高中生物學(xué)教學(xué)中兩種運(yùn)算思維的教學(xué)*

蔣選榮

摘? ?要? ?基于對(duì)科學(xué)思維核心的界定，比較了具體運(yùn)算思維、形式運(yùn)算思維的特征，建構(gòu)了兩種科學(xué)思維的教學(xué)策略。具體運(yùn)算思維的教學(xué)策略包括：通過(guò)直觀教學(xué)的方式感知生命特征和規(guī)律，通過(guò)分類(lèi)、排序等思維訓(xùn)練提高認(rèn)識(shí)能力，讓學(xué)生表述自己的觀點(diǎn)暴露思維過(guò)程，給予學(xué)生更多動(dòng)手操作機(jī)會(huì)讓思維物化。形式運(yùn)算思維教學(xué)策略包括：創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生嘗試作出假設(shè)，提供學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的機(jī)會(huì)，密切與經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系能動(dòng)建構(gòu)大概念。

關(guān)鍵詞? ?科學(xué)思維? 具體運(yùn)算思維? 形式運(yùn)算思維

科學(xué)思維的核心是在對(duì)一個(gè)多變量系統(tǒng)進(jìn)行推斷時(shí)表現(xiàn)出的科學(xué)推理能力[1]，高中學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展主要是在具體運(yùn)算思維的發(fā)展基礎(chǔ)上、培養(yǎng)形式運(yùn)算思維。根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展學(xué)說(shuō)，具體運(yùn)算思維是指對(duì)物理世界邏輯穩(wěn)定性的認(rèn)知，意識(shí)到變化或者轉(zhuǎn)化的元素仍保有它們?cè)械奶卣?，并且這些改變是可逆的[2]。具體運(yùn)算思維的焦點(diǎn)是回答“是什么”。形式運(yùn)算思維是抽象思維，是對(duì)眾多變量進(jìn)行系統(tǒng)分析的思維，焦點(diǎn)是回答“可能是什么”。具體運(yùn)算思維在小學(xué)階段已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，形式運(yùn)算思維通常在初中階段開(kāi)始發(fā)展，形式運(yùn)算思維的發(fā)展是建立在具體運(yùn)算思維基礎(chǔ)之上的。

一、具體運(yùn)算思維的教學(xué)

在高中生物學(xué)教學(xué)中，運(yùn)算思維是直觀的，是對(duì)生命特征認(rèn)識(shí)的心理系統(tǒng)。既包括對(duì)生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)、特征、規(guī)律的認(rèn)識(shí)，又包括對(duì)生命系統(tǒng)及其規(guī)律進(jìn)行分組和歸類(lèi)，用對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)解釋生物學(xué)問(wèn)題，包括守恒、分類(lèi)、排序等運(yùn)算能力。守恒能力是指對(duì)生命系統(tǒng)變化的認(rèn)識(shí)能力，分類(lèi)能力是指從不同角度對(duì)生命系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)，排序是指對(duì)生命系統(tǒng)及其組成成分之間復(fù)雜關(guān)系的認(rèn)識(shí)（關(guān)聯(lián)度的認(rèn)識(shí)）。

1.通過(guò)直觀教學(xué)的方式感知生命特征和規(guī)律

在生物學(xué)教學(xué)中，通過(guò)實(shí)物、模型、圖片、圖形等載體傳遞教學(xué)信息，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)生物形態(tài)結(jié)構(gòu)、生命活動(dòng)規(guī)律。對(duì)于復(fù)雜的生命活動(dòng)、生理機(jī)制可以通過(guò)直觀教學(xué)明晰特征、特點(diǎn)、規(guī)律。如一定條件下，種群數(shù)量變化規(guī)律，可以通過(guò)繪制曲線圖揭示變化趨勢(shì)，分析影響種群數(shù)量增長(zhǎng)的因素。

