精心設(shè)計問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

蘇碧珍

[摘 要]科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)生物學(xué)的過程中應(yīng)逐步培養(yǎng)科學(xué)思維，如尊重事實證據(jù)，秉持嚴謹務(wù)實的求知態(tài)度，能基于事實和證據(jù)進行合理推理、批判歸納、本質(zhì)探尋，挖掘生物學(xué)知識，掌握生物學(xué)規(guī)律，進而審視和論證與生物學(xué)相關(guān)的社會議題。在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師可結(jié)合具體實例，設(shè)計不同形式的問題，引導(dǎo)學(xué)生對科學(xué)證據(jù)進行有目的的探究，提升學(xué)生運用所學(xué)知識解決問題的能力，挖掘?qū)W生的科學(xué)思維潛能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)思維;問題;高中生物學(xué)

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）14-0088-03

高中生物學(xué)作為一門科學(xué)課程，一方面要向?qū)W生傳授科學(xué)的概念和事實，另一方面要給學(xué)生展現(xiàn)生物學(xué)闡釋自然界的科學(xué)途徑和科學(xué)方法。這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)高中生物學(xué)時具備科學(xué)思維，學(xué)會運用分析、綜合等思維方法認識自然界，解決生物學(xué)問題。然而，在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中，部分教師所持的教育理念較為落后，常將概念、事實的傳授放在首位，忽視了學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，這既不利于學(xué)生深入理解基本概念與事實，又不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的形成。高中生物學(xué)教師應(yīng)立足學(xué)生的身心特點和認知規(guī)律，研讀課程標準，明確育人目標，革新教育理念，改進教學(xué)方法?；诖?，在高中生物學(xué)教學(xué)中教師應(yīng)結(jié)合具體案例設(shè)計不同形式的問題，并引導(dǎo)學(xué)生探究解決，從而提升學(xué)生的問題解決能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

一、以遞進式問題培養(yǎng)學(xué)生的歸納與概括思維

遞進式問題在邏輯關(guān)系或內(nèi)容層級上常表現(xiàn)為由易到難、由淺入深，且問題與問題之間環(huán)環(huán)相扣、邏輯嚴密，有利于引導(dǎo)學(xué)生化難為易、深度思維。課前，教師要全面了解學(xué)生的知識儲備和認知水平，在此基礎(chǔ)上分析教學(xué)重難點，設(shè)置遞進式問題。具體步驟為：由易到難、由淺入深、層層遞進地設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生逐級解決問題，最終破解問題。學(xué)生在層層破解問題的過程中，思維逐漸活躍，探究積極性逐步提高，學(xué)習(xí)信心和學(xué)習(xí)興趣也得到了增強。在遞進式問題中，問題邏輯嚴謹，自成體系，難度逐步加深。學(xué)生在對問題答案進行層層推理、不斷完善的過程中，能夠有效培養(yǎng)歸納與概括思維。

例如，“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動”一課中的“能量流動的過程”既是教學(xué)重點，又是教學(xué)難點。對學(xué)生而言，“能量”這一概念十分抽象，“能量流動的過程”涉及的概念較多，理解起來均比較困難。在教學(xué)中教師若采用傳統(tǒng)的講授方式，難免會讓學(xué)生感到空洞乏味。以遞進式問題分層推進教學(xué)，是一個幫助學(xué)生理解“能量流動的過程”的不錯的方法。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動涵蓋能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化、散失4個部分，教師可以據(jù)此進行遞進式問題設(shè)計。先從第一營養(yǎng)級能量的輸入開始分析輸入的第一營養(yǎng)級能量如何存儲、有何用途、流向何處，再按此思路引導(dǎo)學(xué)生接著分析第二、第三營養(yǎng)級的能量。教師可以設(shè)計如下遞進式問題：（1）地球上一切生態(tài)系統(tǒng)的能量需求從何處而來？（能量的輸入）（2）生產(chǎn)者如何存儲能量？（能量的轉(zhuǎn)化）（3）固定的能量有哪些去向？（能量的傳遞和散失）通過解決問題，學(xué)生不難歸納和概括出抽象的生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程，從而對生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程有一個全面、清晰的認知。在這一過程中，學(xué)生的歸納與概括思維得到了有效培養(yǎng)。

