新課標(biāo)下培養(yǎng)生物科學(xué)思維的實(shí)踐與研究

□ 江蘇省南通市海門(mén)四甲中學(xué) 樊紅娟

科學(xué)思維是生物學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，諸多的生物概念原理和規(guī)律均是科學(xué)思維的產(chǎn)物，大多是通過(guò)分析、比較、歸納演繹、抽象概括等一些學(xué)科思維方法形成的結(jié)果。因此，科學(xué)思維的滲透對(duì)于學(xué)生深刻理解生物學(xué)相關(guān)概念，了解生物知識(shí)的形成過(guò)程，掌握生物學(xué)科學(xué)習(xí)推理方法，具有重要的促進(jìn)作用。本文從聚焦欄目設(shè)置、開(kāi)展自主實(shí)驗(yàn)以及聯(lián)系生活實(shí)際三個(gè)方面論述了高中生物課堂中實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方法滲透、邏輯推理能力培養(yǎng)以及生物應(yīng)用價(jià)值觀念形成的過(guò)程。

一、聚焦欄目設(shè)置，滲透學(xué)習(xí)方法

針對(duì)不同類(lèi)型的學(xué)習(xí)欄目教師應(yīng)設(shè)計(jì)不同的教學(xué)模式，以多樣化的教學(xué)手段促進(jìn)學(xué)生掌握更全面的生物學(xué)習(xí)方法，了解不同類(lèi)型生物知識(shí)的形成過(guò)程。具體包括互動(dòng)型、探究型以及拓展性，分別適用于發(fā)散思維、建構(gòu)抽象模型以及了解前沿技術(shù)發(fā)展等領(lǐng)域的學(xué)習(xí)。

1.互動(dòng)型，延展想象空間

互動(dòng)型課堂模式主要應(yīng)用于思考討論、資料分析以及調(diào)查互動(dòng)等教學(xué)內(nèi)容，互動(dòng)型課堂旨在通過(guò)課堂環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)促進(jìn)學(xué)生之間的互動(dòng)交流，讓學(xué)生在交流中發(fā)散思維，延伸想象空間，感受不同個(gè)體的思維差異，并在其中攫取不同觀點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而促進(jìn)科學(xué)思維能力的發(fā)展。

互動(dòng)交流是促進(jìn)思維發(fā)散，延伸學(xué)生想象能力的有效手段。比如，在學(xué)習(xí)“基因?qū)π誀畹目刂啤边@一小節(jié)時(shí)，設(shè)計(jì)探究問(wèn)題組織學(xué)生互動(dòng)與討論：“同一株水毛茛暴露于空氣中以及沉在水中的葉片性狀呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，分析這兩種性狀的葉子的基因是否相同？?jī)煞N葉子出現(xiàn)不同性狀的原因？”同學(xué)們?cè)谟懻撝蟹治龀鰞烧叩幕蛳嗤?，之所以出現(xiàn)不同的性狀是因?yàn)閮烧叩沫h(huán)境不同（水下和空氣中），并聯(lián)想到許多受到環(huán)境影響二性狀改變的生物個(gè)體，包括被繩子包裹的樹(shù)干出現(xiàn)勒痕、雪兔在不同季節(jié)的顏色變化，等等。在討論的過(guò)程中同學(xué)們各抒己見(jiàn)，充分地發(fā)揮了互動(dòng)探究的作用，掌握了生物性狀還受周邊環(huán)境影響的理論。

2.探究型，建構(gòu)學(xué)科模型

抽象概括與模型建構(gòu)是科學(xué)思維的一種主要體現(xiàn)方式，在高中生物學(xué)習(xí)內(nèi)容中存在許多難以直接觀察，需要同學(xué)們發(fā)散思維進(jìn)行抽象理解的知識(shí)點(diǎn)。因此，教師應(yīng)有意識(shí)地開(kāi)展探究性課堂，設(shè)置探究性問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主探究獲取知識(shí)的形成過(guò)程，實(shí)現(xiàn)抽象模型的建構(gòu)，從而對(duì)生物抽象規(guī)律有更深刻的理解。

鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手探究，制作相應(yīng)的教具模型對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的抽象模型思維有著十分積極的作用。比如，在學(xué)習(xí)“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”這一小節(jié)時(shí)，首先初步講解生物細(xì)胞膜的組成成分，記憶組成結(jié)構(gòu)，之后引導(dǎo)學(xué)生探究制作細(xì)胞膜模型的方法，需要在模型中體現(xiàn)出細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特性以及功能組件。對(duì)于這一問(wèn)題的探究，同學(xué)們將其分為兩個(gè)方向，一是要保證模型能夠準(zhǔn)確表述細(xì)胞膜應(yīng)有的結(jié)構(gòu)和外貌特征，二是模型的組成能夠體現(xiàn)出細(xì)胞膜在生命活動(dòng)中起到的作用。比如對(duì)于膜上蛋白質(zhì)的不同分布形式，同學(xué)們?cè)谀Ｐ椭袦?zhǔn)備不同大小的物質(zhì)代表蛋白質(zhì)，將其分別附著于表面，貫穿整個(gè)模型等結(jié)構(gòu)，充分體現(xiàn)模型的科學(xué)性。

通過(guò)自主探究，同學(xué)們獲取了更加直觀的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，在制作模型的過(guò)程中對(duì)生物知識(shí)的理解更加透徹，能夠?qū)⒄n本上的抽象表述轉(zhuǎn)化為直觀可見(jiàn)的生物模型，提高生物知識(shí)的應(yīng)用能力和聯(lián)想能力。

3.拓展型，了解前沿技術(shù)

了解生物學(xué)科相關(guān)的前沿技術(shù)發(fā)展對(duì)于幫助同學(xué)們形成生物學(xué)科科學(xué)思維是十分有利的，通過(guò)了解最新技術(shù)的發(fā)展，可以讓同學(xué)們更清晰地感受到生物學(xué)科的發(fā)展應(yīng)用前景，體會(huì)生物學(xué)科的社會(huì)應(yīng)用價(jià)值并且熟悉生物學(xué)科發(fā)展的知識(shí)脈絡(luò)，從而系統(tǒng)地掌握生物學(xué)科的科學(xué)含義，促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展提升。

對(duì)課本內(nèi)容進(jìn)行拓展，將學(xué)科前沿內(nèi)容、相關(guān)知識(shí)背景引入到課堂教學(xué)中是開(kāi)展拓展型課堂的常用方法。比如，在學(xué)習(xí)“胚胎工程的應(yīng)用及前景”這一小節(jié)時(shí)，可以拓展當(dāng)前比較熱門(mén)的試管嬰兒技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，體會(huì)其中的生物科學(xué)價(jià)值。通過(guò)對(duì)試管嬰兒技術(shù)的實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行探究，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)這一前沿技術(shù)應(yīng)用屬于胚胎移植概念的一種應(yīng)用方式，通過(guò)體外受精后胚胎移植的方式幫助一些無(wú)法自然受孕的家庭實(shí)現(xiàn)生育計(jì)劃。但是這一技術(shù)也存在許多的倫理矛盾，不管是從生物科學(xué)的角度還是社會(huì)倫理的層面都需要加以限制，讓技術(shù)更好地服務(wù)于社會(huì)，而不是對(duì)社會(huì)造成不良的影響。

二、基于自主實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)邏輯推理

實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)科的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及實(shí)現(xiàn)結(jié)果的分析是邏輯推理能力的直接應(yīng)用體現(xiàn)，結(jié)合生物課程設(shè)計(jì)自主實(shí)驗(yàn)，并讓學(xué)生利用科學(xué)的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，推理得出相應(yīng)的生物規(guī)律是培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)思維的高效方式。

