作用，使C 酶的__________發(fā)生改變，C 酶被激活。

圖2

【答案】（2）易化擴(kuò)散/協(xié)助擴(kuò)散 鈣調(diào)蛋白空間結(jié)構(gòu)

【試題分析】教學(xué)中借助本問可進(jìn)行相關(guān)知識的復(fù)習(xí)，如突觸的結(jié)構(gòu)、突觸傳遞、物質(zhì)運(yùn)輸方式、酶的作用、ATP 的作用、膜電位變化、興奮的產(chǎn)生等；同時讓學(xué)生獲取模式圖中的信息，以思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)HFS 使H 區(qū)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生“記憶”的可能機(jī)制。

【思維導(dǎo)圖構(gòu)建】

圖3

【教學(xué)效果】學(xué)生通過獲取模式圖中的信息，以思維導(dǎo)圖形式梳理一系列連鎖反應(yīng)的過程，利于學(xué)生快速厘清并清晰呈現(xiàn)模式圖中復(fù)雜的信息脈絡(luò)，以此訓(xùn)練學(xué)生的邏輯化思維方式。

圖4

【例3】（2016 年，北京卷，第30 題節(jié)選）（題干略）（2）經(jīng)大量研究，探明了野生型擬南芥中乙烯的作用途徑，簡圖如圖4。

由圖4 可知，R 蛋白具有結(jié)合乙烯和調(diào)節(jié)酶T 活性兩種功能。乙烯與__________結(jié)合后，酶T 的活性__________，不能催化E 蛋白磷酸化，導(dǎo)致E 蛋白被剪切。剪切產(chǎn)物進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)節(jié)乙烯響應(yīng)基因的表達(dá)，植株表現(xiàn)有乙烯生理反應(yīng)。

【答案】（2）R 蛋白 被抑制

【試題分析】教學(xué)中借助本問可進(jìn)行相關(guān)知識的復(fù)習(xí)，如基因的表達(dá)、乙烯的生理作用、乙烯的調(diào)控機(jī)制、ATP的作用、酶的作用等；同時學(xué)生可通過獲取并正確解讀圖4中的信息，構(gòu)建思維導(dǎo)圖梳理出乙烯在植株中發(fā)揮調(diào)控作用的邏輯關(guān)系，并用文字表述該邏輯關(guān)系。

【思維導(dǎo)圖構(gòu)建】

圖5

文字表述：

在有乙烯條件下，乙烯與R 蛋白結(jié)合，酶T 的活性被抑制，不能催化E 蛋白磷酸化，導(dǎo)致E 蛋白被剪切，乙烯響應(yīng)基因表達(dá)，植株表現(xiàn)出有乙烯生理反應(yīng)。

在無乙烯條件下，酶T 具有活性，催化E 蛋白磷酸化，導(dǎo)致E 蛋白不被剪切，乙烯響應(yīng)基因不表達(dá)，植株表現(xiàn)出無乙烯生理反應(yīng)。

【教學(xué)效果】學(xué)生通過獲取圖4 中的信息，以思維導(dǎo)圖形式梳理出有無乙烯時植株的生理反應(yīng)的邏輯鏈條，清晰呈現(xiàn)對應(yīng)的邏輯關(guān)系，更利于學(xué)生理解乙烯發(fā)揮作用的機(jī)理，對于解決試題中的問題起到至關(guān)重要的作用。同時讓學(xué)生基于圖5 中的邏輯關(guān)系，用文字進(jìn)行表述，以此訓(xùn)練學(xué)生邏輯化思維方式和語言表達(dá)能力。

2.教學(xué)啟示

基于對上述典型高考試題的分析不難發(fā)現(xiàn)，若模式圖中信息量較大、邏輯關(guān)系又較為復(fù)雜，可以通過構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生厘清邏輯關(guān)系使思維更加清晰。思維導(dǎo)圖的構(gòu)建不僅利于解題，同時能夠加強(qiáng)學(xué)生思維順序和思維邏輯的訓(xùn)練。

（二）文本信息轉(zhuǎn)換

1.例題展示

【例4】（2019 年,北京卷，第31 題節(jié)選）（題干略）（3）研究發(fā)現(xiàn)，原核生物藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）R 酶的活性高于高等植物。有人設(shè)想通過基因工程技術(shù)將藍(lán)藻R 酶的S、L 基因轉(zhuǎn)入高等植物，以提高后者的光合作用效率。研究人員將藍(lán)藻S、L 基因轉(zhuǎn)入某高等植物（甲）的葉綠體DNA 中，同時去除甲的L 基因。轉(zhuǎn)基因植株能夠存活并生長。檢測結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因植株中的R 酶活性高于未轉(zhuǎn)基因的正常植株。

①由上述實(shí)驗(yàn)?zāi)芊竦贸觥稗D(zhuǎn)基因植株中有活性的R 酶是由藍(lán)藻的S、L 組裝而成”的推測？請說明理由。

【答案】（3）①不能。轉(zhuǎn)入藍(lán)藻S、L 基因的同時沒有去除甲的S 基因，無法排除轉(zhuǎn)基因植株R 酶中的S 是甲的S 基因表達(dá)產(chǎn)物的可能性。

