高中學(xué)生思維能力的培養(yǎng)策略

貴州

高考正在由傳統(tǒng)的“知識立意”向“能力立意”轉(zhuǎn)型，對學(xué)生的要求也相應(yīng)從簡單的“知識積累”轉(zhuǎn)向“知識應(yīng)用”。在“價值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識為基”的新高考背景下，應(yīng)用知識靈活地解決生產(chǎn)生活實(shí)踐中的問題已經(jīng)成為新時代人才的選拔標(biāo)準(zhǔn)之一。所以教學(xué)不再是簡單的知識傳遞，更需要注重對知識的遷移應(yīng)用能力的培養(yǎng)。其中“思維能力”是知識積累、體系構(gòu)建和知識應(yīng)用中都必須具備的重要能力。

一、思維能力概述

傳統(tǒng)意義上來說，思維能力具有極為豐富的內(nèi)涵，它包括理解力、分析力、綜合力、比較力、概括力、抽象力、推理力、論證力、判斷力等能力。

教育教學(xué)活動中，對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)屬于有目的、有計劃的系統(tǒng)性活動。教師不僅要考慮具體知識內(nèi)容的教學(xué)，更要從宏觀的層面考慮大單元、學(xué)科以及跨學(xué)科的思維培養(yǎng)。學(xué)生的思維并不是孤立的，也不應(yīng)該是孤立的。但常常出現(xiàn)的問題是，學(xué)生在某些學(xué)科體現(xiàn)出明顯的不足，不能很好地應(yīng)用跨學(xué)科知識解決問題。比如，生物學(xué)試題中有大量的文字描述的內(nèi)容，很多學(xué)生在閱讀的時候會存在一定程度的障礙，無法很好地理解素材并獲取信息。同時，學(xué)生也不能準(zhǔn)確通過文字來表達(dá)自己的觀點(diǎn)。整體體現(xiàn)為在理解、分析、判斷、推理、概括、論證等方面的不足。

二、高中生物學(xué)對思維能力的要求

筆者認(rèn)為思維能力是生物學(xué)學(xué)習(xí)中最重要也是最高層次的能力要求。從《中國高考評價體系》來看，“思維能力”屬于“思維認(rèn)知能力群”，包括了形象思維能力、抽象思維能力、歸納概括能力、演繹推理能力、批判性思維能力、辯證性思維能力等多種能力。從《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)》）中的學(xué)科核心素養(yǎng)來看，思維能力的具體要求主要體現(xiàn)在“科學(xué)思維”中，但其他學(xué)科核心素養(yǎng)對思維能力也有不同層次的要求。

從以上重要的綱領(lǐng)性文件可以看出，“思維能力”是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的能力，涉及高中生物學(xué)習(xí)的很多方面，如基礎(chǔ)知識的理解與記憶、實(shí)驗(yàn)探究、素材分析、知識應(yīng)用等方面，都需要思維能力作為重要的支撐。這同時也說明了思維能力的寬泛性。

具體來說，比如對“碳元素是構(gòu)成生物的最基本元素”這一概念的理解，需要通過例證分析“生物大分子以碳鏈為基本骨架”，并以碳原子的結(jié)構(gòu)和特性等相關(guān)的知識為基礎(chǔ)。這其中就涉及理解能力、分析能力、概括能力等。再如，“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”這一重要概念的構(gòu)建過程中，主要通過對“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”等經(jīng)典實(shí)驗(yàn)探究過程的分析幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，在思維層次上體驗(yàn)科學(xué)發(fā)展的過程，從而認(rèn)同“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一觀點(diǎn)。在此過程中，涉及的幾個實(shí)驗(yàn)學(xué)生很難進(jìn)行操作，因?yàn)槠渚哂泻芨叩碾y度和危險性，但學(xué)習(xí)過程同樣體現(xiàn)了理解、分析、判斷、推理、概括、論證等方面的思維能力。

