用支架式教學(xué)模型培養(yǎng)學(xué)生高階思維探究

吳倩　程建欣

摘 要：基于學(xué)生思維滑坡較為嚴(yán)重的現(xiàn)狀，在教學(xué)中借鑒“支架式”教學(xué)理論，構(gòu)建以問題驅(qū)動為導(dǎo)向、知識為載體、設(shè)置具體的情境，通過開展探究活動以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的“四維一體”支架模型，培養(yǎng)學(xué)生在生物學(xué)學(xué)習(xí)中的高階思維。

關(guān)鍵詞：“支架式”教學(xué)模型；問題導(dǎo)向；高階思維

在教育改革的背景下，對學(xué)生的整體性思維和系統(tǒng)性思維要求更高，因此在教學(xué)目標(biāo)制訂時，本著在生物學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生高階思維能力的目的，借鑒“支架式”教學(xué)理論搭建一種概念框架，使學(xué)生在獲取新知識的同時，思維得到同步進(jìn)階。

“支架式”教學(xué)源自維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論，教師以問題驅(qū)動為導(dǎo)向、知識為載體、設(shè)置具體的情境，通過開展探究活動以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的“四維一體”支架模型?！爸Ъ苁健苯虒W(xué)為學(xué)生理解知識提供一種概念框架，這種框架中的概念是學(xué)生發(fā)展問題解決能力所需要的，為此，事先把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解可以逐步加深學(xué)習(xí)理解[1]。本文探索性地將“支架式”教學(xué)拓展應(yīng)用到培養(yǎng)學(xué)生在生物學(xué)習(xí)中的高階思維能力。高中生物學(xué)中涉及的具體高階思維包括：抽象思維（分析與綜合、比較、歸納、假說——演繹、因果與推理）和創(chuàng)新性思維、批判性思維等。

一、構(gòu)建“支架式”教學(xué)模型

構(gòu)建“支架式”教學(xué)模型：教學(xué)目標(biāo)是核心，問題驅(qū)動、探究活動、情境創(chuàng)設(shè)、知識授予這四個維度都要指向教學(xué)目標(biāo)；情境、探究活動、知識、問題驅(qū)動這四者相輔相成：創(chuàng)設(shè)情境能更好地進(jìn)行活動探究，在探究中獲取知識，而后進(jìn)一步進(jìn)行問題驅(qū)動，達(dá)到教學(xué)的生成。反過來，以問題驅(qū)動激發(fā)學(xué)生思維，讓學(xué)生在問題的指向下獲取知識，便于學(xué)生更好地進(jìn)行活動探究，最后再以情境創(chuàng)設(shè)檢驗探究的成果?？偠灾@四個維度無論以哪一個為起點，都能夠輻射另外三個維度，而這一切又緊緊圍繞教學(xué)目標(biāo)展開，這也是架構(gòu)式教學(xué)的優(yōu)勢，既能夠靈活設(shè)計處理各個教學(xué)環(huán)節(jié)，又能夠不蔓不枝，緊緊圍繞教學(xué)目標(biāo)這個核心，最終形成思維活躍、探究深入、學(xué)習(xí)高效的理想課堂。

二、利用“支架式”教學(xué)模型培養(yǎng)高階思維策略

高階思維能力是學(xué)生應(yīng)該具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會需要的必備品格和關(guān)鍵能力，培養(yǎng)高階思維就是形成高階思維能力的重要途徑[2]。

（一）借鑒科學(xué)家的思路和方法培養(yǎng)高階思維

實例1：細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索

問題驅(qū)動：細(xì)胞膜是物質(zhì)的實體，它由什么物質(zhì)構(gòu)成的呢？又是怎樣的一種結(jié)構(gòu)？

情境和已有知識的融合：將紫色洋蔥外表皮細(xì)胞制作臨時裝片，將甘油滴加在蓋玻片的一側(cè)，另一側(cè)用吸水紙引流?，F(xiàn)象：細(xì)胞出現(xiàn)質(zhì)壁分離，一段時間后出現(xiàn)質(zhì)壁分離復(fù)原。