二、以精細化問題培養(yǎng)學(xué)生的演繹與推理思維

演繹與推理思維的培養(yǎng)要求教師在教學(xué)中把握好提問的藝術(shù)，設(shè)計的問題要具備“精”與“細”的特點，以展現(xiàn)問題激活與啟發(fā)學(xué)生思維的價值。精細化問題對于培養(yǎng)學(xué)生的演繹與推理思維具有重要作用，有利于引導(dǎo)學(xué)生突破表象，對事物的本質(zhì)進行深層思考。精細化問題的一個突出特點是“精”，即精練，重點突出，能引導(dǎo)學(xué)生深入思考;另一個突出特點是“細”，即精細入微且清晰，問題之間銜接緊密、邏輯嚴謹。學(xué)生在解決精細化問題的過程中，需要觀察現(xiàn)象、分析探究、作出猜想、演繹推理、驗證實踐，最終得出結(jié)論。這有利于培養(yǎng)他們的演繹與推理思維。因此，在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)設(shè)計精細化問題。

例如，“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)中說明了孟德爾運用假說—演繹法進行豌豆雜交實驗從而驗證了生物學(xué)遺傳規(guī)律。教師在教學(xué)時可依據(jù)實驗過程細化問題設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生深入思考問題。首先，教師給學(xué)生講述問題的背景：孟德爾用純種矮莖豌豆和純種高莖豌豆做親本進行雜交實驗，但無論是正交或是反交，得出的子一代豌豆都表現(xiàn)為高莖。然后，教師設(shè)計精細化問題引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）對于孟德爾豌豆雜交實驗所得出的結(jié)果，你有哪些疑問？（2）對于這一結(jié)果，孟德爾有哪些疑惑？他又是怎樣做的？（3）子一代豌豆中沒有矮莖，為什么自交后產(chǎn)生的子二代豌豆中又出現(xiàn)了矮莖呢？這是偶然現(xiàn)象還是遵循著某一規(guī)律？接著，教師在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，進行引導(dǎo)：孟德爾提出顯性性狀與隱性性狀的觀點，并對子二代中不同相對性狀的個體進行數(shù)量統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)高莖與矮莖的性狀分離比接近3 [∶] [1]。但這一性狀分離比是偶然的還是必然的？怎樣證明？孟德爾又產(chǎn)生了疑問。于是他又對其他6對相對性狀進行了雜交實驗，證明3 [∶] [1]的性狀分離比并非偶然。最后，教師繼續(xù)設(shè)計精細化問題：對此，你有何看法？孟德爾提出哪些假說解釋分離現(xiàn)象？他是怎樣對假說進行驗證的？在解決一系列精細化問題的過程中，學(xué)生親身感受到了假說—演繹法的嚴謹性與科學(xué)性，逐步培養(yǎng)了演繹與推理思維。

三、以辨析式問題培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維

辨析包含辨別與分析兩方面的含義。批判性思維的培養(yǎng)要求教師在教學(xué)中能夠針對爭議性結(jié)論或議題設(shè)計辨析式問題，以引導(dǎo)學(xué)生深入思考、大膽質(zhì)疑、合理分析、全面評判，并在此過程中學(xué)會辨別是非、去偽存真，以事實為依據(jù)進行科學(xué)選擇，且能夠遷移應(yīng)用相關(guān)結(jié)論解決其他問題。在辨析式問題的討論與解決過程中，教師要注重引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)嚴謹?shù)卦u判他人和自身觀點。學(xué)生在大膽質(zhì)疑、合理分析、認真反思的過程中，批判性思維將會得到有效培養(yǎng)。

