在生物學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的實(shí)踐

在生物學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的實(shí)踐《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出：“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，如能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會議題。下面淺談幾點(diǎn)在生物學(xué)教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的做法和思考。一、通過生物學(xué)概念教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維?？茖W(xué)思維以生物學(xué)事實(shí)、概念為基礎(chǔ)，同時(shí)概念的建立、規(guī)律的提煉，也離不開科學(xué)思維。在生物學(xué)概念教學(xué)中，教師應(yīng)充分把握好生物學(xué)概念形成和生物學(xué)研究方法之間的內(nèi)在聯(lián)系，在知識教學(xué)中滲透科學(xué)思維方法培養(yǎng)，促使學(xué)生在深入理解生物學(xué)概念的同時(shí)，逐步熟悉和掌握生物學(xué)研究方法。教師加強(qiáng)科學(xué)思維的教學(xué)首先要加強(qiáng)生物學(xué)概念的教學(xué)，因?yàn)楦拍钍撬季S的基本形式，概念教學(xué)本質(zhì)上也是思維教學(xué)，注重引導(dǎo)學(xué)生在事實(shí)基礎(chǔ)上通過抽象和概括等思維建構(gòu)概念。在學(xué)習(xí)新概念之前，教師應(yīng)先深入分析教材，挖掘教材中所包含的科學(xué)思維方法，確立清晰的思維培養(yǎng)目標(biāo)，在備課時(shí)制定思維方法訓(xùn)練計(jì)劃，在教學(xué)中有計(jì)劃、有針對性的去落實(shí)。下面以“細(xì)胞周期”這個(gè)概念為例進(jìn)行分析。新舊聯(lián)系，分析概念。指導(dǎo)學(xué)生回顧以前所學(xué)的知識，分析新概念和學(xué)生原有概念是否有一定的聯(lián)系，是否能在原概念中尋找新概念的固著點(diǎn)，是否有利于幫助學(xué)生促進(jìn)概念的形成。這里，可以由“細(xì)胞周期”這個(gè)概念聯(lián)想到學(xué)生原來掌握的“周期”這個(gè)概念。周期是指事物在運(yùn)動(dòng)、變化過程中，某些特征多次重復(fù)出現(xiàn)，其持續(xù)兩次出現(xiàn)所經(jīng)過的時(shí)間。經(jīng)過新舊聯(lián)系，這時(shí)學(xué)生腦?？赡墚a(chǎn)生這樣的火花：是不是細(xì)胞也在持續(xù)重復(fù)的發(fā)生某種變化。分解概念，揭示本質(zhì)。指導(dǎo)學(xué)生首先把概念分解成幾個(gè)部分，然后將各個(gè)部分逐一分析，使概念要點(diǎn)化。這樣學(xué)生對概念的理解和把握就可以做到有的放矢。這里將概念分解為兩個(gè)部分：①“連續(xù)分裂的細(xì)胞”這句話確定了細(xì)胞周期的前提條件，它告訴我們并不是所有的細(xì)胞都有細(xì)胞周期，比如：神經(jīng)細(xì)胞，不能進(jìn)行分裂，所以沒有細(xì)胞周期。②“從一次分裂完成時(shí)開始到下一次分裂完成時(shí)為止，這是一個(gè)細(xì)胞周期。”這句話明確了細(xì)胞周期的起點(diǎn)是從一次分裂完成時(shí)開始，終點(diǎn)是下一次分裂完成時(shí)為止；并且一個(gè)細(xì)胞周期是從起點(diǎn)開始到終點(diǎn)結(jié)束的一個(gè)完整的連續(xù)的變化過程。實(shí)際運(yùn)用，加深理解。指導(dǎo)學(xué)生充分利用練習(xí)和習(xí)題，幫助強(qiáng)化和鞏固概念。老師在習(xí)題講評時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合題目進(jìn)行分析和總結(jié)，通過歸納與概括、比較與推理等科學(xué)思維方法建構(gòu)概念。教師在引導(dǎo)學(xué)生分析具體問題過程中，注重揭示蘊(yùn)含的思維方法，幫助學(xué)生領(lǐng)悟發(fā)現(xiàn)思維軌跡，從中學(xué)到思維創(chuàng)新的方法。二、通過建構(gòu)模型、運(yùn)用模型解釋生物學(xué)現(xiàn)象過程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維。模型方法是了解自然界和培養(yǎng)科學(xué)思維的重要方式，許多生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握需要模型建構(gòu)方法的幫助。在模型建構(gòu)的活動(dòng)中往往需要進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)，歸納和演繹，并運(yùn)用已知知識進(jìn)行假設(shè)、模擬；將復(fù)雜的事物進(jìn)行簡單化、抽象出本質(zhì)屬性，將頭腦中抽象的概念具體化、形象化并身體力行；通過建構(gòu)模型的方法進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生可以親身體驗(yàn)思考與探索，能夠加深學(xué)生對生物學(xué)基本概念、基本原理的理解，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高觀察分析、實(shí)驗(yàn)探究等科學(xué)思維能力。建構(gòu)模型可以幫助理解有絲分裂（“減數(shù)分裂”也同樣適用）的意義。指導(dǎo)學(xué)生可用橡皮泥（扭扭棒）或其他材料制作了染色體的物理模型，模擬有絲分裂過程中染色體的行為、數(shù)量變化。