2.通過(guò)分類(lèi)、排序等思維訓(xùn)練提高認(rèn)識(shí)能力

在高中生物學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)接觸到紛繁復(fù)雜的生命現(xiàn)象，教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生命系統(tǒng)或有關(guān)概念進(jìn)行分類(lèi)，厘清生命系統(tǒng)之間、生命系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系，提高對(duì)生命現(xiàn)象或生命活動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)能力。如學(xué)生在學(xué)習(xí)了有關(guān)免疫內(nèi)容后，教師要求學(xué)生對(duì)免疫類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，從形成機(jī)制、免疫器官、免疫過(guò)程等方面列表比較。

3.通過(guò)學(xué)生自己的表述暴露思維過(guò)程

在課堂教學(xué)中，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的認(rèn)識(shí)，運(yùn)用自己的語(yǔ)言闡述自己的觀點(diǎn)，從而暴露思維過(guò)程，有利于師生相互評(píng)價(jià)。如在了解孟德?tīng)栯s交實(shí)驗(yàn)的過(guò)程后，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)豌豆1對(duì)相對(duì)性狀的遺傳實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋（提出假設(shè)），在此基礎(chǔ)上，教師講述孟德?tīng)枌?duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)照分析自己的思維，有利于發(fā)展科學(xué)思維的能力。

4.通過(guò)學(xué)生的動(dòng)手操作促進(jìn)思維物化

在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)繪圖、制作模型、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)方案等操作形式讓思維的結(jié)果可視化，物化成具體形式，從而有利于檢驗(yàn)思維的過(guò)程、思維的品質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生形成進(jìn)行積極思維的心智態(tài)度。染色體數(shù)目和行為的變化是區(qū)別減數(shù)分裂和有絲分裂各時(shí)期特征的依據(jù)，學(xué)生需要通過(guò)分類(lèi)、排序等具體運(yùn)算思維過(guò)程理解分裂各時(shí)期特征，在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生用橡皮泥制作有絲分裂、減數(shù)分裂各時(shí)期的模型圖，有利于學(xué)生根據(jù)物理模型反思思維過(guò)程、評(píng)估思維結(jié)果。

二、形式運(yùn)算思維的教學(xué)

在高中生物學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生發(fā)展了對(duì)生命現(xiàn)象、規(guī)律認(rèn)識(shí)的具體運(yùn)算思維。在此基礎(chǔ)上，逐步培養(yǎng)應(yīng)用歸納、分析、建模、假說(shuō)演繹等科學(xué)方法闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律的形式運(yùn)算思維。形式運(yùn)算思維是一種高級(jí)思維，是對(duì)生命系統(tǒng)進(jìn)行推理、歸納、假說(shuō)—演繹等復(fù)雜的心理過(guò)程，是對(duì)眾多變量進(jìn)行科學(xué)控制的操作，是一種抽象的思維形式。

1.創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生嘗試作出假設(shè)

對(duì)生命現(xiàn)象、生物學(xué)問(wèn)題作出的解釋即提出假說(shuō)。生物學(xué)規(guī)律的揭示是基于假說(shuō)基礎(chǔ)之上，假說(shuō)的提出是建立在已有的科學(xué)事實(shí)和科學(xué)原理上的。讓學(xué)生針對(duì)特定情境，嘗試應(yīng)用所學(xué)知識(shí)作出解釋，可以基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，發(fā)展其創(chuàng)造性思維。如摩爾根的果蠅實(shí)驗(yàn)，其創(chuàng)設(shè)了事實(shí)性情境：①白眼雄蠅和紅眼雌蠅雜交，F(xiàn)1全是紅眼;②F1紅眼雌蠅和白眼雄蠅回交，結(jié)果是紅眼∶白眼=1∶1，雌蠅∶雄蠅=1∶1;③白眼雌蠅與純種紅眼雄蠅（無(wú)親緣關(guān)系）雜交，結(jié)果F1中雌蠅全為紅眼，雄蠅全為白眼。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，要求學(xué)生作出解釋（提出假說(shuō)），提出假說(shuō)后，引導(dǎo)學(xué)生演繹，即通過(guò)繪制常染色體遺傳和伴X染色體遺傳圖解，將紅眼基因（W）和白眼基因（w）的性狀遺傳展示出來(lái)，根據(jù)遺傳圖解進(jìn)行推理。