三、辨析部分思維能力培養(yǎng)方法實(shí)例

“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”是經(jīng)歷了漫長的科學(xué)探究過程才得出的結(jié)論。重要的研究過程包括“對遺傳物質(zhì)的早期推測”“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”等很多研究。在相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)中，教師一定要注意對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，而不是一帶而過。相對于最終的結(jié)論，分析整個探究過程對學(xué)生的學(xué)科知識體系和學(xué)科核心素養(yǎng)的構(gòu)建也具有不可忽視的作用。

1.理解與分析能力的培養(yǎng)

理解能力包括三個層次：“是什么”“怎么樣”“為什么”。在“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”的教學(xué)中，有很多基本概念和客觀事實(shí)，這些內(nèi)容的梳理過程，就是培養(yǎng)學(xué)生理解能力的重要過程。

比如，在格里菲思的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，“注射S 型活細(xì)菌或R 型活細(xì)菌”的小鼠生活狀態(tài)如何？這就是“是什么”的分析。但只是停留在這個層面上對學(xué)生思維的發(fā)展和知識的構(gòu)建都是沒有實(shí)際意義的，必須要進(jìn)一步分析“為什么”。此過程不一定需要設(shè)置很難的問題，可以是一個簡單的提問。對肺炎雙球菌的結(jié)構(gòu)與特征進(jìn)行分析，這個問題顯然是很簡單的，但對于整個思維發(fā)展的過程而言卻是不容忽視的。同樣，“注射加熱殺死的S 型細(xì)菌”和“注射R 型活細(xì)菌和加熱殺死的S 型細(xì)菌”小鼠的生活狀態(tài)如何？為什么？這個“為什么”的提出不僅是分析本實(shí)驗(yàn)結(jié)論的必要過程，更是“艾弗里肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”構(gòu)建的一個重要導(dǎo)向。

再比如，對于“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”結(jié)論的分析同樣需要從多角度深入。首先，為什么說“主要的”？這樣才能形成對“RNA 病毒的遺傳物質(zhì)是RNA”的認(rèn)同。其次，“DNA 是遺傳物質(zhì)”的適用范圍是什么？這個分析能更確切地找到真核生物與原核生物在分子層次的共性。

2.推理與判斷能力的培養(yǎng)

“推理”與“判斷”在邏輯上具有明顯的連續(xù)性。“判斷”是基于“推理”實(shí)現(xiàn)的。在“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”的教學(xué)中，有幾次重大的“判斷”過程：一是艾弗里實(shí)驗(yàn)結(jié)論“DNA 才是使R 型細(xì)菌發(fā)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)”的判斷；二是赫爾希和蔡斯實(shí)驗(yàn)結(jié)論“DNA 才是噬菌體的遺傳物質(zhì)”的判斷；三是“煙草花葉病毒重組”等實(shí)驗(yàn)結(jié)論“RNA 是煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)”的判斷；四是“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的結(jié)論的得出。

在這幾個“判斷”的過程中，都需要學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行充分分析和推理。比如艾弗里實(shí)驗(yàn)的結(jié)論“只有加入S 型細(xì)菌的DNA 才能引起轉(zhuǎn)化”就是一個重組的證據(jù)，通過對比“DNA”和“其他物質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就可以得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。但僅僅如此的話，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠嗎？顯然答案是否定的，否則科學(xué)家們也不至于為此引發(fā)爭論，甚至之后赫爾希和蔡斯等人的研究也就沒有了價值。實(shí)驗(yàn)結(jié)論缺乏說服力的原因是DNA 的純度問題。但艾弗里設(shè)計的DNA 與DNA 酶混合的實(shí)驗(yàn)組，能充分說明混在DNA 中的極少量的蛋白質(zhì)也不能引起轉(zhuǎn)化。事實(shí)上其他人沒分析到這個層面上，顯而易見，艾弗里實(shí)驗(yàn)已經(jīng)足以說明DNA才是引起R 型細(xì)菌轉(zhuǎn)化的“轉(zhuǎn)化因子”。

