生物教学中培养计算思维的实践与思考

郑珠银

【摘要】作为一门综合性很强的学科，初中生物涉及学生所学的很多认知，有化学上的、物理上的，也有数学上的。教师在进行生物教学时要培养学生多方面思考问题的能力，提升他们的扩展思维，将生物与更多的认知对接起来，以帮助学生获得更深的理解。

【关键词】生物教学;计算思维;实践

在生物教学中，教师可以培养学生的计算思维能力，以帮助学生更深刻地理解相关的认知，进而生成生物素养。初中生物的内容有一部分涉及计算，这就需要培养学生的计算能力，这些计算能力是在运用生物原理、分析生物现象、拓展生物认知及以开展生物实验的过程中逐步提升的。

一、在分析问题的过程中培养学生的计算思维

学生学习生物需要具备一定的思维品质，比如高阶思维能力，以让学生在课堂教学中进入深度学习状态。分析能力是学生学习生物经常运用到的思维方式，要求学生能从常见的生物现象中分析出其本质的东西，要能从表象分析出内涵。计算思维能促进学生分析能力的发展，同样在分析问题的过程中也能促进学生计算思维能力的提高。

在初中生物苏教版七年级下册《人的生殖和发育》这一章节中，教师设置了这样一个问题：在《愚公移山》中有这样的一句话，“子又生孙，孙又生子，子又有子，子又有孙，子子孙孙无穷匮也。”这个无穷匮真的是数不清吗？能不能想象一下，若干年后，这个愚公家族到底会有多少人。这其实就是让学生站在生物学的角度，以計算思维方式分析出这句话所涵盖的生物原理。同时也告诉学生，在学习生物的过程中要分析一些具体的问题，可以从计算入手。为了培养学生的计算能力，教师从愚公移山过渡到这样的问题情境上来：4万对24岁的青年夫妇，假如在不考虑死亡问题的前提下，且每代中的男女比例相等，如果每对、每代都是25岁生孩子，如果他们都符合二孩生育政策，他们生两个与生一个相比，50年后人口总数会多增加多少万？教师可以一步步引导学生分析，一步步地培养他们的计算思维。学生计算，4万对夫妇就是8万人，1年后都生2个孩子就是新生了8万人，换言之，现在的人口总数就是8万+8万=16万。学生再计算25年后新生的8万人口，也就是4万对夫妇每对再生2个孩子就等于又新生了8万人，那么现在的人口总数就是16万+8万=24万。学生补充说，这是26年后的人口数量，它距离“50年后”还有24年时间。一学生站起来说，题目中给出的条件是都在25岁时生育，所以再过24年暂无新生人口，人口数量不变。对于每对生一个孩子的计算方法，教师让学生采取独立计算的方法，让他们将计算过程在纸上写出来。学生这样写着：4万对=8万人;1年后新生4万人，人口总数就是8万+4万=12万。25年后新生4万人口。换言之，也就是2万对每对生1个孩子，又新生了2万人，那么人口总数是：12万+2万=14万。显而易见，差值为10万。有了这样的计算过程，学生就对相关的生物认知以及国家的政策有了进一步的理解。教师在这个过程中先是创设学生熟悉的情境，以激发他们计算的兴趣;接着教师又将情境进一步地对准学生所学内容，以让学生走进计算;最后，教师又与学生一起分析，让计算思维不断漫溯，让学生的思路逐步清晰，进而也让他们养成在分析中计算的习惯。

二、在解决现实问题的过程中培养计算能力

初中生物与学生的生活实际总是紧密相连的，教师要培养他们解决实际问题的能力，即，要让他们将生物知识与生活对接起来，让他们将学到的认知转化为解决具体问题的方法。同样，教师可以在学生解决问题的过程中培养他们的计算能力。当然，计算能力提升了，学生解决问题的水平自然也能得到提升。

比如说，在生物教学的过程中，教师组织学生对社区内居民的眼皮性状进行了调查，下面是他们的调查结果。

对着调查结果，教师让学生开展如下的计算。教师问，如果显性基因用D表示，隐性基因用d表示，那么在第②组中，某一家庭生了一个单眼皮的孩子，则双亲的基因型是什么？再做进一步打算，若再生一个小孩是双眼皮的可能性约为多少呢？双亲控制性状的基因是以什么为“桥梁”传递给子女的？学生是这样计算的：由图表一中第二组数据可做如下推算。如果父母双方一方是双眼皮，一方是单眼皮，其子女中出现了单眼皮个体，那么也就说明双眼皮一方的基因组成是Dd，进而学生推算出这样的一对夫妇生出双眼皮孩子的几率是50%。他们将计算的过程以图表二的形式展示出来。