2.提供學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的機(jī)會(huì)

“科學(xué)探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問(wèn)題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對(duì)結(jié)果的交流與討論能力[3]。科學(xué)探究按時(shí)間可以發(fā)生在課前、課中、課后，按教學(xué)內(nèi)容可以發(fā)生在事實(shí)性知識(shí)的教學(xué)過(guò)程中、科學(xué)史教學(xué)過(guò)程中、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中?？茖W(xué)探究的過(guò)程體現(xiàn)科學(xué)方法的運(yùn)用、論據(jù)的分析、邏輯關(guān)系的建構(gòu)（如因果關(guān)系、辯證關(guān)系等）?！翱茖W(xué)探究”是學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)、運(yùn)用科學(xué)方法、培養(yǎng)科學(xué)思維的過(guò)程。給予學(xué)生科學(xué)探究的機(jī)會(huì)就是讓學(xué)生經(jīng)歷認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)的過(guò)程，“發(fā)現(xiàn)”事物變化的因果關(guān)系及其內(nèi)在聯(lián)系，形成概念，獲得原理。如“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸”一節(jié)課，在課前布置學(xué)生探究農(nóng)作物施肥過(guò)多，造成“燒苗”現(xiàn)象的原因;教學(xué)過(guò)程中科學(xué)探究的設(shè)計(jì)如下。

3.聯(lián)系經(jīng)驗(yàn)?zāi)軇?dòng)建構(gòu)大概念

思維活動(dòng)的產(chǎn)物和結(jié)果形成概念，概念建構(gòu)過(guò)程是小概念向大概念發(fā)展的過(guò)程，大概念在小概念基礎(chǔ)上建立。生物學(xué)大概念是有組織、有結(jié)構(gòu)的生物學(xué)知識(shí)和模型，能在較大范圍內(nèi)解釋生物學(xué)現(xiàn)象。學(xué)生已經(jīng)形成的對(duì)生物學(xué)的認(rèn)知是進(jìn)行歸納、推理、假說(shuō)演繹等抽象思維的基礎(chǔ)。教學(xué)中，教師盡可能借助與學(xué)生經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)的材料和觀念，而不是局限于提供一些具體的事實(shí)。如高中生物必修1“分子與細(xì)胞”模塊有2個(gè)大概念，其中“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的基本單位”大概念由“細(xì)胞有多種多樣的分子組成”“細(xì)胞各部分結(jié)構(gòu)分工合作，共同執(zhí)行細(xì)胞各項(xiàng)生命活動(dòng)”“各種細(xì)胞具有相似的結(jié)構(gòu)，但在形態(tài)功能上有差異”等重要概念構(gòu)成，這些概念包含更小的概念。對(duì)重要概念及其下位概念的認(rèn)知是形成大概念的經(jīng)驗(yàn)，只有在對(duì)重要概念及其下位概念的本質(zhì)屬性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，才能提煉構(gòu)建大概念。觀察、實(shí)驗(yàn)、制作模型等學(xué)習(xí)活動(dòng)有助于學(xué)生增加感性認(rèn)識(shí)，獲得對(duì)生命世界微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)驗(yàn)。如建構(gòu)并使用細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型，闡明細(xì)胞各部分結(jié)構(gòu)既有分工又有聯(lián)系，形成相互協(xié)調(diào)的有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平的各項(xiàng)生命活動(dòng);鼓勵(lì)學(xué)生搜集有關(guān)生物學(xué)研究和應(yīng)用方面的信息，進(jìn)行交流，加深對(duì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)，豐富學(xué)習(xí)生物學(xué)的經(jīng)驗(yàn)。

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