指向科學(xué)思維培養(yǎng)的高中生物學(xué)概念教學(xué)

孫愛萍 黃偉文

［摘要］ 教師在教學(xué)中應(yīng)依據(jù)生物學(xué)事實(shí)，運(yùn)用不同的科學(xué)思維方法，幫助學(xué)生構(gòu)建和深入理解生物學(xué)重要概念，以進(jìn)一步改善學(xué)生的思維品質(zhì)。以“染色體數(shù)目變異”教學(xué)內(nèi)容為例，通過列舉事實(shí)感性認(rèn)識(shí)概念、透過生物學(xué)事實(shí)理性認(rèn)知概念、遷移運(yùn)用生物學(xué)現(xiàn)象內(nèi)化概念的教學(xué)過程，實(shí)施生物學(xué)概念教學(xué)。通過課例反思，發(fā)現(xiàn)培育科學(xué)思維的生物學(xué)概念教學(xué)的基本起點(diǎn)、延伸臺(tái)階與精準(zhǔn)反饋等踐行要點(diǎn)。

［關(guān)鍵詞］ 科學(xué)思維；概念教學(xué)；生物學(xué)事實(shí)；染色體變異；協(xié)同思考

一、科學(xué)思維培育的概念教學(xué)課例

（一）以多種實(shí)例表象感知提升科學(xué)思維的主動(dòng)性

教學(xué)過程：教學(xué)開始時(shí)，教師給學(xué)生提供如下一系列的資料：天才音樂指揮家“舟舟”是個(gè)先天愚型兒，體細(xì)胞中的21號(hào)染色體多了一條；豌豆姑娘身高1.28米，檢查表明其體細(xì)胞內(nèi)少了一條X染色體；2010年小A高考398分，達(dá)到了東南大學(xué)的錄取線，但由于身體缺陷，與理想的醫(yī)學(xué)專業(yè)失之交臂；自然界中蜂王的體細(xì)胞內(nèi)含有32條染色體，但是雄蜂體細(xì)胞內(nèi)只有16條染色體；普通西瓜的體細(xì)胞內(nèi)含有22條染色體，無籽西瓜的體細(xì)胞內(nèi)卻含有33條染色體。教師引導(dǎo)學(xué)生比較前兩則材料間，以及后三則材料間的區(qū)別，進(jìn)而總結(jié)出染色體數(shù)目變異的類型。緊接著，教師便提出問題：為什么雄蜂減少16條染色體仍然能正常發(fā)育，無籽西瓜多了11條染色體就無籽呢？這里的16條或11條染色體是一組什么染色體？通過鏈?zhǔn)降淖穯?，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱忱，提升他們科學(xué)思維的主動(dòng)性。

【設(shè)計(jì)意圖】上述教學(xué)過程以真實(shí)的生物學(xué)情境問題導(dǎo)入，相關(guān)事例不僅數(shù)量充足、類別豐富，并且均可與“染色體數(shù)目變異類型”概念間建立緊密聯(lián)系。教師以生物學(xué)事實(shí)現(xiàn)象為導(dǎo)引，在真實(shí)情境中挖掘問題，以新知和舊知的交匯處為切入點(diǎn)，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維源點(diǎn)，引導(dǎo)其關(guān)注“染色體組”概念。在概念教學(xué)過程中，教師精心選擇代表性事例，讓學(xué)生充分感知生物學(xué)現(xiàn)象或生活經(jīng)驗(yàn)，引起認(rèn)知沖突，引發(fā)思考，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。正如建構(gòu)主義理論所認(rèn)為的那樣，學(xué)習(xí)是在一定的教學(xué)情境下發(fā)生的，只有在有意義的情境中，才能有效地調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者原有認(rèn)知中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過同化或順應(yīng)過程主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)。