學(xué)生推測出：細(xì)胞能吸收甘油，因為甘油是小分子物質(zhì)容易進(jìn)入細(xì)胞，說明細(xì)胞允許甘油通過。

探究活動：

子問題1：利用相似相溶的原理，推測細(xì)胞膜含有的成分？

學(xué)生推測：有脂質(zhì)

子問題2：如何證實細(xì)胞膜的成分？借助歐文頓實驗并展示科學(xué)家提純和鑒定結(jié)果。

得出結(jié)論：細(xì)胞膜中含有脂質(zhì)，其中磷脂所占比例較大。

子問題3：根據(jù)磷脂分子的結(jié)構(gòu)，請用磁鐵片在黑板上展示，磷脂分子在空氣—水界面如何分布？

學(xué)生展示：親水性的頭部都朝下、疏水性尾部都朝上。

通過朗繆爾的實驗證實脂質(zhì)分子鋪展在空氣——水界面上，發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)分子形成單分子層。

子問題4：磷脂分子在水中是如何分布的？為什么？

學(xué)生推測：當(dāng)磷脂分子的內(nèi)外均是水環(huán)境時，磷脂分子“尾部”相對排列在內(nèi)側(cè)，“頭部”朝向兩側(cè)的水環(huán)境，形成磷脂雙分子層。

子問題5：能否得出細(xì)胞膜中的磷脂分子就是雙分子層的結(jié)論呢？補充戈特和格倫德爾的實驗結(jié)果。

得出結(jié)論：細(xì)胞膜的磷脂分子是雙層分子。

子問題6：細(xì)胞膜中還存在其他成分嗎？借助丹尼利和戴維森實驗。

學(xué)生推測：細(xì)胞膜中可能還存在蛋白質(zhì)

子問題7：如何證實推測？借助科學(xué)家提取紅細(xì)胞膜并進(jìn)行化學(xué)成分分析。

得出結(jié)論：細(xì)胞膜中還有蛋白質(zhì)。

子問題8：蛋白質(zhì)分子以何種方式分布在磷脂雙分子層中？

新技術(shù)證實：20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了冰凍蝕刻技術(shù)，讓細(xì)胞膜中蛋白質(zhì)分布的神秘面紗揭開。

構(gòu)建新知：細(xì)胞膜的主要成分是脂質(zhì)分子和蛋白質(zhì)分子。細(xì)胞膜的基本支架由磷脂雙分子層構(gòu)成，蛋白質(zhì)分子有的鑲嵌、有的貫穿在磷脂雙分子層中。

思維能力訓(xùn)練：在目標(biāo)問題驅(qū)動下、隨著子問題層層深入，在推理、猜測、驗證與結(jié)論中體現(xiàn)了抽象思維及邏輯思維的訓(xùn)練。

環(huán)節(jié)點評：這種逐層推進(jìn)，由淺入深、由表及里的訓(xùn)練，在保證學(xué)生趣味性的同時，讓他們不知不覺中進(jìn)入到了更深層次的認(rèn)識與探究之中，保持了他們的好奇心和探索精神。同時滲透了結(jié)構(gòu)和功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀。

（二）類比法培養(yǎng)學(xué)生高階思維

實例2：動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件

問題驅(qū)動：如何在體外創(chuàng)造出一個適合細(xì)胞生長的環(huán)境呢？

誤解設(shè)置和已有知識的結(jié)合：體內(nèi)細(xì)胞生活在組織液、血漿、淋巴等構(gòu)成的內(nèi)環(huán)境中。消化道對食物消化、吸收所獲得的營養(yǎng)物質(zhì)大部分進(jìn)入血漿中。還有部分物質(zhì)是由神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)的細(xì)胞產(chǎn)生的分泌物，如激素、生長因子等，這些是細(xì)胞生長所需的調(diào)節(jié)性物質(zhì)。通過呼吸系統(tǒng)保證了內(nèi)環(huán)境中氧氣和二氧化碳濃度的相對穩(wěn)定，泌尿系統(tǒng)通過泌尿保證內(nèi)環(huán)境的有毒物質(zhì)及時排出體外，免疫系統(tǒng)保證內(nèi)環(huán)境的無菌環(huán)境。正常狀態(tài)下，體內(nèi)細(xì)胞一般生活在一個營養(yǎng)豐富、無菌無毒、理化性質(zhì)穩(wěn)定的環(huán)境中。