1.變換實(shí)驗(yàn)材料，比較不同現(xiàn)象

對(duì)比分析是邏輯推理的一種主要方式，在生物實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)材料可以得到不同的現(xiàn)象，對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)材料以及現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比可以有力地分析出生物實(shí)驗(yàn)過(guò)程的本質(zhì)，幫助同學(xué)們深入理解生物活動(dòng)過(guò)程。因此，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生變換實(shí)驗(yàn)材料，比較不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)比推理相應(yīng)的生物活動(dòng)規(guī)律。

比如，在學(xué)習(xí)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”這一小節(jié)時(shí)，需要同學(xué)們自主實(shí)驗(yàn)觀察洋蔥表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原現(xiàn)象，不同的溶液，觀察在不同溶液下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的區(qū)別，分析出現(xiàn)結(jié)果差異的原因。同學(xué)們分別利用兩種濃度的蔗糖溶液滴到待觀察細(xì)胞上，發(fā)現(xiàn)兩種情況下細(xì)胞均發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，但是對(duì)于低濃度溶液的實(shí)驗(yàn)中滴入清水后細(xì)胞又逐漸恢復(fù)到原始狀態(tài)，而高濃度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中即使滴上清水也不會(huì)出現(xiàn)復(fù)原現(xiàn)象。對(duì)比這兩種條件以及現(xiàn)象，同學(xué)們分析，較低濃度的溶液僅會(huì)使細(xì)胞脫水，當(dāng)及時(shí)補(bǔ)充水分后還可以復(fù)原，但是較高濃度的溶液則會(huì)使細(xì)胞脫水死亡，所以不可能發(fā)生復(fù)原現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上鼓勵(lì)學(xué)生嘗試用不同的細(xì)胞進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象。

2.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，追溯差異因素

同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中難免會(huì)因?yàn)榧?xì)節(jié)操作等問(wèn)題導(dǎo)致最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)一定的差異。對(duì)于這一現(xiàn)象，教師應(yīng)該充分地加以利用，鼓勵(lì)同學(xué)們分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)差異的原因，追溯導(dǎo)致差異現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)因素，幫助同學(xué)們更加深刻地理解實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的同時(shí)促進(jìn)其科學(xué)思維的培養(yǎng)。

在生物的生命活動(dòng)中某種物質(zhì)的細(xì)小差異就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不同的生命活動(dòng)現(xiàn)象，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)此分析才能更深刻地理解出現(xiàn)的差異因素。比如，在學(xué)習(xí)“生長(zhǎng)素的生理力作用”這一小節(jié)時(shí)，需要同學(xué)們通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究不同濃度的生長(zhǎng)素對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，在實(shí)驗(yàn)完成后同學(xué)們發(fā)現(xiàn)彼此之間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在較大的差異，在此基礎(chǔ)上依次對(duì)自己采用的溶液濃度、植物位置以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)椴捎玫牟煌恢玫闹参矬w導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制出的曲線存在較大的差異，比如同樣是10-6mol/L的溶液對(duì)根具有抑制作用，而對(duì)莖則具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，對(duì)于芽則幾乎不起作用。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的參數(shù)信息價(jià)逆向比較，嘗試分析不同的實(shí)驗(yàn)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響是科學(xué)思維的一種重要體現(xiàn)方式，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提升生命活動(dòng)現(xiàn)象本質(zhì)理解有著積極的促進(jìn)作用。

3.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)試劑，開(kāi)放設(shè)計(jì)空間

創(chuàng)新思維以及開(kāi)放的思想是科學(xué)思維的一個(gè)重要方面，生物科學(xué)思維能力的培養(yǎng)并不是讓學(xué)生死板地掌握生物知識(shí)和實(shí)驗(yàn)原理，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和創(chuàng)新開(kāi)放能力，從精神層次培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)思維。因此，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)思考改進(jìn)的方式，為學(xué)生設(shè)計(jì)開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)空間。

