例谈初中生物学概念教学中科学思维能力的培养

吴文清

（常熟市海虞中学 江苏苏州 215519）

生物学教学的主要任务是帮助学生发现生命世界的内在规律，掌握认识生命奥秘的思维方式和探究方法。达成上述目标需要教师通过概念教学有效传递生物学核心知识，同时通过思维训练、任务探究等手段有效传递生物学特有的思维方式和探究方法，在此基础上逐步引导学生建立生命观念、发展科学思维与科学探究能力、培养社会责任意识。下面就初中生物学概念教学与科学思维能力培养这一论题作初步探讨。

1 生物学概念与科学思维的关联性

生物学教学中，不是每一堂课都可以采用科学探究，但是每一堂课都可以锻炼科学思维。科学思维是一种有效管理思维结构的范式、习惯和方法。生物学课程中的科学思维要以生物学事实、概念为基础。同时，生物学概念的建立、生物学所揭示的生命现象之间的因果联系和生物学规律，也离不开科学思维。建立结构良好的生物学概念体系既是运用科学思维的结果，也是科学思维能力的提升过程。

2 通过概念教学培养科学思维能力

生物学学科核心素养中的科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。其构成要素包括归纳与概括、演绎与推理、模型与建模和批判性思维等。教师应在概念教学过程中有侧重地针对科学思维的各要素进行培养。

2.1 在概念建构中培养归纳与概括能力

从科学概念形成的过程来分析，对事物本质属性的把握是人们从大量的事实中归纳提炼出来的。因此学生建构新概念过程中常用到归纳和概括的思维方法。

例如，在“植物的光合作用”一节教学，教师可组织开展如下探究活动:开展“探究阳光在植物生长中的作用”活动，学生通过观察实验现象、分析实验结果，建立“光照是植物合成有机物的必需条件”的概念表象；分析科学史资料“普利斯特利的小白鼠实验”，建立“植物可以更新空气”的概念表象，结合教师提供的金鱼藻数字化演示实验证据，将概念表象修正为“植物合成有机物的过程中会吸收二氧化碳、释放氧气”；开展“探究植物进行光合作用的场所”活动，教师引导学生选用不同材料（青菜的不同器官、银边天竺葵等）提出假设、设计并实施实验，建立“只有植物绿色的部位才能合成有机物”的认识，分析科学史资料“恩吉尔曼的水绵实验”，建立“植物合成有机物的场所是叶绿体”的概念表象；学生在亲历植物生长奥秘的发现史过程中，逐步将获得的各种概念表象归纳概括，最终建构出完整的光合作用概念。学生还可以用画图法、公式法和类比法等多种方式来表征光合作用概念，进一步提升归纳和概括能力。

2.2 在概念同化中培养演绎与推理能力

在生物学的学习过程中，演绎与推理思维能力要求学生能够运用已经学过的生物学规律，通过观察、实验、猜想等活动，预测和探讨相关的生命现象，并能用恰当的方式阐明自己的想法。相比于直接告诉学生答案的学习方式，演绎与推理的方式更有利于学生主动、深入地理解生物学概念，形成严谨的科学思维习惯。

例如，在“单细胞生物”一节教学中，不少教师往往会陷入线性呈现草履虫不同结构与功能的教学误区。深入研究课标和教材不难发现，本节教学重点在于帮助学生理解单细胞生物在组成和生命活动方式上的特殊性，而依靠机械识记草履虫的结构和功能显然是无法建立这种理解的。本节教学可作如下改进:首先，教师引导学生分析多细胞生物的组成和特征后，抽提出本节的核心概念:“单细胞生物由一个细胞构成并能独立完成生命活动”。接着，学生以文本中的“草履虫”开展论证式探究:基于“观察草履虫标本和模式图”的活动，建立“草履虫是一种微小的生物，它的身体由一个细胞构成”的概念性认识；基于“观察草履虫的运动和摄食”“探究草履虫对外界刺激作出的反应”和“分析草履虫的呼吸、排泄、生殖资料”等活动，建立“草履虫能独立完成基本的生命活动”的概念性认识。这种以核心概念建立对单细胞生物的意义感知，经论证式探究加以检验的教学方式，使学生跳出了对知识的零散认知，理解重要概念的同时，也为同化“草履虫的结构与功能相适应”的生命观念打下了良好的基础。