探究活動：

子問題1：實驗室培養(yǎng)細(xì)胞所需要的條件分別對應(yīng)內(nèi)環(huán)境的哪些部分？

子問題2：動物培養(yǎng)瓶有什么特點？能不能達(dá)成所需要的條件？

子問題3：動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)需要提供什么條件？如何實施自動化控制？

類比分析思想：動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)體系裝置，看上去似乎非常復(fù)雜，如果從細(xì)胞生活的條件去考慮的話，你可能一下子就明白了。

整個裝置的核心是細(xì)胞培養(yǎng)罐，里面含有動物細(xì)胞和培養(yǎng)液，相當(dāng)于人體內(nèi)的細(xì)胞和生長環(huán)境。細(xì)胞生長增殖的各種指標(biāo)通過相應(yīng)的探針進(jìn)行監(jiān)測（溫度、PH、氣體環(huán)境），通過調(diào)控實現(xiàn)穩(wěn)定。

進(jìn)入培養(yǎng)罐的培養(yǎng)基、空氣經(jīng)過滅菌后進(jìn)入培養(yǎng)罐前還要經(jīng)過無菌過濾器，防止污染。必要時還會向培養(yǎng)基中添加抗生素。通過控制培養(yǎng)基進(jìn)入和產(chǎn)品流出的速度，保證營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)，又防止有害代謝物質(zhì)的積累。

除此之外，還要控制好攪拌的速度，促進(jìn)細(xì)胞與營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸，同時又不能攪拌過快，為了及時了解培養(yǎng)進(jìn)程，通過光密度計監(jiān)控細(xì)胞密度，了解細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)程，以便及時進(jìn)行調(diào)整。

新知構(gòu)建：動物細(xì)胞的培養(yǎng)條件：營養(yǎng)，無菌、無毒的環(huán)境，溫度、PH和滲透壓，氣體環(huán)境。

思維能力訓(xùn)練：通過對動物細(xì)胞的培養(yǎng)條件的展開分解，再到培養(yǎng)罐的類比還原、功能實現(xiàn)，為學(xué)生創(chuàng)新思維的延伸提供一條路徑；

環(huán)節(jié)點評：通過對內(nèi)環(huán)境成分及人體各大系統(tǒng)在生命活動調(diào)節(jié)層面的分析，利用類比法拓展學(xué)生創(chuàng)新思維，將細(xì)胞學(xué)原理滲透到工程學(xué)中，為學(xué)生以后在實際生產(chǎn)中設(shè)計工程學(xué)方案提供了新思路。

（三）利用假說—演繹法培養(yǎng)學(xué)生高階思維

實例3：驗證基因分離定律

問題驅(qū)動：寫出驗證分離定律的思路和預(yù)期結(jié)果

情境：以自然條件下獲得的甜玉米子粒、非甜玉米子粒，為材料來驗證基因分離定律。

已有知識：1.玉米是一種二倍體異花傳粉作物，在自然狀態(tài)下，既可進(jìn)行雜交也可進(jìn)行自交。2.判斷顯隱性的方法3.假說—演繹法的具體流程。

探究活動：

1.提出問題：①甜玉米和非甜玉米，哪種性狀為顯性性狀？

②顯性性狀的基因組成，是純合子還是雜合子？

③方法確定：雜交法還是自交法？

2.提出假說：甜的玉米子粒和非甜的玉米子粒，若用B/b表示控制該子粒性狀的等位基因，且甜玉米子粒為顯性性狀，則這兩種玉米對應(yīng)的基因型分別為B和bb。

3.演繹推理：①讓甜玉米與非甜玉米雜交，F(xiàn)1表現(xiàn)一種性狀，F(xiàn)1自交得到F2，F(xiàn)2中出現(xiàn)3：1的性狀分離比。