有了这样的计算，学生对相关认知的理解也就清晰了，因此教师让学生对着图表一中的第①组数据提出相关的计算题。这将学生的计算思维与创造能力对接起来，一位学生是这样想的：如果某一个家庭的母亲，通过手术变成双眼皮，她的双眼皮性状遗传给后代的概率是多少呢？学生能想出这样的计算题，一是因为对相关的生物现象感兴趣，尤其是现在经常有这方面的整容手术，二是因为他们在小学数学《可能性》这个章节中曾经接触过相关的话题。对于这样的概率计算，学生是这样分析的：学生首先解释了什么叫遗传，什么叫变异，也解释了两者之间的关系;学生接着说，由环境因素引起的变异，由于遗传物质没有发生变化，这种变异在事实上不存在遗传给下一代的可能。于是学生得出这样的结论：双眼皮不是天生的，那么它的性状是不能遗传给后代的，所以该题的概率为0。计算在解决实际问题的过程中得到了强化。生物学中的计算跟数学中的计算最大的区别在于，生物学中的计算更有现实意义，它是为了解决具体的问题而计算的。但进入生活情境的场景中，当学生想从生活中获得某个数据时，计算就成了他们的一种需要。因此，要培养学生在生物学习中的计算能力，就要尽可能地对接生活，让他们为生活而计算。

三、在模拟实验的过程中培养计算能力

初中生物中有许多现象、许多原理需要通过具体的实验展示给学生，他们才能理解，进而利用起来。实验给了学生亲身体验的机会，同时也能帮助学生将抽象思维转为形象思维。因此在教学过程中，教师要尽可能地创设实验，让学生的思维动起来，让他们的多元能力迸发出来。教师可以通过实验来培养学生的计算能力。生物学科中的计算不同于纯粹的数学计算，它需要学生掌握一定的生物概念，需要他们对生物原理有一定的理解。学生可以在实验过程中理解数与量的关系。也就是说，有了实验，学生计算起来更方便了，他们能一目了然地计算相关的数据。一言以蔽之，生物学的计算，要充分利用其学科的特点，搭建尽可能的支架，让学生能得到“计”，方可从容地“算”。

比如说生男生女的问题就是学生在学习生物的过程中非常感兴趣的一個问题，里面也涉及一些计算，大多数学生在理解的时候还存在一定的困难。教师就可以设置这样的模拟场景，让学生用围棋子来模拟生殖细胞以探究其中的奥秘。教师设置的实验是这样的：甲袋中装入白色棋子50粒，乙袋中混合装入黑、白棋子各50粒;每次从甲、乙两袋中分别随机摸出1粒棋子进行组合，假如1粒黑子和1粒白子的组合用A来表示的话，那么2粒白子的组合用B表示。教师要求学生每个小组一共组合10次，那么就有了5个小组的实验结果。第一组：A、B分别是5;第二组：A、B分别是4、6;第三组：A、B分别是5;第四组：A、B分别是4、6;第五组：A、B分别是6、4。

这个实验有几个非常重要的注意点，首先要让学生知道假如甲袋中的白色棋子模拟的是含X性染色体的卵细胞，那么乙袋中的黑、白棋子分别模拟的是含Y性染色体和含X性染色体的精子。同时教师还要提醒学生每完成1次组合后，要将摸出的棋子再放回袋子。只有掌握这样的注意点之后，学生才能完成接下来的计算。教师问学生根据上述实验结果，能得出什么样的结论。学生是这样计算的：因为女性产生的卵细胞只有1种，而且一般每次只产生1 个，男性则产生2种精子，其比例是1∶1。从模拟的实验中，学生能轻松地计算出两种精子与卵细胞结合的机会是差不多的，所以他们算出的结果是：男、女性别比例理论上为1∶1。如果没有实验，学生就不能找出其中的规律，计算也就无从下手。所以对于生物教学来说，要强化学生的计算能力，在某种程度上是强化学生的实验操作能力，要让学生学会从实验中找寻其中的数与量，找到等式两边相关连的生物现象。这也从某个方面说明，在生物教学中对计算能力的培养是一个系统工程，需要教师做好多方面的铺垫，比如实验设置。

在生物教学中增强学生的计算意识，能进一步拓展他们的分析能力、推理能力和判断能力等。计算思维得到发展了，学生在考量生物问题时自然就多了一个维度。因此教师在教学中可从创设情境、增添实验以及对接生活入手，使计算思维驻入生物课堂。

【参考文献】

[1]黄志强，时运.关于遗传计算中的“群体”问题[J].中学生物教学， 2017（03）：55-57.

[2]刘磊.例析“不确定”型遗传病题的概率计算[J].中学生物学， 2015，31（05）：45-46.