基于科學(xué)假說視角的初中生物教學(xué)

阮慶元 梁榮君

[摘 要] 初中生物教師在教學(xué)中應(yīng)基于生物學(xué)科特點(diǎn)，從合理性、假定性、預(yù)見性、暫時(shí)性等角度闡析科學(xué)假說的教學(xué)價(jià)值，利用科學(xué)假說建構(gòu)中類比、歸納、演繹、分析綜合等方法預(yù)設(shè)教學(xué)，以生物學(xué)特有的思維形式、方法、品質(zhì)提升學(xué)生思維能力，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的提高。

[關(guān)鍵詞]初中生物;科學(xué)假說;思維能力

初中生物學(xué)有大量的概念、規(guī)律需要學(xué)生識記，但是它并不是一門記憶性學(xué)科，因?yàn)榻虒W(xué)的本質(zhì)之一在于思維能力的培養(yǎng)。思維能力指的是人們在遇到問題時(shí)，通過分析、綜合、概括、抽象、比較等對感性材料進(jìn)行加工并轉(zhuǎn)化為理性認(rèn)識及解決問題的能力。人類的發(fā)明創(chuàng)造等活動，包括學(xué)習(xí)活動，都與思維密切相關(guān)。學(xué)習(xí)能力的核心之一也是思維能力。不同的學(xué)科既有著思維的共性，也有著自己的學(xué)科特點(diǎn)與規(guī)律。因此，教師應(yīng)立足于初中生物的學(xué)科特點(diǎn)，以生物學(xué)特有的思維的形式、方法、品質(zhì)來提升學(xué)生的思維能力，這也是初中生物學(xué)教學(xué)的核心任務(wù)之一。

科學(xué)假說是人們在認(rèn)識與研究客觀世界時(shí)，依據(jù)原有的科學(xué)知識和新的科學(xué)事實(shí)，通過抽象、推理等理性邏輯方法，對已存在和已發(fā)現(xiàn)的事物現(xiàn)象做出的假定性解釋和說明，以及對未發(fā)現(xiàn)和尚未存在的事物、現(xiàn)象做出前瞻性預(yù)見和推測[1]。無論是生命起源問題還是生物演化問題都是科學(xué)假說。因此，基于科學(xué)假說進(jìn)行初中生物教育，既是生物教育的重要內(nèi)容，也是理解科學(xué)本質(zhì)的核心所在。

一、利用科學(xué)假說的性質(zhì)預(yù)設(shè)教學(xué)

科學(xué)假說概念包含了兩層意義。第一，科學(xué)假說沒有被驗(yàn)證，不是事實(shí)，而是假設(shè)與猜測;第二，科學(xué)假說不是主觀臆斷，是基于一定合理性基礎(chǔ)上的理性推演。因此，科學(xué)假說具有以下性質(zhì)。

1.合理性?？茖W(xué)假說既要以經(jīng)驗(yàn)或科學(xué)事實(shí)為依據(jù)，又要求具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)，這體現(xiàn)了科學(xué)假說的合理性。教師在教學(xué)中應(yīng)將知識轉(zhuǎn)化為教學(xué)問題，以問題情境引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)猜想，從猜想的合理性層面分析學(xué)生的前概念，在此基礎(chǔ)上發(fā)展、完善知識體系。

案例1 “莖的結(jié)構(gòu)”教學(xué)。利用科學(xué)假說的合理性，教師根據(jù)教材陳述的芽可以使植物的莖不斷生長，提出“植物能否無限長高”的問題，引導(dǎo)學(xué)生從猜想的合理性角度嘗試建立關(guān)于該問題的科學(xué)猜想（見表1）。

2.假定性?？茖W(xué)假說是在對客觀世界進(jìn)行認(rèn)識或研究遇到問題時(shí)提出的一種推測性解釋，這就決定了科學(xué)假說有著假設(shè)性和或然性，不能等同于真理。初中生物的一些理論就是科學(xué)假說。因此，生物教學(xué)還理論一個真實(shí)面目遠(yuǎn)比知識的識記更重要。

案例2 “生命起源”教學(xué)。教材中關(guān)于生命起源的理論是假說，結(jié)合人類認(rèn)識生命起源的歷程，讓學(xué)生體認(rèn)科學(xué)本質(zhì)，是本節(jié)課學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)。教師應(yīng)首先引導(dǎo)學(xué)生把“上帝造人”和“解剖學(xué)中男性肋骨的事實(shí)”進(jìn)行對比，再引出化學(xué)進(jìn)化和米勒實(shí)驗(yàn)，介紹在實(shí)驗(yàn)中從有機(jī)物到生命這一環(huán)節(jié)沒有得到突破，最后拓展至“外星起源說”“海底煙囪起源說”等科學(xué)假說和生命起源的研究前沿。

