浅析科学思维在生物学概念构建中的作用

概念是在认识过程中，从感性认识上升到理性认识，把所感知的事物的共同本质特点抽象出来，加以概括形成的。生物学概念的学习不是机械理解，更不是单纯记忆，很多学生在概念学习时存在这样的问题。本质上概念是思维的基本形式之一，是思维的产物，而科学思维是形成概念的重要工具和途径[1]。教师在教学中可基于生物学事实和证据，运用归纳法、综合概括、逻辑推理、模型构建、批判性思维等方法引导学生构建概念。生物学教材设计是非常重视概念构建的，教材中的许多栏目如“思考·讨论”、“科学史话”、“科学方法”以及教材课后习题中的“思维拓展”训练等都可以作为素材来引导学生分析、思考，最终形成概念。本文以几个教学实例来分析科学思维在生物学概念构建中的作用。

例1 光合作用概念的构建。

在学习“光合作用”时，为了帮助学生理解和掌握光合作用的概念与原理，可以搜集相关的光合作用探究史组织教学，运用科学思维的方法去引导学生形成概念(表1)。

表1 光合作用探索过程中主要科学思维方法列表

教学中沿着光合作用的探索历程，以“提出问题—实验设计—得出结论”的演绎方法为主线，引导学生基于生物学事实，通过分析、比较、演绎推理等方法进行思考，不断完善对光合作用的认识，最终学生自主归纳概括出光合作用的概念：“光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放氧气的过程”。

例2 基因概念的构建。

在基因概念的学习时，教师可利用教材上“思考·讨论”中的生物学事实或适当增加一些事实证据，设计一系列问题串，引导学生通过讨论分析、比较、推理等思维过程逐步得出“基因是DNA 分子上的片段”、“基因有遗传效应”等结论，最后通过综合概括得出“基因是有遗传效应的核苷酸片段”(表2)。

表2 基于科学思维方法构建基因概念

例3 能量流动概念的构建。

构建模型可以使研究对象简化和直观化，便于理解，是一种重要的科学思维方法。例如在学习“能量流动”概念时，就可以引导学生构建相关概念模型，达成对能量流动概念的理解掌握。教学时，教师可先带领学生简要回忆已学过的知识或前概念如：①光合作用、呼吸作用；②生态系统的成分(生产者、消费者、分解者等)；③食物链、食物网及营养级。接着教师可设置一组问题，学生通过分析、归纳、推理得出每个问题的答案(表3)。

表3 基于科学思维方法构建能量流动概念

在此基础上，教师进一步给出能量流动概念模型框架(图1)，通过刚才的分析、归纳指导学生在框架的相应位置方框中填入能量的“输入”、“传递与转化”与“散失”，能量流动的概念模型建构基本完成。最后，教师再给出赛达伯格湖能量流动分析这一事实案例，指导学生对此图解进行观察分析，从“包含的生态系统成分”、“能量流动渠道”、“输入系统的总能量”、“能力的去向”、“能量流动特点”等几个方面将其与构建的能量流动概念模型进行一致性比较，从而对模型进行检验。经历能量流动概念模型的构建过程，学生自然而然得出：“生态系统的能量流动就是能量的输入、传递与转化、散失的过程，流动过程中能量是单方向不可逆的且逐级减少”。

构建概念的过程是一个科学思维的过程，教师在进行概念教学时，可指导学生从生物学事实或证据出发，引导学生运用归纳、推理、演绎、模型构建等科学思维方法去逐步构建概念。在构建概念的同时，学生还会在已学过的概念及新概念之间建立联系，形成良好的知识网络结构。这不仅使学生对概念的理解掌握更加透彻，还可以训练学生科学思维方法的运用，促进核心素养的提升。