比如，在學(xué)習(xí)“細(xì)胞中的元素和化合物”這一小節(jié)時(shí)，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)細(xì)胞中包含的物質(zhì)種類(lèi)以及化學(xué)性質(zhì)，結(jié)合這一實(shí)驗(yàn)鼓勵(lì)同學(xué)們嘗試改進(jìn)已有方案中的化學(xué)檢驗(yàn)試劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體中包含的不同物質(zhì)的檢測(cè)。其中有一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)需要對(duì)花生果實(shí)切片滴入蘇丹Ⅲ染液，通過(guò)顯微鏡觀察現(xiàn)象，但是由于切片的薄度不容易把握，所以同學(xué)們嘗試將花生果實(shí)打碎，然后將染液滴到搗碎的物體組織中。從宏觀角度利用肉眼直接觀察兩者的反應(yīng)現(xiàn)象，結(jié)果同樣可以觀察到一些黃色的反應(yīng)結(jié)果，證明了搗碎后的果實(shí)顆粒中包含有豐富的脂肪顆粒，驗(yàn)證了生命細(xì)胞中包含脂肪物質(zhì)的正確性。

三、聯(lián)系生活實(shí)際，深化價(jià)值判斷

生物學(xué)科重點(diǎn)講述了生物體的生命活動(dòng)以及生物與自然系統(tǒng)之間的活動(dòng)關(guān)系，與人類(lèi)的日常生活具有十分緊密的聯(lián)系。在生物課程學(xué)習(xí)中教師要有意識(shí)地聯(lián)系生活實(shí)際，幫助同學(xué)們建立生物知識(shí)與實(shí)際生活應(yīng)用之間的橋梁，借助知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用背景深化學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的價(jià)值判斷，從而促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展。

1.擷取生活資源，發(fā)明制作

基于所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行發(fā)明制作是深化生物應(yīng)用價(jià)值的直接手段，不僅可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解情況，同時(shí)能夠了解知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用過(guò)程，在實(shí)踐中加深理解。因此，教師應(yīng)結(jié)合教學(xué)過(guò)程擷取與之貼切的生活資源，鼓勵(lì)同學(xué)們參與利用生物知識(shí)設(shè)計(jì)生活用品的發(fā)明制作過(guò)程，在實(shí)踐中享用生物知識(shí)。

生物學(xué)科的許多內(nèi)容都與生活情景息息相關(guān)，結(jié)合這一類(lèi)知識(shí)設(shè)計(jì)探究情境，讓學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)完成發(fā)明制作可以有效地進(jìn)行生活化滲透。比如，在學(xué)習(xí)“果酒和果醋的制作”這一小節(jié)時(shí)，組織同學(xué)們開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，自主完成果酒和果醋的發(fā)明制作。同學(xué)們首先分析上述兩種生活用品的制作原理，果酒是利用酵母菌將原料中包含的糖類(lèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為丙酮酸，之后丙酮酸在厭氧環(huán)境下可以分解得到酒精以及二氧化碳?xì)怏w，從而實(shí)現(xiàn)果酒的制作。通過(guò)分析上述過(guò)程，同學(xué)們確定了總體的實(shí)驗(yàn)路線，并明確實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題，確保原料洗凈后再參與反應(yīng)，避免雜菌和其他微生物的干擾，并且要注意反應(yīng)所需的溫度，確保真菌的繁殖生長(zhǎng)。

基于生活資源自主發(fā)明制作的過(guò)程讓學(xué)生獲得了很強(qiáng)的滿足感，能夠親身體會(huì)到自己所學(xué)習(xí)的生物知識(shí)對(duì)生活帶來(lái)的改變，對(duì)學(xué)生的生物科學(xué)思維培養(yǎng)起到了正向激勵(lì)的作用。

2.參與生活實(shí)踐，深度認(rèn)知

生物學(xué)科中有許多涉及到人類(lèi)與生物種群的統(tǒng)計(jì)相關(guān)內(nèi)容，這一部分內(nèi)容不再拘泥于單獨(dú)的個(gè)體，而是從整體的角度分析整個(gè)族群的生命活動(dòng)現(xiàn)象，針對(duì)這一部分內(nèi)容教師應(yīng)通過(guò)生活實(shí)踐的方式助力學(xué)生深度認(rèn)知，在實(shí)踐中體會(huì)到生物學(xué)科的知識(shí)內(nèi)涵。

