例谈理性思维培养视角下的高中生物实验教学

翟德栓

摘 要 分析高中生物实验教学有悖于学生理性思维培养的教学现象，提出“结果转化为过程、理论转化为实践、显性转化为隐性”三种教学模式，以此促进学生理性思维培养。

关键词 理性思维 实验教学 教学模式转化

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

理性思维是一种思维范式，指为获取知识而进行有目的想象、判断、推理等思维过程，是生物学科素养的重要组成部分。学生理性思维在高中生物实验学习中体现为：① 依据相关知识，将单独的实验现象结合成整体，形成基本认知规律（归纳和概括能力）。② 通过已有信息对未观察到实验现象进行科学的推断（演绎和推理能力）。③ 结合实验现象或结论理解相关知识，构建模型并阐明原理（建模和论证能力）。鉴于此，通过培养学生归纳概括能力、演绎推理能力、建模论证能力，从而促进学生理性思维发展是高中生物实验教学的重要目标。高中生物实验教学中，多数教师遵循教学逻辑以提升学生思维品质，但仍会出现有悖于学生理性思维培养的教学现象。

1 有悖于理性思维培养的教学分析

学生思维数量、思维质量、思维容量的发展和提升是培养学生理性思维的前提。在生物学实验教学中，有些教师的教学重心在于单一的知识传授，把传递知识做为教学主导，关注学生获取知识技能的形成，忽视学生认同知识产生和发展的思维逻辑培养，导致学生缺乏独立思考的能力，无法完成自身思维模式和思维结构的建立，限制了学生理性思维的形成和发展。例如从实验目的确立、实验材料选择、变量控制、实验步骤设计到实验结论得出，有些教师利用自己习惯性思维牵制学生学习，学生处于被动地位，不仅学习兴趣低，还会出现疏于思考和依赖教师灌输的思维习惯。

学生思维意识、思维观念、思维行为的统一和连贯是培养学生理性思维的基础。在生物实验教学中，有些教师把教学任务聚焦在学生知识体系的完善，偏重于指导学生对理论知识理解，忽视培养学生解决实际问题的能力。学生缺少将理论知识应用于实践活动的体验，无法将理论知识内化成自身思考问题、解决问题的思维方式，因此不能形成统一的思维整体，限制了学生理性思维的拓展和延伸。教师经常忽视学生个体的学习经验，缺少鼓励、引导或直接指导学生解决实际问题的过程，导致教师的“教”与学生的“学”缺少针对性。例如，学生已经学习过用标志重捕法进行种群密度调查的知识，对于如何使调查结果更接近真实值，很多学生依然模糊。“检测生物组织中糖类”教学活动，学生已经学习过检测还原糖的原理知识，但依然选择西瓜汁、西红柿汁等做为实验材料。

学生探究动机、探究意识、探究维度的承接和拓展是培养学生理性思维的途径。生物学实验教学中，有些教师强调借助问题驱动学生，开展探究活动，忽视为学生构建探究活动所需背景知识，或者不能发挥在学生探究活动中的向导作用。学生无法把驱动问题转化为可探究体验，导致学生探究兴趣、探究思路和探究方法被割裂，限制了学生理性思维的完善和提升。例如“探究2，4-D对插枝生根作用”活动中，教师借助问题引导学生探究不同浓度2，4-D溶液对枝条生根的影响，通过培养学生分析处理实验数据的思维能力，使学生体验生长素及其类似物在农业生产应用中的应用。由于教师缺乏对学生探究活动的指导，学生在探究活动中会出现困难。如不清楚如何在合理区间内设置2，4-D溶液浓度梯度才能使实验结果准确；在教师提供实验数据之后，不能正确利用实验数据反映实验结果......

