高中生物教学中有效培养学生理性思维的尝试

刘文奇

理性思维是一种建立在事实证据和逻辑推理基础上的思维方式，以归纳与概括、演绎与推理、模型与建模和批判性思维为主要构成要素，可经过训练习得。生物科学做为自然科学，有其自然规律的本质属性可循，而规律的发现和运用是一个复杂的思维过程，需要教师在课堂教学中尽可能去引导和培养学生的理性思维能力。笔者在生物课堂教学中曾做过如下尝试，收到不错的教学效果。

1注重知识的本源性

教材是培养学生理性思维品质的主要载体。而我国现行教材依然是以知识传授为任务进行设计的，对知识的本源性缺少论述。分析其原因可能是受学科体系特点和学生有限的学习时间这一教学实际限制，教材不可能将生物学家当时复杂的思维情境原封不动地呈现出来，所以教材专家只能对其精华以知识结论呈现在教材上。科学家研究问题时的创造性思维方式是培养和转化学生理性思维的有效途径。在高中生物教学中，教师应依托高中生物教材，挖掘知识产生的背景，尽可能还原科学家当时的思维活动，再结合学生的认知特点创设出新的问题情境，引导学生进行理性思维。

例如，在引导学生学习“DNA复制”时，教师事先要求学生不要囿于教材，上课时引导学生分组讨论，提出DNA分子复制可能为全保留复制、半保留复制和弥散复制的三种假设。小组根据假设，演绎、画出三种复制方式的示意图。学生从生活中的实例（复印）和DNA分子结构的稳定性角度，分析出DNA分子最可能的复制方式是全保留复制。假设预期成立，教师设置几个不同梯度的问题：①如果DNA是全保留复制，复制后得到的子一代DNA和子二代DNA的组成是怎样的？②如果要在实验中直观地区别、“标识”母链或子链，可以采取什么办法？③如果用同位素（放射性）进行标记，用什么元素最好？④如果亲代DNA含15N的，放在含14N的环境中进行培养，则亲代、子一代、子二代DNA分别含有哪种N元素？⑤要验证上述预测，就要分别观察亲代和子代的情况，但实验中，复制后的DNA分子通常是随机混合在一起的，不易分离。怎么解决这个问题？（提示：N质量大于“N可借鉴细胞器的分离）⑥如果对亲代、子一代、子二代的DNA都分别进行离心，结果会怎样分布？通过层层引导，学生最后能分析并找出全保留复制后的DNA分子离心位置。然后，教师给出科学家的实验结果示意图。学生自然能推断出DNA分子是半保留复制。

证明DNA分子的复制方式，人教版教材是直接给出实验材料。教师直接利用材料引导学生分析教材中证明DNA是半保留复制的实验。这样，学生虽能掌握DNA的复制方式，但不能追溯知识的本源。教师应基于教材中的实验素材，重现知识产生的背景，引导学生参与思考讨论，体会科学家当时的思维过程，从而有效培养和发展学生的理性思维。

2设置问题情境多阶性

认知心理学认为，思维的本源在于情境问题，没有问题就无法思维。在高中生物学科教学中，教师应依托生物教材，对教材知识体系进行整合，通过创设课堂教学的多阶问题情境，一步步引导学生进行思考。任何一门学科内容都不是片面孤立的，而是层层递进螺旋式发展的。一个问题的提出和解决往往会衍生很多问题，一个个问题解决的同时，其本质是对思维能力培养的一次次推进。

例如，在学习“DNA是主要的遗传物质”时，教师首先给出科学家对遗传物质的早期推测，抛出多阶情景问题：①如果回到人类尚未知晓遗传物质是什么的年代，己知遗传物质在染色体上，且染色体是由DNA和蛋白质组成的前提下，对“到底谁是遗传物质”，你能提出哪些可能呢？②为进一步研究确定染色体上到底谁起着遗传物质的作用，你需要采用何种研究方法？③你能提供一种将DNA与蛋白质分离的方法吗？④作为遗传物质，怎样检测被研究的物质能不能传递给子代？⑤标记DNA的什么元素？标记蛋白质的什么元素？为什么？⑥你认为应该同时标记这两种物质，还是分别标记这两种物质？为什么？⑦选择哪种生物材料、运用什么技术可以实现“将DNA和蛋白质完全分离开来，单独、直接、观察DNA、蛋白质的作用”？⑧自然界中只有普通的噬菌体，怎样由普通噬菌体获得分别标记的这两种噬菌体？⑨需要做几组噬菌体侵染细菌的实验？为什么？⑩实验步骤如何？观察哪些指标？教师通过设置由浅入深的多阶问题，引导学生多层面思考，使学生自然掌握DNA是遗传物质的实验过程和证据。