在生物學(xué)科中與遺傳相關(guān)的內(nèi)容都需要對(duì)整個(gè)家族的情況及統(tǒng)計(jì)分析才能得出相應(yīng)的遺傳結(jié)論。比如，在學(xué)習(xí)“人類(lèi)遺傳病”這一小節(jié)時(shí)，布置生活實(shí)踐任務(wù)，讓同學(xué)們實(shí)踐調(diào)研某一種單基因遺傳病在家族內(nèi)的患病概率，并從生物學(xué)的角度進(jìn)行分析。同學(xué)們對(duì)諸如紅綠色盲、白化病等進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)這一類(lèi)又可以分為顯性和隱性兩種遺傳現(xiàn)象，比如白化病這種隱性遺傳病，若父母雙方都是雜合子正常體，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)其后代患病的概率為1/4，而顯性遺傳病如果其父母都是正常體，則孩子不會(huì)出現(xiàn)遺傳現(xiàn)象。

在實(shí)踐調(diào)研中，結(jié)合對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)的分析，同學(xué)們更加深刻地理解了不同類(lèi)型遺傳病的遺傳規(guī)律，掌握了計(jì)算各種類(lèi)型遺傳病后代患病的概率。因此，教師應(yīng)結(jié)合生物學(xué)內(nèi)容適時(shí)地創(chuàng)設(shè)實(shí)踐情境，通過(guò)實(shí)踐探究促進(jìn)學(xué)生對(duì)生物學(xué)知識(shí)有深刻的理解，明晰生物學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要應(yīng)用價(jià)值。

3.聯(lián)系生活應(yīng)用，解決問(wèn)題

生活應(yīng)用往往是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)問(wèn)題，是一種需要綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)綜合分析并解決問(wèn)題的科學(xué)方法，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。因此，教師應(yīng)注重課堂教學(xué)中的拓展延伸，聯(lián)系生活應(yīng)用問(wèn)題，讓學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)生物知識(shí)走向社會(huì)的教學(xué)目標(biāo)。

比如，在學(xué)習(xí)“光合作用以及呼吸作用”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，布置生活化問(wèn)題：“某大棚種植戶為提高蔬菜產(chǎn)量，用工具測(cè)得在不同光照強(qiáng)度以及不同溫度下的大棚內(nèi)部的CO2濃度變化曲線，請(qǐng)根據(jù)所學(xué)的生物知識(shí)推斷應(yīng)該如何調(diào)整大棚的光照和溫度條件才能進(jìn)一步提高產(chǎn)量？”對(duì)于這一問(wèn)題需要同學(xué)們聯(lián)系植物的光合作用原理，觀察題目給出的變化曲線，找出光照對(duì)光及呼吸兩種作用的影響臨界點(diǎn)，確定呼吸作用和光合作用對(duì)等的點(diǎn)以及光照增強(qiáng)后呼吸作用不再加強(qiáng)的點(diǎn)，同理觀察曲線得到CO2吸收速度最快是對(duì)應(yīng)的溫度條件，從而確定在何種條件下光合作用最劇烈，此時(shí)的蔬菜產(chǎn)量對(duì)應(yīng)最高。

綜上所述，學(xué)生生物科學(xué)思維的培養(yǎng)是新課標(biāo)背景下對(duì)生物教學(xué)提出的新變革，改變了傳統(tǒng)課堂中知識(shí)灌輸為主的教學(xué)理念。需要教師尊重學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，聯(lián)系生活應(yīng)用內(nèi)容，采用多元化的教學(xué)模式，設(shè)計(jì)自主實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的邏輯推理能力以及生物學(xué)習(xí)應(yīng)用方法的培養(yǎng)，促進(jìn)科學(xué)思維觀念的形成。