3.預(yù)見性?？茖W(xué)假說是基于問題解決的，科學(xué)假說中包含著預(yù)設(shè)。預(yù)設(shè)的提出是有針對性的，目的是解決已知與未知的矛盾。教師要善于利用科學(xué)假說的預(yù)見性，讓學(xué)生體會科學(xué)假說的認(rèn)知價(jià)值。

案例3 “植物的根”教學(xué)。利用科學(xué)假說的預(yù)見性，在學(xué)生已經(jīng)掌握吸收是根的重要功能的基礎(chǔ)上，教師提出“根存在怎樣的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吸收功能”這一問題，并根據(jù)“結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”這一生物學(xué)基本觀點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生從預(yù)見性角度進(jìn)行科學(xué)猜想（見表2）。

4.暫時(shí)性。科學(xué)假說是基于事實(shí)或現(xiàn)象的猜測，對于同一現(xiàn)象會產(chǎn)生不同的猜測。不同的觀點(diǎn)會產(chǎn)生不同的假說。隨著認(rèn)識的深入，假說也會被不斷地修正和完善，甚至被新的假說代替，因此，科學(xué)假說具有暫時(shí)性和多樣性。

案例4 “植物生命活動的調(diào)節(jié)”教學(xué)。通常情況下，教師對這節(jié)課的處理方式為對達(dá)爾文、溫特、克格爾的實(shí)驗(yàn)與結(jié)論作詳細(xì)介紹，使其變成了科普介紹課。而利用科學(xué)假說的暫時(shí)性，教師可以通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生提出科學(xué)假說，并隨著不同實(shí)驗(yàn)的依次推進(jìn)，或?qū)υ茖W(xué)假說進(jìn)行修正完善，或?qū)υ锌茖W(xué)假說否定并再建立，等等。

二、利用科學(xué)假說建構(gòu)的方法預(yù)設(shè)教學(xué)

人的能力來自于實(shí)踐。建構(gòu)假說的能力也需要在學(xué)習(xí)過程中讓學(xué)生置身于“準(zhǔn)真實(shí)情境”，讓學(xué)生自己來建構(gòu)解釋“反常現(xiàn)象”“未知問題”的假說。建構(gòu)假說的方法一般有以下幾種。

1.類比法。如果兩個事物在現(xiàn)象、性質(zhì)上存在許多已知的相似或相同點(diǎn)，運(yùn)用類比的方法可由一事物的已知現(xiàn)象、性質(zhì)，推知另一事物的某些未知現(xiàn)象、性質(zhì)。教師運(yùn)用類比法來建構(gòu)科學(xué)假說，不但可以溫故，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生從已知到未知的知識遷移能力。

案例5 “消化和吸收”教學(xué)。這一課從消化器官、消化腺、消化液的眾多概念，到器官與相應(yīng)功能的規(guī)律，有大量的知識點(diǎn)需要學(xué)生識記。如何擺脫單純的知識識記，完成對表象后隱藏的必然規(guī)律的揭示，不但是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而且是提高學(xué)生理性思辨的核心所在。教師可以如下預(yù)設(shè)教學(xué)：“根”是已知的，本節(jié)課待學(xué)習(xí)的“小腸”是未知的，由已知推演未知。具體實(shí)施如圖1所示。

2.歸納法。歸納法是從一些個別事實(shí)概括出一般概念、規(guī)律的思維方法。歸納的前提是若干個別或特殊的判斷、陳述，是個別事實(shí);而結(jié)論則是從前提中通過推理而獲得的普遍性的陳述、判斷，是猜想。利用歸納法實(shí)現(xiàn)一般規(guī)律的推演是科學(xué)猜想的重要建構(gòu)途徑。