（二）以多次遞進(jìn)理性探討促進(jìn)科學(xué)思維的能動(dòng)性

教學(xué)過程1：資料分析，生成概念。教師引入雄蜂發(fā)育的小資料，以問題驅(qū)動(dòng)，幫助學(xué)生構(gòu)建概念。蜜蜂是社會(huì)性昆蟲，交配后的蜂王（體細(xì)胞32條染色體）產(chǎn)下受精的卵和未受精的卵，受精卵將來發(fā)育成蜂王和工蜂，而那些沒有受精的卵細(xì)胞則發(fā)育成雄蜂。引導(dǎo)學(xué)生思考：蜂王的卵細(xì)胞內(nèi)包含蜜蜂生長(zhǎng)、發(fā)育的整套遺傳信息嗎？為什么？蜂王的卵細(xì)胞通過什么分裂形成？卵細(xì)胞中有同源染色體嗎？嘗試概括染色體組的含義。學(xué)生借助問題閱讀材料，捕獲到雄蜂是由卵細(xì)胞發(fā)育而來的事實(shí)性知識(shí)，進(jìn)而推測(cè)：一個(gè)染色體組包含生物生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳和變異的整套遺傳信息；結(jié)合減數(shù)分裂產(chǎn)生卵細(xì)胞的過程發(fā)現(xiàn)：一個(gè)染色體組內(nèi)的染色體全部都是非同源染色體。學(xué)生通過資料分析與問題引導(dǎo)，進(jìn)行推理、綜合，構(gòu)建出染色體模型。

教學(xué)過程2：演繹推理，鞏固概念。學(xué)習(xí)新概念后，學(xué)生對(duì)概念的理解往往不夠全面與精確。教師應(yīng)將知識(shí)擴(kuò)展和精細(xì)化，引導(dǎo)學(xué)生多運(yùn)用演繹推理，通過概念論證，判斷概念正誤，進(jìn)一步鞏固概念的內(nèi)涵。為了促進(jìn)學(xué)生對(duì)染色體組的準(zhǔn)確理解，可以把文字表述所蘊(yùn)含的信息類比推理到示意圖加以呈現(xiàn)。教師提供雌果蠅體細(xì)胞染色體的磁貼模型，讓學(xué)生從中提取一個(gè)染色體組。有學(xué)生擺出染色體組成，教師讓其他學(xué)生評(píng)價(jià)這樣是否正確，并說明理由。

教學(xué)過程3：搭建圖群，形成新概念。染色體組是單倍體、二倍體、多倍體等概念的生長(zhǎng)基石，針對(duì)這三組概念的差異，教師可以建立一組彼此有信息聯(lián)系的生物圖，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)圖文信息進(jìn)行有效的讀取、處理，提煉出圖中包含的各種概念、原理、規(guī)律，實(shí)現(xiàn)圖文轉(zhuǎn)化，形成對(duì)生物學(xué)概念的抽象與概括。例如，學(xué)生觀察比較圖1、圖2，得出二倍體和三（多）倍體的區(qū)別；比較圖3、

圖4歸納出單倍體的概念；比較圖1與圖4、圖2與圖3，概括出單倍體與二倍體、多倍體的區(qū)別。學(xué)生習(xí)慣于從“物質(zhì)”本體理解單倍體概念，認(rèn)為其體內(nèi)只含有1個(gè)染色體組，產(chǎn)生迷思概念。通過生物圖加強(qiáng)概念的“過程”本體分析，學(xué)生領(lǐng)悟到單倍體的“單”與其只有一種生殖細(xì)胞發(fā)育而來有關(guān)，而與體內(nèi)的染色體組數(shù)目無關(guān)，有助于將迷思概念轉(zhuǎn)化。

【設(shè)計(jì)意圖】該教學(xué)過程先將學(xué)生帶入系統(tǒng)性、可延展的特殊情境中，即密封的染色體數(shù)量與性別決定機(jī)制。順著這一極具張力的情境脈絡(luò)，讓學(xué)生便于透過現(xiàn)象看本質(zhì)，協(xié)同思考生物學(xué)現(xiàn)象與概念之間的相互關(guān)系。之后，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)圖形回溯概念，運(yùn)用“假說—演繹”法，進(jìn)行思維逆推，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念內(nèi)涵的把握，提升思維品質(zhì)。除了提供生物學(xué)事實(shí)幫助學(xué)生感知概念以外，教師還要對(duì)事實(shí)進(jìn)行抽象概括，幫助學(xué)生將感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，從而建立概念。根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，教師為學(xué)生提供了圖像可視化、思維暴露化的腳手架，以便于充分關(guān)聯(lián)學(xué)生已有的知識(shí)和能力水平，尋找獲取新知識(shí)最近的生長(zhǎng)點(diǎn)，搭建學(xué)習(xí)階梯，讓學(xué)生在不經(jīng)意間內(nèi)化出個(gè)體化的概念圖式。

