以“三段论”为载体 培养高中生物科学思维

郑为金

(福建师范大学福清德旺中学，福建 福清 350319)

传统的生物学课堂主要依赖教师的讲解和指导，学生对概念的形成缺乏参与和自主思考，进而对概念的理解肤浅和片面，不利于科学思维的培养。在新课程改革的背景下，教师结合“三段论” 教学理念，引导学生经历观察、提问、设想、推理、实践检验这一完整的过程，强化学生对于生物学科概念本质的理解，自主构建完整的生物学科概念体系，形成深刻的生命观念。[1]

一、“三段论” 教学内涵及其意义

“三段论” 教学内涵在于教师的引导和对课程的设计，教师不能成为一个知识技能的搬运工，而应成为知识传递活动的策划者和引导者。对生物学科概念应进行严谨的逻辑推理，最终将学生大脑中形成的前概念变为较为科学的概念。教师通过实验、资料引导学生思考大前提和小前提，最终自然得出结论。课堂重点在于引导学生独立思考，训练学生的思维能力，拓展学生的视野认知，让学生体验如何从实验现象得出相关结论，从而促进科学思维的形成。就意义来说，主要包括以下两点:

(一) 有利于激发学生科学思维

高中生在学习知识的过程中，经常会受限于生活中形成的前概念，对生物学概念的理解存在先入为主和表面的认识。讲授式的教学很难完全照顾到每一个学生的思维特征和持有的前概念，难以将学生思维逻辑的发展贯穿于整个教学过程。以“三段论” 作为载体开展高中生物教学，要先调查学生持有的前概念，在教学中先引入概念冲突，激发学生运用批判性思维。[2]其作为锻炼学生自主思维的一种重要教学模式，帮助学生在科学情境中自主思考、勇于质疑、大胆论证、谨慎求证，运用科学思维解决问题，从而形成科学的概念理解，形成正确的生命观念。

(二) 有利于培养学生科学精神

科学思维的培养和科学探究实践要建立在了解科学家研究科学精神的基础上。生物学科是一门以实验探究为基础的学科，科学的认识需要建立在科学验证的基础上。目前的教学比较偏向于传授知识，缺乏对概念形成过程的思考，缺乏对科学探究的重视，很多学生对生物学概念缺乏深度和动态发展的认识，很难在新情境下运用概念解决生物学问题。[3]在“三段论” 教学理念和模式支持下，教师逐步引导学生针对相应的教学主题发现问题、提出假设，再经过一系列的演绎推理形成完整的逻辑思维，为学生指明科学探究的方向，重走科学发现的探索之路，养成严谨的科学思维，体会科学家的科学精神。

二、以“三段论” 为载体的教学实践: 以“细胞膜——系统的边界” 为例

高中生物教师以“三段论” 为载体培养学生的科学思维时，聚焦核心素养的培养和优化，特别要注意设计具有较强的挑战性的议题。教师以“三段论”为载体时，需遵循相应的教学流程和原则，先拟定命题，再引导学生找到其中的线索进行论证，最后获得结论。凸显学生在探究过程中的主体地位，给予学生多元化的启发，在培养学生的生物科学精神的同时，发挥真正的教育价值。“细胞的基本结构” 这个章节中，细胞膜的结构、成分及功能，是后续学习细胞器、细胞核、细胞的结构和功能相关概念的前提。教材上的“细胞膜由脂质构成” 这个生物概念，实际上就应用了“三段论” 的逻辑推理模式。绝大多数教师都只是将其作为一个简单的概念，缺乏深入理解。本文针对“细胞膜由脂质构成” 构建三段论推理结构，具体如下:

(一) 大前提: 脂质易溶脂溶性物质

本节课，学生对化学中“相似相溶” 的概念认识是模糊不清的，教师可以通过“植物油萃取胡萝卜汁中的胡萝卜素” 这个演示实验(如图1)，向学生呈现基础的科学事实，让其建立“脂溶性物质易溶于脂质不容易溶于水” 这个科学概念。再结合第一章学习过的水的结构与特性，让学生理解相似相溶的原理是极性的分子与极性的水分子相互吸引，而脂质等非极性分子在极性的水溶液中容易受到排斥。展示β-胡萝卜素的分子结构式(如图2)，引导学生利用所学知识分析β-胡萝卜素的分子结构由大量的非极性基团组成而缺少极性基团，因而在水中的溶解度很小，却易溶于同样是非极性的油脂中。在炒胡萝卜时可以适当加入植物油，就能看到炒出来的汤汁是金黄色的，已溶解在油脂中的胡萝卜素也利于人体吸收，而后在肝脏转化为其他人体不可或缺的营养物质，如维生素A。

图1 “植物油萃取胡萝卜汁中的胡萝卜素”演示实验

图2 β—胡萝卜素的分子结构简式

以概念模型驱动方式为主时，教师应充分调动学生已经学习的知识，组织学生开展相关的实验探究，引入生活中的经验，将抽象的生物知识转化为更加具体的内容，引导学生得出大前提。