2 转化教学模式促进理性思维培养

为了培养学生的理性思维，教師在高中生物学实验教学中应促进学生思维能力由“知识理解”向“知识迁移”和“知识应用”发展。教师要从培养学生归纳概括能力、演绎推理能力、建模论证能力着手，依照高中生物实验教学特质转化教学模式，促进学生理性思维的提升。

2.1 “结果”转化为“过程”，培养归纳概括能力

“知识结果教学”强调将传授知识做为教学主导。将学生的学习行为与灌输知识联结。“知识过程教学”注重将知识产生和发展路径融入教学活动，在掌握知识结构中完善学习技能。高中生物实验教学由“知识结果教学”转化为“知识过程教学”模式，一方面促进学生认知思维的形成，另一方面调控学生理解思维的发展，进而有利于学生形成整体探究的思维模式，培养学生归纳概括能力。例如在“使用显微镜观察细胞”教学活动中，教师先组织学生观察碘液染色的人口腔上皮细胞、龙胆紫溶液染色的蚕豆根尖分生组织细胞、大肠杆菌细胞和蓝藻细胞，引导学生画出在显微镜下观察到的细胞结构，再说出四种细胞结构的主要差异。通过进一步观察细胞切片活动，学生归纳概括并认同“有无核膜包被的细胞核是真核细胞与原核细胞的主要区别”结论。

将“知识结果教学”转化为“知识过程教学”模式，教师可运用“执果索因”的教学方法，引导学生从结果出发探究产生结果的一种或者多种原因，帮助学生领悟多角度思维加工和分类过程，使学生的思维数量、思维质量、思维容量都得到发展和提升。在学生探究过程中，教师要聚焦生物实验学习中出现的个别特征、个别方面思维的特质，可在归纳概括思维的形成阶段渗透，有利于促进学生概括归纳思维的生成。例如在“观察叶绿体”教学活动中，教师先组织学生观察、黑暗条件下培养的黑藻叶片、成熟的黑藻叶片、干燥的黑藻叶片，三种材料中叶绿体的形态分布及细胞中胞质环流现象。再组织学生归纳概括出哪些条件下培养的黑藻叶片适宜做为“观察叶绿体”活动材料，进而引导学生认同光照、水分、温度、叶片生长情况会影响叶肉细胞中叶绿体的形态分布及胞质环流这一结论。

2.2 “理论”转化为“实践”，培养演绎推理能力

“理论知识教学”的核心在于培养学生形成识别知识的思维技能，把完善认知作为教学目标，忽视学生运用知识的思维训练，导致学生的逻辑思维、实证思维水平较低。例如在“光合色素提取分离”教学活动中，受“理论知识教学”模式桎梏，学生逻辑思维封闭，实验操作中将层析液没及滤液细线使色素无法成功提取，加之实证思维固化，不能找到实验失败原因。

“实践活动教学”把解决问题做为教学主线，强调利用真实问题情境培养学生借鉴已有知识解决未知过程的思维能力，聚焦学生思维由浅表认知向深层应用的转变。例如“观察植物细胞质壁分离及质壁分离复原”教学活动，如果运用“理论知识教学”，学生通过观察实验现象，只能认同发生渗透作用的两个必要条件，学生思维意识和思维行为过于简单化和模式化。转化为“实践活动教学”模式，教师除提供蔗糖溶液做试剂外，还为学生提供氯化钠溶液和硝酸钾溶液。教师组织学生利用渗透作用知识，演绎、推理洋葱细胞浸泡在不同浓度氯化钠溶液和硝酸钾溶液中发生的现象，引导学生推理：无机盐被吸收后会进入植物细胞的液泡中，使植物细胞液浓度增大。进而学生会演绎出：洋葱细胞浸泡在不同浓度的氯化钠溶液和硝酸钾溶液中发生质壁分离后自动复原现象。在学生演绎推理得出实验结论后，教师再组织学生进行实验验证。此种教学模式除了加深学生对渗透作用发生条件的认知，更让学生认同“植物细胞保持活性是植物细胞发生质壁分离及复原必要条件”重要结论。“实践活动教学”模式在发展学生解决问题能力的基础上，促进学生逻辑思维由片断式拼接知识向连贯式应用知识方向发展，防止学生实证思维出现固化。

“理论知识教学”转化为“实践活动教学”模式有利于构建学生应用知识的能力，在问题情境引导下，培养学生借鉴已有知识或实验现象，探讨或者预测未知实验过程，得出正确实验结论的思维素养。在应用已有知识解决未知问题的过程中，学生思维体系逐渐具体、完善和成熟。思维意识由简单化向复杂化方向提升，思维行为由模式化向创新化方向改变，思维观念由断层式向连贯式方向发展，推动学生演绎推理思维的提升。