在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步建構(gòu)有絲分裂過程中染色體和DNA數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型，建立有絲分裂能保持親子代細(xì)胞間遺傳穩(wěn)定性的觀點(diǎn)。教師可以引導(dǎo)學(xué)生填寫有絲分裂各時(shí)期染色體和DNA的數(shù)量變化的表格，再指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)形轉(zhuǎn)換，以曲線圖的形式呈現(xiàn)染色體和DNA的數(shù)量變化趨勢，分析染色體和和DNA在親子代細(xì)胞中相對量的關(guān)系和質(zhì)的關(guān)系，對學(xué)生進(jìn)行分析比較、歸納建模的思維培養(yǎng)。教材中“嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”難度較大，教師可結(jié)合實(shí)際，安排學(xué)生在課后完成，并給學(xué)生制作模型更多的空間。通過學(xué)生動(dòng)手制作細(xì)胞模型，不僅有利于學(xué)生更好地認(rèn)識細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生體驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?gòu)在科學(xué)研究與學(xué)習(xí)中的作用，更有助于提高學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。當(dāng)然老師在學(xué)生模型制作前應(yīng)該講解模型制作的原理、方法和注意事項(xiàng)等。在講授《種群數(shù)量的變化》時(shí)，合理構(gòu)建好數(shù)學(xué)模型，對理解該知識很有幫助。在講到“J”型增長規(guī)律時(shí)，以課本細(xì)胞增殖為例，細(xì)菌每20分鐘分裂一次根據(jù)已知條件，先讓學(xué)生完成書上表格，然后在黑板上建立坐標(biāo)軸、描點(diǎn)、劃線，就可以得到數(shù)量變化的“J”型增長曲線。再如學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)時(shí)，通過引入數(shù)學(xué)等式的方法，可以構(gòu)建“肽鍵數(shù)目=氨基酸數(shù)目—肽鏈條數(shù)”的數(shù)學(xué)模型等。三、通過運(yùn)用證據(jù)和邏輯評價(jià)論點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維。在生物學(xué)教學(xué)中，證據(jù)意識是以“求真務(wù)實(shí)”為核心的品格，以科學(xué)地“獲取、評價(jià)、表達(dá)、運(yùn)用”證據(jù)的能力為基礎(chǔ)?！斑\(yùn)用證據(jù)和邏輯評價(jià)論點(diǎn)”是必修一的“思維訓(xùn)練”欄目，其實(shí)質(zhì)是讓學(xué)生經(jīng)歷類似科學(xué)家那樣的評價(jià)資料、提出主張和為主張進(jìn)行辯駁等的論證過程，它是以科學(xué)思維為基礎(chǔ)，在證據(jù)與結(jié)果之間通過建立合理的邏輯關(guān)系，來證明結(jié)論成立。在這個(gè)欄目中，材料首先給出真核細(xì)胞線粒體來源的一種假說，它認(rèn)為真核細(xì)胞的線粒體是由于數(shù)十幾億年前，真核細(xì)胞吞噬了原始的需氧細(xì)菌，需氧細(xì)菌不斷進(jìn)化成為宿主細(xì)胞的細(xì)胞器線粒體。同時(shí)欄目中給出四條證據(jù)，讓學(xué)生分析確定哪些可以證明這一假設(shè)。在這一欄目學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)于線粒體這一細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能和細(xì)菌結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，具備了一定的知識基礎(chǔ)。教師可以為此欄目開展班級小組之間辯論，每個(gè)小組選擇一條證據(jù)，從支持和不支持兩個(gè)角度根據(jù)已有知識并搜集相關(guān)資料，就所持觀點(diǎn)給予充分論證。在這一過程中，將科學(xué)領(lǐng)域的論證引入課堂，可以促進(jìn)學(xué)生更好地理解科學(xué)本質(zhì)，落實(shí)基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的科學(xué)思維的教學(xué)目標(biāo)。在生物教材中還有大量的通過運(yùn)用證據(jù)和邏輯證明論點(diǎn)的內(nèi)容。如“光合作用的場所”、“卡爾文循環(huán)”、“孟德爾遺傳定律的發(fā)現(xiàn)”，“生長素的發(fā)現(xiàn)過程”、“基因在染色體上”、“證明DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)”、“DNA雙螺旋模型的建立”、“DNA的半保留復(fù)制”、“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”等內(nèi)容。其中“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”、“證明DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)”等的科學(xué)研究過程，都反應(yīng)了實(shí)驗(yàn)證據(jù)是怎樣打破人們的固有思維揭示真理的。例如，艾弗里、赫爾希和蔡斯的實(shí)驗(yàn)推翻了人們對蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的主導(dǎo)觀點(diǎn)。教師要充分利用好教材中諸多對科學(xué)研究過程的介紹，使學(xué)生體會科學(xué)家獲取證據(jù)、表達(dá)證據(jù)的過程，并結(jié)合教材設(shè)計(jì)的“問題探討”、“思考·討論”“科學(xué)技術(shù)社會”、“科學(xué)家的故事”、“思維訓(xùn)練”與“探究·實(shí)踐”欄目，等來訓(xùn)練學(xué)