(二) 小前提: 细胞膜易溶脂溶性物质

本节课展示科学家欧文顿的实验资料1: 欧文顿和其他科学家使用溶解实验作为生物测定方法来研究物质对细胞的渗透性。他们将分离的植物细胞(后来也对红细胞进行了研究) 放入等渗或低渗溶液中(a)，然后加入相应的化学物质，使溶液相对于细胞内部变得高渗(b)。根据物质扩散到细胞中的能力，细胞会收缩到更大的程度(不可渗透) 或更小的程度(可渗透)。然后通过对细胞的重量测量来定量。欧文顿使用500 多种物质对植物细胞的“渗透性”进行了上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的“渗透性” 是不一样的: 他发现分子的极性越大，进入细胞的速度越小，当增加非极性基团(如烷基链)时，化合物进入的速度便增加。欧文顿的结论是，控制物质进入细胞的速度的细胞膜是脂肪性物质，其中含有固醇和其他脂类。因此，当时确立了有一层脂质的膜围绕着细胞的认识。1900 年，欧文顿提出了一个生物膜模型——“欧文顿生物膜模型”，认为生物膜是由脂类物质组成的。

“三段论” 教学设计需要教师善于查找相关资料，充分挖掘前人做过的相关实验，与学生一起分析实验现象，引导学生得出相关结论。

(三) 结论: 脂质是细胞膜的基本组成成分

最后，教师由这个实验转回细胞膜本身，将抽象的细胞膜概念转化为具体化的模型表达形式，让学生将细胞膜看做一层很厚的障碍，脂溶性物质在穿过细胞膜时，需要先溶入细胞膜，再离开细胞膜，表现见图3。在原理模型驱动下，学生可以自主探究整个实验过程，明确“脂质是细胞膜的基本组成成分” 这个基础概念。上述过程就是“三段论” 的推理过程(见图4)。

图3 “物质穿过细胞膜”演示模型

图4 “细胞膜由脂质组成”的三段论推理结构

根据三段论的特点，让学生自主分析“细胞膜由脂质构成” 这个概念的大前提、小前提和结论。绝大多数学生并不能够独立完成这个学习任务，通常需要教师的协助和群体成员共同合作交流，这样才能降低科学实践的难度，带动学生更加快速地达到学习目标，促使学生在探讨合作中获得学习体验。

细胞膜除了含有脂质还含有蛋白质。“胞膜含有蛋白质” 这个生物概念同样也应用了“三段论” 的逻辑推理模式。教师可提供相关资料，如1925 年，戈特(E.Gorter) 和格伦德尔(F.Grendel) 实验；1935 年，英国丹尼利 (J.Danielli) 和戴维 森(H.Davson)质膜的表面张力的发现。让学生课后讨论此概念的大前提、小前提和结论，让课堂所学内容加以应用巩固。答案如下:

大前提: 细胞膜由连续的两层磷脂分子组成；从红细胞中提取的单层磷脂分子面积远小于两倍细胞膜的面积。

小前提: 细胞膜表面张力低于油水界面张力；细胞膜表面存在蛋白质，蛋白质可以降低脂质表面张力。

结论: 蛋白质也是细胞膜的基本组成成分，且不仅是分布于磷脂分子的两侧，有的蛋白直接贯穿于两层磷脂分子内部。

三、以“三段论” 为载体培养高中生物科学思维的教学思考

(一) 转变教学理念

高中生物教师以“三段论” 为载体培养学生的科学思维时，聚焦核心素养的培养和优化，特别是在设计教学活动时要体现较强的挑战性。因此，应遵循相应的教学流程和原则，先拟定命题，再引导学生找到其中的线索进行论证，最后获得结论，凸显学生在探究过程中的主体地位，给予学生多元化的启发，在培养学生的生物科学精神的同时，发挥真正的教育价值。

(二) 明确任务驱动流程

“三段论” 下的高中生物教学，主要需要以任务模型驱动的方式，让学生有目的地参与实践探究活动。以概念模型驱动方式为主时，教师应指导学生利用已经学习的知识内容论证新知识的关键点，加强学生对于生物科学知识内容的理解；还可以组织学生根据已经提出的论点开展实验探究，将生物知识转化为更加具体的内容。利用群体任务驱动推理结构的过程，则需要基于生物知识论点提取相关的任务，加强学生的实践探究，使其通过自主思考和团队探讨获得实践结论，激发学生的科学思维。

(三) 推理问题促进知识迁移运用

教师要观察学生在课程学习中的具体表现，指导学生利用自身掌握的知识内容解决实际问题，实现对生物知识的内化，从根本上提高学生的学习能力，形成良好的核心素养。在这个过程中，需要以问题推理作为根本，教师提出问题之后，让学生结合其掌握的知识内容对问题进行推理、分析、探讨，再得出结论。学生还应在推理的过程中不断反思，不断尝试分析，遇到不能够自主解决的问题时可以求助其他同学或者教师，理清自己的逻辑思路，形成完整的知识框架。

以“三段论” 作为载体培养学生的生物科学思维时，根据核心素养培养的目标指导学生形成正确的学习方法，提高学生的思维能力，使其能够自主探究生物问题，在课程活动中形成科学思维。此外，教师需要遵循“三段论” 教学的要求和标准，注重两个前提和一个结论重要元素的体现，在培养与发展学生科学思维的过程中，为核心素养的培养创造良好的条件，使学生获得良好的学习体验，形成更加缜密的科学思维。