再比如，赫爾希和蔡斯的“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”，用什么元素標(biāo)記DNA 和蛋白質(zhì)？這也是一個基礎(chǔ)的判斷。而學(xué)生要做出這樣的判斷，必須對兩種物質(zhì)的元素組成進(jìn)行分析。這樣問題看起來已經(jīng)很簡單了，但事實(shí)上，對于很多同學(xué)來說，“用什么元素標(biāo)記”是可以回答的，這只是一個基礎(chǔ)的記憶性知識，沒有任何的技術(shù)含量。但是一旦在后面加上“為什么”，很多學(xué)生是迷惑的。所以基礎(chǔ)分析和邏輯推理與判斷同樣是教學(xué)中需要被重視的。

3.概括能力的培養(yǎng)

“概括”的本質(zhì)就是尋找不同事物的共性。在“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”教學(xué)中最核心的一個“概括”就是“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”。首先，學(xué)生要在“原核生物”“真核生物”“細(xì)胞生物”“病毒”等不同的分類單元進(jìn)行一次初步的“概括”，對各類生物的遺傳物質(zhì)有一個整體的認(rèn)知；然后再從“整個生物圈”的角度來尋找共性，才能得出“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”的結(jié)論。也就是說，這個結(jié)論的適用范圍是“所有生物”。實(shí)際上，“概括”的基礎(chǔ)是“推理和判斷”，必須做出正確的邏輯判斷之后，才能進(jìn)行精確的概括?！胺治雠c理解”也發(fā)揮著不可或缺的作用。

4.論證能力的培養(yǎng)

“論證”是一個遠(yuǎn)高于其他幾項(xiàng)思維能力的品質(zhì)。要求學(xué)生能提出自己的觀點(diǎn)，并做出充分的證明。這樣的思維品質(zhì)更多地體現(xiàn)在科學(xué)探究過程中?！癉NA 是主要的遺傳物質(zhì)”教學(xué)雖然是經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的理論分析過程，但是其中的一些環(huán)節(jié)同樣可以設(shè)計一些精巧的問題，拓展學(xué)生的思維，同時培養(yǎng)學(xué)生的論證能力。比如在“標(biāo)記噬菌體的DNA 或蛋白質(zhì)”的過程中，關(guān)于如何使噬菌體被標(biāo)記的問題，這個問題在人教版教材上實(shí)際是有精確敘述的，但并沒有說明如何使噬菌體被標(biāo)記的原因。此處便可以設(shè)計“如何使噬菌體被標(biāo)記？為什么？”這樣的連環(huán)設(shè)問，不僅能在理解與分析、推理與判斷、概括等方面使學(xué)生得到鍛煉，同時，在學(xué)生做出判斷并證明的過程中，也是“論證力”培養(yǎng)的過程。

四、概述思維能力培養(yǎng)的基本策略

思維能力是一項(xiàng)綜合能力，涉及很多方面的思維品質(zhì)。不同的教學(xué)內(nèi)容，可以使學(xué)生不同的思維能力得到鍛煉和發(fā)展。教師在教學(xué)中需要有針對性地進(jìn)行訓(xùn)練。不論是從“形象思維能力、抽象思維能力、歸納概括能力、演繹推理能力、批判性思維能力、辯證思維能力”的思維認(rèn)知能力群來看，還是從“理解力、分析力、綜合力、比較力、概括力、抽象力、推理力、論證力、判斷力”的能力劃分來看，實(shí)際兩個系統(tǒng)是相互交叉、相輔相成的。從教學(xué)活動來看，不論是實(shí)驗(yàn)探究還是理論學(xué)習(xí)，都需要從不同的角度對學(xué)生的思維能力進(jìn)行培養(yǎng)。教學(xué)實(shí)踐中，可以通過多方面、多角度的策略，對不同的思維能力有針對性地進(jìn)行培養(yǎng)。