案例6 “生態(tài)系統(tǒng)”教學(xué)。生態(tài)系統(tǒng)這一概念的具體內(nèi)容“在一定區(qū)域內(nèi)，所有生物與非生物環(huán)境之間所形成的統(tǒng)一整體”是非常抽象的。為了幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念的自主建構(gòu)和理解，教師可以通過歸納法建構(gòu)科學(xué)猜想：首先，初步分析學(xué)生熟悉的生態(tài)系統(tǒng)的組成，展示生物和非生物因素;其次，提出“如果缺少這種因素，這個系統(tǒng)會發(fā)生怎樣的變化”的問題，進(jìn)行科學(xué)猜想，確定不同因素之間存在著相互作用與影響，分析學(xué)生熟悉的森林生態(tài)系統(tǒng)——也包括生物和非生物因素，進(jìn)而擴(kuò)展到海洋生態(tài)系統(tǒng)——依然是由生物因素和非生物因素組成;再次，通過歸納得出：不同生態(tài)系統(tǒng)都包含生物與非生物因素，這些因素彼此影響;最后，讓學(xué)生概括生態(tài)系統(tǒng)的概念，將形象思維過渡到抽象思維，實(shí)現(xiàn)概念的自主建構(gòu)和理解。

3.演繹法。演繹法是從一般到個別，從普遍原則導(dǎo)出個別結(jié)論的思維方法。未知世界是復(fù)雜的，學(xué)生無法事事親身體驗(yàn)，而使用演繹法來學(xué)習(xí)，學(xué)生就能以近知遠(yuǎn)、以少知多。

案例7 “生物體的結(jié)構(gòu)層次”教學(xué)。教材已闡明細(xì)胞是生命體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，細(xì)胞膜將外界環(huán)境與細(xì)胞內(nèi)部隔開，使細(xì)胞成為一個相對獨(dú)立穩(wěn)定的最基本生命系統(tǒng)，體現(xiàn)了系統(tǒng)的明確邊界。細(xì)胞分化形成組織，組織形成器官，器官構(gòu)成系統(tǒng)或個體，從微觀到宏觀體現(xiàn)了生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次。結(jié)構(gòu)層次是自然界存在的普遍規(guī)律?；谶@樣的理解，在“生態(tài)系統(tǒng)”教學(xué)時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生提出科學(xué)猜想：生態(tài)系統(tǒng)←群落←種群←個體。

4.分析綜合法。分析是將研究對象的整體分解為部分，對部分進(jìn)行研究;綜合是基于分析，將各個部分進(jìn)行聯(lián)系，重新有機(jī)整合為統(tǒng)一整體的思維方法。由于未知事物可能是一個復(fù)雜體系，因此，先建立科學(xué)猜想，再進(jìn)行合理的分解，使其成為簡單體系，在學(xué)生完成探索認(rèn)識后進(jìn)行綜合，使學(xué)生最終形成對事物的整體認(rèn)識。

案例8 “細(xì)胞”教學(xué)。通常這節(jié)課的處理方式是教師先介紹細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能，再通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)鞏固知識，訓(xùn)練顯微鏡操作技能。使用分析綜合法教學(xué)，教師可以先將電子目鏡下的細(xì)胞結(jié)構(gòu)投影到大屏幕上，讓學(xué)生有一個直觀、初步的認(rèn)知，然后再讓學(xué)生動手制作細(xì)胞模型，分析每一個模擬結(jié)構(gòu)的外形與可能功能，體驗(yàn)細(xì)胞是一個有機(jī)的統(tǒng)一整體。

三、對科學(xué)假說實(shí)踐教學(xué)的反思

1.“問題與認(rèn)知沖突”是科學(xué)發(fā)展的動力，“反?，F(xiàn)象”是科學(xué)問題的開端。科學(xué)假說的建立就是為了解決科學(xué)問題。教師要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會提出科學(xué)問題。因?yàn)闆]有問題就沒有科學(xué)猜想。

2.基于科學(xué)假說而建構(gòu)教學(xué)并不適用于所有初中生物教學(xué)內(nèi)容。因此，教師需要研究課程內(nèi)容，搞清科學(xué)假說建構(gòu)的問題情境、問題解釋結(jié)果，從而使科學(xué)假說建構(gòu)的教學(xué)目標(biāo)更明確。

3.科學(xué)假說的認(rèn)知價(jià)值是實(shí)現(xiàn)超越已有的知識界限去認(rèn)識未知，但是這種超越不是隨意的，是以一定的經(jīng)驗(yàn)或理論為基礎(chǔ)，以一定的內(nèi)在邏輯為前提的。因此，教師要善于把握科學(xué)猜想的度，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生理性的邏輯思維。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]曹寶龍.科學(xué)假說及其教學(xué)建議[J].物理教學(xué)探討，2017（2）：1.

（責(zé)任編輯：趙曉梅）