2.3 “显性”转化为“隐性”，培养建模论证能力

“显性问题教学”模式凸现高中生物实验教学中的问题资源，以问题素材和问题设置做为教学范式，强调以问题为媒介，通过对问题的组合、叠加和变式推进实验教学发展。“显性问题教学”模式把教学结构规划在教师设置的问题范围之内，将问题驱动与学生的探究活动分割，割裂学生探究兴趣、探究思路、探究方法与问题资源之间的联系，导致学生探究活动无法融入问题学习。一方面，教师对学科问题的过度挖掘将高中生物实验教学引入“怪、难、偏”的方向；另一方面，学生的探究意识、探究行为、探究思维无法建立和完善。

“隐性探究教学”模式将问题资源弱化，突出以探究方式达成高中生物实验教学目标。通过“精、短、少”的问题设置，激活学生探究兴趣，驱动学生探究行为，发展学生探究思维。“隐性探究教学”模式遵循“问题—探究—实践”教学范式。问题设置做为促进学生探究活动开展的导向，通过探究实践发展学生问题思维，以拓展学生实践能力做为教学任务。

“任务前置”是“隐性探究教学”模式常用的教学方法。教师课前发布学习任务，促进学生课前理解相关问题及开展初步探究活动。学生在充分了解研究问题后，开展探究学习，在提升学生探究兴趣和经验基础上有利于学生探究思维的形成，为教学中探究活动开展做好充足准备。教师与学生课前进行交流，在了解学生学习中遇到的困难后再组织教学，从而提高“隐性探究教学”的有效性。

高中生物实验教学的困难在于学生缺乏相关探究体验，无法形成建模论证能力。由“显性问题教学”转化为“隐性探究教学”模式强调变注入式教学为探究式、参与式教学。教师将学生探究问题涉及的原理、方法、步骤及背景知识等提前发布给学生，鼓励学生自主构建探究路径，促进学生在课前开展小组合作学习和初步讨论。学生课前便可形成理解问题、探究思考的思维习惯。这样高中生物实验教学过程真正成为学生自主发现和提出问题、分析和解决问题的过程，为培养学生结合生物实验教学内容阐明相关生命原理的思维意识创造条件，有利于提升学生的论证水平。教学模式的转变使教师设置问题具有明确的目的性，教学中便于组织学生有序探究，通过从具体到抽象、特殊到一般展开探究活动，有利于学生通过参与探究活动或经历探究思维发展，体验正确运用文字图示、分析实验现象或者结合实验结论及相关知识构建生物模型的研究路径，发展学生的建模能力。如“DNA分子结构及其特点”活动中，教师利用“隐性探究教学”模式开展教学，提供以下资料：① 物理学家威尔金斯和化学家富兰克林得到DNA晶体衍射图像。② 沃森、克里克和威尔金斯认识到，DNA是一个“糖—磷酸”骨架在外侧、碱基在内侧的分子，碱基间以氢键相连。③ 美国卡伽夫等人在研究DNA分子组成时发现，A和T数量相等，G和C数量相等，但A+T的量不一定等于G+C的量。A和T通过2个氢键相连，G和C通过3个氢键相连。教师提前向学生发放资料，引导学生从“四种脱氧核苷酸、基本骨架、双螺旋结构、反向平行”方面开展探究活动。在教学过程中，教师发放教具，组织学生以小组为单位，结合课前探究成果合作搭建DNA双螺旋结构模型。之后，再对搭建的DNA双螺旋结构模型进行论证。教学模式的转变使学生在充分了解研究问题之后开展探究学习，有利于学生形成探究思路找到研究方法，培养学生探究思维的整体性和系统性。在培养学生对知识的迁移和应用过程中，学生的建模论证能力得到发展。

《中国学生发展核心素养》将“理解和掌握基本的科学原理和方法；傳承和保持实证意识、清晰逻辑、严谨求知；学会运用科学思维方式认识事物、解决问题”做为发展学生理性思维的重要内容。高中生物学实验教学中，学生思维方式复杂而且多元，教师要改变教学模式采用多种教学方法，培养学生理性思维，提高学生学科素养。