（三）以多類情境遷移運(yùn)用增強(qiáng)科學(xué)思維的靈動(dòng)性

教學(xué)過程：在理解單倍體和多倍體概念的基礎(chǔ)上，教師提出問題：三倍體香蕉為什么不能產(chǎn)生種子？此時(shí)，學(xué)生便可依據(jù)自身的生活經(jīng)驗(yàn)作出推測(cè)：難道香蕉果肉里的黑色“籽”是它的種子，那么它們?nèi)绾畏敝?？該問題的解決涉及生物的生殖、變異及進(jìn)化等多個(gè)概念。教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合圖2和減數(shù)分裂聯(lián)會(huì)的過程來分析，學(xué)生認(rèn)識(shí)到三倍體植物不育的特點(diǎn)與其體內(nèi)染色體組數(shù)密切相關(guān)。通過三倍體香蕉進(jìn)化的視頻，學(xué)生了解到三倍體香蕉通過無性繁殖繁衍后代，并在長(zhǎng)期進(jìn)化中保留了退化的種子。在課堂教學(xué)的最后環(huán)節(jié)，教師給予學(xué)生黑小麥、甘薯與馬鈴薯等多倍體育種的相關(guān)資料，讓學(xué)生對(duì)資料進(jìn)行深入分析，完成多倍體育種科普短文寫作的學(xué)習(xí)任務(wù)，再依托其他情境的遷移運(yùn)用，讓學(xué)生進(jìn)一步厘清并運(yùn)用概念，從而幫助他們深入思考“染色體變異是可以遺傳的”這一概念。

【設(shè)計(jì)意圖】通過概念教學(xué)，幫助學(xué)生構(gòu)建概念，形成生命觀念，在真實(shí)的問題情境中解釋現(xiàn)象，學(xué)以致用?？茖W(xué)思維的目的并不在于思維的吸納與固化，而應(yīng)將其靈活運(yùn)用、外化于行。換言之，學(xué)生需要能夠在面對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活的相關(guān)問題時(shí)，利用多個(gè)相關(guān)的生物學(xué)大概念或原理，通過邏輯推理闡明個(gè)人立場(chǎng)，并依據(jù)自身的科學(xué)思維進(jìn)行深入反思、價(jià)值研判與做出相應(yīng)決策。而上述教學(xué)過程，采用另一個(gè)情境的遷移運(yùn)用，追問學(xué)生科學(xué)思維的深刻程度，根據(jù)學(xué)生作答的表現(xiàn)能夠評(píng)判其是否真正靈活掌握了這一生物學(xué)概念。同時(shí)，該過程也能讓學(xué)生自身反思之前的學(xué)習(xí)過程，從而為思維的進(jìn)一步改善作鋪墊。

二、科學(xué)思維培育的概念教學(xué)實(shí)踐反思

（一）培育起點(diǎn)：學(xué)習(xí)熱忱的主動(dòng)性提升

從整個(gè)教學(xué)過程中不難發(fā)現(xiàn)，情境化的現(xiàn)實(shí)聯(lián)系貫穿始終，用于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。生物學(xué)概念是一系列生物學(xué)事實(shí)現(xiàn)象的抽象概括，純講授式的概念教學(xué)勢(shì)必會(huì)讓學(xué)生感受較為枯燥乏味?？茖W(xué)思維的改善伴隨著由生動(dòng)形象走向抽象化的過程，但該過程的完成并非一蹴而就，也需要讓學(xué)生先體驗(yàn)到事實(shí)現(xiàn)象的真實(shí)可感，再經(jīng)歷思維訓(xùn)練的深入過程。在上文教學(xué)案例中，無論是染色體數(shù)量變化的概念，還是染色體組的生物學(xué)概念，其在教學(xué)過程中都融入了大量生物學(xué)事實(shí)現(xiàn)象。只有以具象化、真實(shí)性，能夠激發(fā)學(xué)生興趣的現(xiàn)象為依托，方能不斷提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱忱，從而為他們的科學(xué)思維培育作鋪墊?？偟膩碚f，生物學(xué)概念教學(xué)的起點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是學(xué)生學(xué)習(xí)熱忱的主動(dòng)性提升。只有思維投入進(jìn)來，才有可能促進(jìn)學(xué)生的深入思考，進(jìn)而優(yōu)化并改善科學(xué)思維。