1.“模擬觀察”培養(yǎng)形象思維能力

形象思維是一種直觀的形象和表象形式的思維模式，是淺層次的思維能力，也是其他思維品質(zhì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。生物教學(xué)中，有很多客觀事實(shí)需要通過直觀的形象來進(jìn)行傳遞，甚至只有淺化為直觀形象才能真實(shí)有效地傳遞相應(yīng)的教學(xué)信息。這也正是進(jìn)行大量的觀察實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)的必要性。在整個生物教學(xué)過程中，諸如細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞增殖等知識，甚至是很多驗(yàn)證性、探究性的實(shí)驗(yàn)，都是為了直觀、準(zhǔn)確地傳遞信息。教學(xué)中也存在一種現(xiàn)象，某些經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)案例（諸如眾多的科學(xué)史），在現(xiàn)有的條件下很難重復(fù)實(shí)驗(yàn)，或者是沒有重復(fù)實(shí)驗(yàn)的必要性等，但通過簡單的文字描述又無法達(dá)到良好的教學(xué)效果。這種情況下，教師可以通過模擬實(shí)驗(yàn)的方式，將經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)案例模擬成形象的、可視化的模型或視頻等，以達(dá)到良好的信息傳遞效果，如“恩格爾曼實(shí)驗(yàn)”“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”等。而對于一些操作簡單、沒有危險性的實(shí)驗(yàn)，可以重復(fù)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以從中得到更直觀的體驗(yàn)，如“植物的向光性實(shí)驗(yàn)”等。

2.“概念構(gòu)建”培養(yǎng)抽象思維能力

抽象思維是一種以“概念”為起點(diǎn)、以“想象”為主體的思維品質(zhì)，其中包括理解、分析、推理、判斷等思維能力?！按蟾拍睢笔恰墩n程標(biāo)準(zhǔn)》中的核心理念。通過概念構(gòu)建的方式，教師在實(shí)現(xiàn)“知識傳遞”的同時，更能很好地培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。

概念構(gòu)建的著眼點(diǎn)不一定是大概念，甚至很多時候并不是大概念。一個大概念的構(gòu)建往往是需要很多知識作為支撐的。但在學(xué)習(xí)中，學(xué)生總是會缺少各種各樣的必備知識，需要不斷地補(bǔ)充和修正。以一些基本概念為基礎(chǔ)，不斷地修正概念認(rèn)知，并把大概念的構(gòu)建作為發(fā)展的目標(biāo)，逐步實(shí)現(xiàn)知識的概念化和網(wǎng)絡(luò)化。

比如，從科學(xué)史發(fā)展的角度認(rèn)知“基因”這一概念的形成，將對“孟德爾提出遺傳因子”“薩頓推理遺傳因子在染色體上”“約翰遜提出基因、表現(xiàn)型、基因型等概念”“摩爾根證明基因在染色體上”等內(nèi)容有整體認(rèn)知。進(jìn)而分析“基因與性狀”“等位基因與相對性狀”“基因型與表現(xiàn)型”等基本概念，就可以得到“表現(xiàn)型是基因型與環(huán)境共同作用的結(jié)果”這一上位概念，如圖所示。

“基因”的概念構(gòu)建過程圖

3.“網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建”培養(yǎng)歸納概括能力

“歸納與概括”就是尋找事物的共性，并形成特定的鏈接。在教學(xué)實(shí)踐中，“概念圖”“思維導(dǎo)圖”等教學(xué)模式比比皆是，但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，教學(xué)效果并沒有想象中那么好，甚至一點(diǎn)作用都沒有，反而浪費(fèi)了不少時間。原因其實(shí)也很明顯：學(xué)生的認(rèn)知水平有限、知識儲備不完善、能力水平參差不齊。不同學(xué)生的思維的發(fā)散程度也明顯不一樣，這也使得教學(xué)不具備良好的可控性和可操作性。雖然學(xué)生的思維本就應(yīng)該是多元化的，但這種不加以限制的思維發(fā)散，并不能很好地將知識形成穩(wěn)定的系統(tǒng)，反而在隨意的思維發(fā)散過程中可能會形成一些思維漏洞。因此，在概念教學(xué)的過程中，教師可以事先設(shè)計好大概念的基本構(gòu)架，做一些必要的留白，課上引導(dǎo)學(xué)生推理和完善概念圖。這樣的方式一方面可以提高學(xué)習(xí)的效率，更重要的是可以做一些正確的引導(dǎo)和示范，促使學(xué)生能夠自主梳理基礎(chǔ)知識，歸納、整理并概括出自己的知識認(rèn)知體系。