多阶情景问题的设置是基于“最近发展区”理论，依据学生的认知水平，由浅入深、由易到难逐级展开，在引导学生发现问题、解决问题的同时，学生的理性思维品质得到不断提升和發展。

3强化生物问题模型化

对生物问题进行模型建构的过程是理性思维的体现和落实过程。在生物课堂教学中，教师可以抛开纷繁复杂的生物学事实，抓住其主要的特征，抽象概括和简化成理想化的“典型”，建立起像数理中“定理”一般的规则描述。在模型构建中，教师从核心问题出发，根据问题的特征和本质，具化成反映问题本质的模型，进而通过模型解释核心问题。

生物教学中的模型构建主要分为三类。①是抽象思维方法构建的概念模型，例如光合作用过程图解、呼吸作用过程图解等概念模型。教师在进行该知识教学时，引导学生依据植物生理特点，简化光合作用、呼吸作用过程，来反映和解释光合作用、呼吸作用在不同条件的生理过程和结果。学生根据核心概念的某些方面的本质属性，通过分析、综合、抽象与概括等方法理解和构建概念模型，使学生的理性思维得到培养和提升。②以形象化方法构建的物理模型，如DNA分子双螺旋结构模型，该模型具有一定的结构特征，教师通过给出关于DNA的知识背景，让学生试探构建DNA双螺旋结构模型，并通过模型分析DNA分子的结构特点及功能特点。通过制作物理模型，学生不仅直接观察到DNA分子的结构，更加深了对DNA分子结构特点及功能特点的认识和理解。③用数学形式描述一个系统或其性质的数学模型，如孟德尔定律、种群数量增长的“J”型和“S”型曲线。在构建数学模型的过程中，教师引导学生运用数理方法将生物知识用图、表、公式的形式呈现出来，来量化描述和解释生物学问题。学生会更好地理解掌握知识的重点与本质，理性思维也得到了发展。

问题模型的构建可以培养学生明确的思维方向，训练强化学生理性思维方法，发展和培养学生的理性思维的能力。在某种意义上，理解模型和进行模型建构活动是培养学生理性思维的一剂良方。

4生物学习探究性

探究性学习作为学生的一种学习方式，是在教师的引导下，通过类似于科学家科学探究活动的方式获取科学知识。学生在探究性学习的过程中，以科学的方法和技能获取知识，并运用知识解决实际问题，从而养成自主学习的习惯和创新意识，提升理性思维。

教师在教学的过程中，要注重设计能诱发学生探究兴趣的问题，关注课堂教学中生成性的问题，针对问题进行探究活动。如在学习“细胞膜——系统的边界”时，教师尝试设置探究问题：在电子显微镜诞生之前，科学家如何确定细胞膜的存在？展开你的想象，尽量多的提出在光学显微镜下可以证明细胞膜存在的方法。再如学习“细胞的增殖”时，教材内容有：“中期：每条染色体的着丝点的两侧，都有纺锤丝附着在上面，纺锤丝牵引着染色体运动。后期：这些分离的染色体由纺锤丝牵引着分别向细胞的两极移动。”教师可以生成探究性问题以引导学生开展探究性学习：探究染色体的运动是否与纺锤丝有关？教师还可以把教材中的验证性实验，创造性地改编成探究性实验，让学生进行探究性学习。如高中生物教材中“观察植物细胞的质壁分离和复原”这一实验，教师可以尝试引导学生选用不同浓度的蔗糖溶液、相同浓度下的不同溶液、不同植物细胞（如叶肉细胞观察气孔导度）来开展探究性学习。

学生参与探究性学习，要对探究的问题作出各种假设，要寻找问题的答案。在解决问题的过程中，学生要对问题进行推理、分析，找出解决问题的方向，然后通过观察、实验来收集事实，或者通过查阅文献资料，对获得的资料进行归纳、比较、分析，形成对问题的解释。这一过程不仅培养了学生的创新精神和实践能力，更重要的是学生的理性思维能力得到有效培养。

促使学生理性思维的形成是落实核心素养的具体要求。在生物教学中，笔者还尝试开展了生物问题的实践性、核心问题假设与验证性教学，在实践和探究中逐渐培养学生的理性思维。在学生理性思维能力的培养上，教师应充当“引导者、组织者、开发者”，在新课程理念的指导下，以生为本，积极组织学生进行自主、探究、合作学习，方能促进学生理性思维的有效发展。