例如，在教學(xué)“基因位于染色體上的實驗證據(jù)”時，教師先給學(xué)生介紹實驗背景：對于孟德爾的遺傳理論以及薩頓提出的“基因位于染色體上”的學(xué)說，摩爾根持懷疑態(tài)度，他認為這是主觀臆測，缺少實驗證據(jù)，無以為信。摩爾根想通過實驗對生物的遺傳與染色體之間的關(guān)系以及基因是怎么一回事一探究竟。一次偶然的機會，摩爾根發(fā)現(xiàn)在一群紅眼果蠅中有一只白眼雄果蠅，于是摩爾根的實驗由此開始。接著設(shè)計如下辨析式問題：（1）通過實驗?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)，就果蠅紅眼與白眼這一相對性狀來看，子一代果蠅全為紅眼，請你推斷其顯性性狀。（2）子一代果蠅雜交產(chǎn)生的子二代，其紅眼與白眼的比例為3∶1，這符合孟德爾的分離規(guī)律嗎？有什么不同的地方？（3）白眼性狀的表現(xiàn)總是與性別相關(guān)聯(lián)，你如何看待這一現(xiàn)象？（4）依據(jù)薩頓提出的學(xué)說，控制白眼性狀的基因應(yīng)該位于哪條染色體上呢？有多少種可能？怎樣使你的想法得到驗證？在一系列問題的引導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)已有知識對自己所提出的猜想進行分析、驗證，最終推斷出正確的實驗結(jié)論，證明薩頓的假說是正確的。教師精心設(shè)計一系列具有啟發(fā)性的辨析式問題引導(dǎo)學(xué)生探究，學(xué)生秉持科學(xué)嚴謹?shù)膽B(tài)度，以“質(zhì)疑—假設(shè)—求證”的探索思路發(fā)現(xiàn)真知，最終促進了批判性思維的發(fā)展。

四、以探究式問題培養(yǎng)學(xué)生的模型與建模思維

在教學(xué)中，教師不僅要給學(xué)生傳授知識，還要基于知識創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生探究思考，使學(xué)生深刻認識知識的形成根源及發(fā)展脈絡(luò)。探究式問題是教師圍繞某一科學(xué)探究主題，為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和能動性，實現(xiàn)教學(xué)目標而設(shè)計的問題。探究式問題的典型特點是具有一定的情境，以反映問題的探究背景及探究路徑。模型是對某一事物的整體性、概括性描述。在生物學(xué)中，常見的模型有數(shù)學(xué)模型、物理模型和概念模型。在模型的建構(gòu)過程中，學(xué)生不僅需要調(diào)動思維，充分想象和思考，還需要進行實踐操作?；诖?，在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)基于相關(guān)生物學(xué)知識及模型建構(gòu)過程，設(shè)置合理的探究式問題，并引導(dǎo)學(xué)生進行階梯式探索，從而使學(xué)生能夠有效完成模型的建構(gòu)，形成模型與建模思維。

例如，在教學(xué)“建構(gòu)數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化”時，教師可設(shè)計探究式問題，引導(dǎo)學(xué)生由現(xiàn)象出發(fā)分析問題，由此發(fā)現(xiàn)種群數(shù)量變化背后所隱藏的數(shù)學(xué)邏輯，并結(jié)合數(shù)學(xué)知識建構(gòu)模型揭示生物學(xué)規(guī)律。首先，教師創(chuàng)設(shè)情境：日常生活中，我們的手上不可避免地會沾染細菌，因此我們要做到勤洗手。細菌的繁殖速率非?？欤跊]有外界干擾的情況下，細菌主要通過分裂進行繁殖，且每20分鐘繁殖一代。然后，教師立足情境設(shè)置探究式問題引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）如果一個細菌每20分鐘分裂繁殖一代，那么怎樣計算繁殖n代后的細菌數(shù)量？（2）40分鐘后細菌的數(shù)量是多少呢？60分鐘、80分鐘、100分鐘……后呢？（3）隨著時間的增長，你發(fā)現(xiàn)細菌種群數(shù)量和時間之間有什么關(guān)系，存在什么規(guī)律？你能用數(shù)學(xué)公式將其表示出來嗎？學(xué)生在情境及探究式問題的引導(dǎo)下初步掌握了數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)方法。但某些時候單純的數(shù)學(xué)公式并不能直觀地將某一規(guī)律性變化展現(xiàn)出來，這時我們就需借助另一種數(shù)學(xué)模型——圖表?；诖?，在學(xué)生發(fā)現(xiàn)細菌種群數(shù)量隨時間變化的關(guān)系并運用數(shù)學(xué)公式表示出來后，教師把一個細菌分裂繁殖的后代數(shù)量與其所對應(yīng)的時間繪制成表格，并以數(shù)量為縱坐標、時間為橫坐標把表格轉(zhuǎn)化為細菌種群數(shù)量增長曲線圖。相對于數(shù)學(xué)公式模型，曲線圖這一數(shù)學(xué)模型，所包含的信息更為豐富且更加直觀。細菌種群數(shù)量增長曲線圖能夠深化學(xué)生對相關(guān)知識的認識。通過情境創(chuàng)設(shè)、探究式問題的合理設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系并調(diào)動多學(xué)科知識進行模型建構(gòu)。在建構(gòu)模型的過程中，學(xué)生能夠打通問題探究思路，學(xué)習(xí)并掌握模型建構(gòu)方法，形成模型與建模思維。