②甜玉米與非甜玉米雜交，F(xiàn)1表現(xiàn)一種性狀，且出現(xiàn)1：1的性狀分離比。

4.驗證假說：在雜合子細(xì)胞中，形成配子時成對的遺傳因子發(fā)生分離，分離后的遺傳因子分別進(jìn)入不同的配子中，隨配子遺傳給后代[3]。

新知構(gòu)建：針對不同的實驗材料，選擇的實驗方法有所差別，但最終目的都是要創(chuàng)造出雜合子，以便在減數(shù)分裂時產(chǎn)生等量的B和b配子，證明基因分離定律。

思維能力訓(xùn)練：假說與驗證，不僅能提升學(xué)生發(fā)散思維能力，還能有效的鍛煉他們批判性思維的能力，在這樣一種互相促進(jìn)的循環(huán)中找到

真知。

環(huán)節(jié)點評：以假說—演繹法為抓手，基于生物學(xué)的原理、研究方法和思想，將現(xiàn)有的素材進(jìn)行了綜合分析和運用，培養(yǎng)了學(xué)生知識遷移及相關(guān)的實驗設(shè)計能力，同時為他們今后如何解決遇到的問題，提供了一種方法。

（四）基于問題求解的創(chuàng)新策略培養(yǎng)學(xué)生高階思維

實例4：垃圾分類

問題驅(qū)動：如何處理分類的垃圾？

情境設(shè)置和已有知識：每個小區(qū)都有四種顏色的垃圾桶，學(xué)生清楚地知道每種顏色的垃圾桶應(yīng)該投放的垃圾類型。垃圾分類的目的：可以減少環(huán)境污染、提高資源的利用率、實現(xiàn)物質(zhì)的循環(huán)再生。

探究活動：

聚焦廚余垃圾的處理，廚余垃圾含有大量有機物，從能源開發(fā)角度考慮利用價值比較高?，F(xiàn)有的廚余垃圾處理技術(shù)可分為生物法、物理法、化學(xué)法等，具體的處理技術(shù)包括破碎直排處理技術(shù)、厭氧處理技術(shù)、蚯蚓堆肥技術(shù)、微生物菌體處理技術(shù)、飼料化處理技術(shù)、焚燒處理技術(shù)、制肥處理技術(shù)

等[4]?；趯W(xué)生已有的微生物知識，選用以下方案進(jìn)行探究。

子問題1：微生物能否降解廚余垃圾？

子問題2：如何分離得到能分解廚余垃圾的微生物？

子問題3：如何篩選出高效分解廚余垃圾的微生物？

子問題4：在自然條件下如何保證微生物的正常生長、繁殖？

學(xué)生查閱相關(guān)資料：微生物的選擇

白星花金龜是一種常見的鞘翅目昆蟲，節(jié)肢動物，其幼蟲為腐食性，在自然界中可以取食腐爛的秸稈、雜草以及畜禽糞便等。白星花金龜生長發(fā)育速率與溫度的關(guān)系特別密切，14～23℃時食量增多，活動增強，生長發(fā)育較快。白星花金龜成蟲具有強烈的趨腐性及“趨糖”性，喜歡取食腐爛的果實。因此可以從腐爛的食物、水果中篩選出該種微生物（相當(dāng)于從選擇培養(yǎng)基中篩選）。

根據(jù)已有知識，可以將篩選出的微生物接著用廚余垃圾制作的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，分別測定各瓶中剩余物的含量，接著再培養(yǎng)，重復(fù)多次，直至獲得純化的目的微生物為止。實例：處理過的廚余垃圾和菌渣的混合體作為白星花金龜幼蟲的飼料，給予幼蟲適宜的存在條件，經(jīng)過幼蟲的過腹處理，降低垃圾含量。幼蟲獲取垃圾中的營養(yǎng)后，逐漸長成成蟲，成蟲可用于飼喂家禽，成蟲產(chǎn)生的糞便可以用作有機肥。