【試題分析】教學(xué)中借助本問可進(jìn)行相關(guān)知識的復(fù)習(xí)，如基因工程、酶的作用等；同時讓學(xué)生獲取文本信息，并轉(zhuǎn)換成思維導(dǎo)圖形式呈現(xiàn)。

【思維導(dǎo)圖構(gòu)建】

圖6

【教學(xué)效果】通過獲取文本信息構(gòu)建思維導(dǎo)圖，更利于學(xué)生厘清因果邏輯關(guān)系。學(xué)生在分析轉(zhuǎn)基因植株中R 酶中的S 基因來源時，使其推理的思維過程更加清晰化，同時也訓(xùn)練了學(xué)生將文本信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換的能力。

2.教學(xué)啟示

將試題中的文本信息轉(zhuǎn)換成思維導(dǎo)圖形式，有利于學(xué)生將思維過程進(jìn)行梳理，使學(xué)生頭腦中的信息清晰化，信息轉(zhuǎn)換的過程就是學(xué)生高效梳理解題思路的過程，以此訓(xùn)練學(xué)生的邏輯化思維方式。

二、利用教材體系培養(yǎng)學(xué)生邏輯化思維方式

在教學(xué)過程中可利用教材內(nèi)容的編排體系，讓學(xué)生自主構(gòu)建知識間的邏輯關(guān)系框架圖，梳理構(gòu)建的過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯化思維方式。

如，必修1：以基本的生命系統(tǒng)（細(xì)胞）為編寫教材的主線。（如圖7）

從分子水平到細(xì)胞水平逐步梳理知識間的邏輯關(guān)系，能夠讓學(xué)生更清晰地了解必修1 模塊涉及的主要內(nèi)容，利于學(xué)生在微觀層面上更深入理解細(xì)胞的本質(zhì)，更好地體會細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一，以及細(xì)胞生命活動中物質(zhì)、能量和信息變化的統(tǒng)一。

必修2：以人類對基因的探索歷程為編寫教材的主線。（如圖8）

圖8

沿著人類認(rèn)識基因的過程逐步梳理知識間的邏輯關(guān)系，能夠讓學(xué)生更清晰地了解必修2 模塊涉及的主要內(nèi)容，利于學(xué)生在分子水平和細(xì)胞水平上理解生命的延續(xù)和發(fā)展，從而更好地理解遺傳和進(jìn)化的本質(zhì)。

三、利用知識間的邏輯關(guān)系培養(yǎng)學(xué)生邏輯化思維方式

利用知識間的邏輯關(guān)系構(gòu)建思維導(dǎo)圖，不僅能夠加深學(xué)生對知識的理解，同時也能夠提升學(xué)生的邏輯思維能力。如以蛋白質(zhì)的合成、加工、運(yùn)輸、分泌的過程構(gòu)建思維導(dǎo)圖，能夠清晰地呈現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)之間的相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

圖9

四、利用《課程標(biāo)準(zhǔn)》的概念體系培養(yǎng)學(xué)生邏輯化思維方式

基于《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的概念體系構(gòu)建思維導(dǎo)圖，進(jìn)行邏輯化思維方式的訓(xùn)練，能夠更好地落實(shí)《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，提升學(xué)生的邏輯思維能力。

（一）大概念間的層面

利用概念間的邏輯關(guān)系，嘗試建立概念間的關(guān)系圖，有助于幫助學(xué)生厘清概念間的邏輯關(guān)系。下面筆者就以必修1 模塊為例，基于兩個大概念構(gòu)建必修1 模塊的思維導(dǎo)圖。

概念1：細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位。

概念2：細(xì)胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實(shí)現(xiàn)增殖。

圖10

（二）大概念層面

圍繞大概念構(gòu)建思維導(dǎo)圖，讓學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)化，既利于學(xué)生基于結(jié)構(gòu)闡釋功能，又利于學(xué)生基于功能理解結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)與功能觀。同時是從生命系統(tǒng)的角度進(jìn)行建構(gòu)，利于強(qiáng)化學(xué)生的“系統(tǒng)”觀念。（以概念1 為例）

概念1：細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位。

圖11

（三）小概念（次位概念）層面

適宜構(gòu)建思維導(dǎo)圖的內(nèi)容有很多，如蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、有絲分裂過程、DNA 分子結(jié)構(gòu)、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、能量流動、物質(zhì)循環(huán)、中心法則、血糖調(diào)節(jié)、體溫調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)等內(nèi)容，在小概念（次位概念）層面構(gòu)建思維導(dǎo)圖，將知識以圖解的方式呈現(xiàn)，利于學(xué)生形成邏輯清晰的思維方式。（以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)為例，如圖12）

圖12

對學(xué)生而言，比記憶知識更重要的是要形成科學(xué)的思維方式和習(xí)慣。在教學(xué)中教師可利用典型的高考試題、教材的編排體系、知識間的邏輯關(guān)系、《課程標(biāo)準(zhǔn)》的概念體系，通過構(gòu)建思維導(dǎo)圖的形式訓(xùn)練學(xué)生的邏輯化思維方式來更好地落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)，從而達(dá)到《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求。