五、以延展式問題培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維

創(chuàng)造性思維是非常寶貴的一種思維品質(zhì)，從長遠來看，它影響著學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和生活，因此，在教學(xué)實踐中教師格外重視學(xué)生創(chuàng)造性思維的培育。教師在教學(xué)實踐中可設(shè)計延展式問題引導(dǎo)學(xué)生深入思考，加深學(xué)生對知識的理解。延展式問題有利于引導(dǎo)學(xué)生多方位、多維度地進行思考分析，有利于學(xué)生打破常規(guī)，突破壁壘，拓展思維的廣度和深度，培養(yǎng)思維的獨創(chuàng)性。在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師要設(shè)置不局限于教材、答案不唯一、情境多樣化的延展式問題，并引導(dǎo)學(xué)生對問題進行多維度的分析和思考，使學(xué)生在解決問題的過程中提高認知深度，形成創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。

例如，在學(xué)生掌握“減數(shù)分裂”內(nèi)容之后，教師可以設(shè)計如下延展式問題進行內(nèi)容的拓展：（1）通常情況下，兩對等位基因位于兩對同源染色體上，那么一個基因型為 AaBb的精（卵）原細胞能夠產(chǎn)生幾種精（卵）細胞？（2）假如情況是n對等位基因位于n對同源染色體上，那么又會得到怎樣的結(jié)果呢？在學(xué)生正確解答問題之后，教師再繼續(xù)提問：（1）如果在第一次減數(shù)分裂前期，一個基因型為 AaBb的精原細胞A 和 a 所在的同源染色體在聯(lián)會時發(fā)生交叉互換，那么可以產(chǎn)生多少種精細胞？（2）假設(shè)這一精原細胞發(fā)生了基因突變，那么又可以產(chǎn)生多少種精細胞？（3）如果這一精原細胞產(chǎn)生了一個基因型為AaB 的精細胞，那么是減數(shù)分裂過程中的哪一階段發(fā)生了異常？其他 3 個精細胞是什么基因型的？（4）如果產(chǎn)生了一個AAB 基因型的精細胞，那么又會是何種原因?qū)е碌模客ㄟ^不斷追問延展式問題，能夠有效激發(fā)學(xué)生的好奇心和調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，把學(xué)生對問題的思考引向深入，培養(yǎng)學(xué)生的思維創(chuàng)造性。

綜上所述，在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師要注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維;要充分尊重學(xué)生的主體地位，依據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計不同形式的問題，拓展學(xué)生的思維空間，提高學(xué)生的思維活躍度。合理有效的問題設(shè)計能夠多維度拓展學(xué)生思維的廣度與深度，提升學(xué)生的思維品質(zhì)。問題的解決過程是學(xué)生科學(xué)思維形成與發(fā)展的過程，同時也是學(xué)生科學(xué)思維的應(yīng)用過程。問題化教學(xué)能在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的同時，引導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)思維方法轉(zhuǎn)化為科學(xué)思維能力，并有效發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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（責(zé)任編輯 黃春香）