思維能力訓(xùn)練：培養(yǎng)了學(xué)生在真實情境中解決實際問題的能力，這是一種思維能力的遷移。

環(huán)節(jié)點評：以降解垃圾之變廢為寶作為真實情景，借助已學(xué)過的微生物培養(yǎng)技術(shù)、生態(tài)學(xué)原理和一些成功案例，逐漸細(xì)化設(shè)計方案和實施方案，最后達(dá)到雙贏的效果，其實就是對學(xué)生創(chuàng)新思維很好的培養(yǎng)。

三、教學(xué)感想及啟示

（一）“支架式”教學(xué)模型能啟發(fā)學(xué)生的高階思維，幫助學(xué)生形成愛思考、善分析的良好品質(zhì)?！爸Ъ苁健苯虒W(xué)的核心是以問題驅(qū)動為“抓手”實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，把教學(xué)中的有效問題分解成很多的子問題，借助相應(yīng)的知識載體和技術(shù)手段來解決這些問題，通過學(xué)生的推理判斷、綜合分析等構(gòu)建相應(yīng)的概念及概念框架。教材中的例子比比皆是，例如：酶的概念、伴性遺傳的概念、植物組織培養(yǎng)概念等，這些概念都是基于一個個生物學(xué)事實和證據(jù)，運用歸納法概括出的規(guī)律。這樣的概念就是在特定的情境中逐漸生成的，當(dāng)學(xué)生再次遇到類似情境時就能運用生物學(xué)的原理和規(guī)律，對結(jié)果或發(fā)展趨勢做出判斷，這也是對學(xué)生高階思維培養(yǎng)很好的路徑。在概念教學(xué)中如果都能按照這樣的思路來實施，形成的概念再也不是死記硬背，而是更深層次的理解。

（二）“支架式”教學(xué)模型既是新知的“生長點”，也是高階思維培養(yǎng)的“起點”。學(xué)生已有的知識就像一片肥沃的土壤，為孕育新知提供了良好的條件。圍繞教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行的問題驅(qū)動就是新知識的“生長點”，例如在摩爾根的實驗中，子二代出現(xiàn)紅眼：白眼=3：1，這與孟德爾的分離比例完全吻合，但發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象——白眼性狀只存在于雄性果蠅中。學(xué)生就會產(chǎn)生質(zhì)疑，教師順勢引導(dǎo)學(xué)生利用假說——演繹法進(jìn)行探究，這就是一個新知的“生長點”，這種方法的掌握和思維模式的形成，也是高階思維培養(yǎng)的“起點”。

結(jié)束語

總而言之，教師要轉(zhuǎn)變角色，不只是帶著自己積蓄的“一桶水”去給予學(xué)生，而應(yīng)該以培養(yǎng)學(xué)生的高階思維、讓學(xué)生具備攫取水源的能力，高階思維的培養(yǎng)也必將為學(xué)生今后的創(chuàng)造性思維培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。新時代的卓越教師不只是知識的傳播者，更應(yīng)該是思維的培養(yǎng)者，這才是真正地“授人以漁”。在未來，“支架式”教學(xué)模式在課堂教學(xué)中發(fā)揮的作用將越來越大，高階思維的培養(yǎng)也必將為學(xué)生今后創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)打下堅實基礎(chǔ)，經(jīng)歷過高階思維的培養(yǎng)，有助于學(xué)生成為敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)造的新時代青年。

參考文獻(xiàn)

[1]張琳，于冬青，李迅，等.基于支架式教學(xué)的單元復(fù)習(xí)課教學(xué)策略[J].中學(xué)生物教學(xué)，2022（27）：79-80.

[2]周有祥.指向高階思維能力培養(yǎng)的表現(xiàn)性評價：2021年高考全國乙卷生物學(xué)試題例析及教學(xué)啟示[J].生物學(xué)教學(xué)，2022，47（1）：76-78.

[3]朱正威，趙占良，曹保義，等.普通高中教科書生物學(xué)必修2遺傳與進(jìn)化[M].北京：人民教育出版社，2019：6.

[4]蔣建國，耿樹標(biāo)，羅維，2020年中國垃圾分類背景下廚余垃圾處理熱點回眸[J].科技導(dǎo)報，2021，39（1）：261-276.