（二）延伸臺(tái)階：協(xié)同思考的建構(gòu)性教學(xué)

有了對(duì)概念學(xué)習(xí)的熱忱后，學(xué)生方能進(jìn)一步對(duì)生物學(xué)概念進(jìn)行理解。作為幫助學(xué)生了解、理解與遷移概念的重要方式，例證法是呈現(xiàn)概念的表述，以列舉事例來證明或說明概念正確性的方法；而建構(gòu)法則是基于事例的學(xué)生觀察探究、討論和分析、比較推理、歸納和綜合，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)與發(fā)展概念的重要方式。理解的過程無論是經(jīng)由例證法教學(xué)還是建構(gòu)法教學(xué)，都需要建立概念本體與相關(guān)現(xiàn)象事實(shí)的聯(lián)系。相互聯(lián)系的建立就是學(xué)生協(xié)同思考的完成，即學(xué)生看到概念能夠聯(lián)想到相關(guān)的事實(shí)現(xiàn)象，了解到事實(shí)能夠錨定具體的概念?？梢姡瑖@學(xué)生學(xué)習(xí)的前概念進(jìn)行建構(gòu)性的教學(xué)至關(guān)重要。學(xué)生的前概念中，事實(shí)現(xiàn)象融入得并不全面，抑或大量生物學(xué)現(xiàn)象存留于腦海中，并未形成準(zhǔn)確概念或基本體系。通過層層遞進(jìn)的理性探討，基于協(xié)同思考進(jìn)行建構(gòu)性教學(xué)，依循學(xué)生思維發(fā)展的脈絡(luò)不斷延伸教學(xué)線索，在優(yōu)化概念體系的同時(shí)，改善他們的科學(xué)思維。

（三）精準(zhǔn)反饋：遷移應(yīng)用的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)

任何的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施，必然需要在教學(xué)過程中進(jìn)行評(píng)價(jià)。只有通過支架式、明晰化的評(píng)價(jià)牽引，才能讓學(xué)生評(píng)判知識(shí)及其學(xué)習(xí)過程，達(dá)成真正意義上的深度學(xué)習(xí)。上述案例在教學(xué)過程中，不僅采用了遷移性的情境追問學(xué)生三倍體無性繁殖的現(xiàn)實(shí)問題，也采用可視化的科學(xué)寫作任務(wù)讓學(xué)生進(jìn)行多倍體育種的思考。這些均是采用表現(xiàn)性評(píng)價(jià)的方式，以學(xué)生口頭回答、寫作表述呈現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，從而做到精準(zhǔn)反饋。而在教學(xué)實(shí)踐中，教師往往忽略了這些看似簡(jiǎn)單的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)。實(shí)則，它們對(duì)于檢測(cè)學(xué)生能否正確表述概念，能否將概念深層的原理、思想用于解釋，能否實(shí)現(xiàn)可見性學(xué)習(xí)至關(guān)重要。正是概念的抽象性、概括性，讓教師和學(xué)生在教學(xué)過程中難以知曉自身的理解程度，以及自身思維是否完善。因此，指向科學(xué)思維核心素養(yǎng)培育的生物學(xué)概念教學(xué)應(yīng)當(dāng)以遷移應(yīng)用的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)收尾，用以促進(jìn)對(duì)學(xué)習(xí)過程的深度反思。

［本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十三期課題“指向深度學(xué)習(xí)的高中生物學(xué)習(xí)資料包開發(fā)與應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：2019JK-ZB05）研究成果］

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孫愛萍? ?江蘇省南京市溧水區(qū)第二高級(jí)中學(xué)。

黃偉文? ?江蘇省奔牛高級(jí)中學(xué)副校長(zhǎng)，中學(xué)高級(jí)教師。