4.“實(shí)驗(yàn)設(shè)計”培養(yǎng)演繹推理能力

學(xué)生對“演繹推理”的認(rèn)知主要來自于孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中的“假說-演繹法”。實(shí)際上演繹推理是科學(xué)探究中最常用的方法。培養(yǎng)演繹推理能力的最有力措施就是練習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計。通過修改或完善實(shí)驗(yàn)方案、自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)等方法，演繹推理能力得到切實(shí)有效的訓(xùn)練。

這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計不一定是教材上已有的實(shí)驗(yàn)，可以來自教學(xué)中的某些內(nèi)容的拓展，比如設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證植物的生命活動需要鎂元素；也可以是教材實(shí)驗(yàn)的改編或延伸，比如在“探索生長素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可以拓展設(shè)計“探究赤霉素對植物種子萌發(fā)的影響”等實(shí)驗(yàn)；還可以是試題中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計，考試中經(jīng)常會遇到實(shí)驗(yàn)設(shè)計的題目，往往會要求“寫出實(shí)驗(yàn)思路”等，這樣的機(jī)會自然是不容錯過的。

教學(xué)中教師把握每一次機(jī)會，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計入手，便可以使學(xué)生的演繹推理能力有明顯的提高。

5.“問題引導(dǎo)”培養(yǎng)批判性與辯證性思維能力

批判性思維需要樹立一定的評價指標(biāo)，本質(zhì)上是一種思維傾向，同時也屬于思維品質(zhì)。批判性思維具有更高層次的抽象性，具有反思的性質(zhì)，屬于個人思維能力的較高層次的體現(xiàn)。而辯證性思維則屬于一種與“矛盾”對立的批判性思維，具有爭論的性質(zhì)。

學(xué)生自主形成批判性思維和辯證性思維的可能性是很大的。教學(xué)實(shí)踐中總會有一些來自學(xué)生的質(zhì)疑，這實(shí)際上就是批判性思維的雛形 。比如，“植物生長素的極性運(yùn)輸是否受重力的影響？”“非極性運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方向是什么？”等等。教師在教學(xué)過程中對于學(xué)生提出的一些有價值的問題，有必要進(jìn)行公開的思考與討論。此外，教師也要有意識地設(shè)置一些重要的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和交流。在問題引導(dǎo)的形式下，思維才能更好地發(fā)散開，并得到有效的訓(xùn)練。

五、結(jié)束語

思維能力是一種綜合性很強(qiáng)的能力，“思維認(rèn)知能力群”包含了豐富的內(nèi)容。生物教學(xué)中，教師需要有目的、有計劃地針對不同的思維能力設(shè)置不同的教學(xué)方案和手段，將不同的思維能力融匯到教學(xué)的各種情境中，促使學(xué)生思維能力的全面培養(yǎng)。運(yùn)用“模擬實(shí)驗(yàn)與觀察實(shí)驗(yàn)”“概念模型構(gòu)建”“知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建”“實(shí)驗(yàn)設(shè)計訓(xùn)練”“問題情境引導(dǎo)”等方法，可以從不同的角度，針對性地培養(yǎng)學(xué)生不同的思維能力。尤其是對于“‘基因’概念群”這類具有很強(qiáng)的邏輯聯(lián)系的內(nèi)容，通過長期有效的堅(jiān)持，必然能達(dá)到促使學(xué)生思維能力發(fā)展的目的。