2.3 在概念转变中培养模型与建模能力

《美国国家科学教育标准》指出，学生的探究活动最终应该构造一种解释或一种模型。通过建立模型可以将科学概念转化为学生能够理解的形式，进而建立抽象概念的意义认知。直观教学是概念转变教学的重要原则之一，以模型的建构、分析和应用为特征的建模教学在概念教学中作用突出。生物学中常见的模型有数学模型、物理模型和概念模型等。

2.3.1 建立物理模型，促进概念转变

物理模型主要应用于解释一些抽象的概念或理论，给这些陌生抽象的概念、规律赋予间接的直观形象，有利于启发学生思维，化难为易，从而使学生获得鲜明、生动、完整的新概念、新理论。

例如，在“生物体的基本结构”教学中，为了促进对植物细胞结构和功能的理解，学生小组以多种新鲜水果、豆类种子和橡皮泥为材料，合作构建植物细胞的物理模型，在课堂上展示并修正模型。以物理模型制作为载体开展本节教学，既大大降低了学生认识植物细胞的难度，也提高了学习的趣味性，深化了对“生物体结构与功能相适应”的生命观念的体悟。

2.3.2 建立概念模型，促进概念转变

概念模型是指主要以文字表述来抽象概括出概念本质特征的模型，在生物学教材中主要以概念图、示意图的形式来呈现。如果学生的学习经历了概念模型的建构过程，形成了对一类问题的结构化认识，那么他们就会像科学家那样用科学的方法去认识原型问题，有助于学生高阶思维能力的形成。

例如，在“探究鱼类的特征”一节教学，教师首先提出核心问题:“鱼类是如何适应水中生活的？”接着，带领学生“走进”潜水艇，去寻找在水中生活需要的5个条件:①减少阻力；②增加动力；③调节比重；④准确导航；⑤获取氧气。由此构建鱼类适应水中生活的初级概念模型。学生基于模型进行任务探究，在解决核心问题的同时完善概念模型，初步建立“生物体的形态结构与生活环境相适应”的生命观念。

2.4 在概念迁移应用中培养批判性思维能力

批判性思维是指具有目的性和反思性的判断，是一种反思和质疑的方法和精神气质，是和谐社会民主精神、科学态度和创新意识的基础或必要条件，是一种不唯书、不唯上、只唯实的思维意愿和能力。在概念迁移运用阶段，教师可引导学生基于生命的复杂性和多样性，尝试对生命事件进行多因素多维度的思考和解释，据此发展学生的批判性思维能力。

例如，在“认识细菌”教学中，为使学生辩证性地看待细菌与人类的关系，教师在课前让学生收集资料，课上开展“细菌的利与弊”辩论赛。正方表达细菌对人类利大于弊:①人类的健康离不开细菌；②人类的生产生活离不开细菌；③人类赖以生存的自然环境也离不开细菌。反方表达细菌对人类弊大于利:①腐生细菌会导致食品腐败变质；②很多危害人类健康的疾病由细菌引起；③病原菌引起的牲畜传染病困扰养殖业。举证和辩论会使全体学生共同认识到细菌既有对人类有益的一面，也有对人类有害的一面。人们要深入研究细菌，利用科技避免细菌带来的危害；同时探索发现细菌更多的利用价值，造福全人类。

总之，科学思维的各种能力不等同于知识，无法通过灌输得到提高，教师应在深刻把握科学思维内涵的基础上，将科学思维各要素的培养整合到日常的概念教学过程中，夯实归纳与概括、演绎与推理和模型与建模等形式逻辑思维能力的训练，也能重视促进批判性思维等辩证逻辑思维能力的发展，以此切实提升学生的生物学学科核心素养。