高中生物学教学中科学思维方法的渗透

陆子辰 陈秉初

摘 要 从比较、类比、转换三方面分析科学思维方法在高中生物学教学中的应用，使教师认识到科学思维方法在教学中的作用。

关键词 生物学教学 类比 转换 比较

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

新课程理念中提到“生物学教学需要提高学生的生物科学素养”，要求学生在掌握一定生物学知识的同时，能够熟练运用知识解决实际问题。实际上，解决问题的过程就是思考的过程，即为“科学思维”。由此可见科学思维在学生的知识学习过程中的重要性。科学思维过程中遵循的原则称为科学思维方法，常见的有类比、转换、比较等。

1 类比思维在高中生物学课堂教学中的渗透

类比是依据两个或两类对象之间存在的某些相同或相似的属性，推出它们存在的其他相同或相似属性的思维方法，由已知推导未知。而教学过程通常是利用学生已知的知识去解释相关或相似的未知的领域。两者有着相似之处，教师在教学中可以利用类比方法，顺应思维过程进行教学。

1.1 运用概念——机制类比思维构建生物学概念

概念——机制类比是利用已有的概念和已被利用的机制，解释新的科学发现。这与学生的学习过程不谋而合，教师可以尝试运用类比过程指导学生的学习。

例如，在“人工选择”和“自然选择”的教学中，学生对人工选择比较熟悉，教学中教师以“不同品种狗的选育过程”作为人工选择的讲解对象。教师讲解不同品种狗的选育过程：人们在突变个体中选择需要的，有利变异不断积累，最终培育出新品种。由此启发学生思考：自然界中保留的不同品种，是否也是由于相似过程而产生的？教师以此类比人工选择和自然选择概念的相似性（表1），推导其作用机制的相似性。学生在做题时，经常会误认为农药使用过程中，会“诱导”出抗药性的害虫。如果运用人工选择的机制类比就能明确该说法的错误。“农药”是在已有突变基础上进行选择，而不是诱导其产生某种特性，外界施加的因素只有选择作用，并不能诱导产生突变种。在教学中渗透类比方法，学生在做题时容易联想到人工选择，避免错误理解。

1.2 运用结构——功能类比思维推进科学猜想

结构——功能类比是依据两类不同的事物在结构上的类似，推出其功能上类似的类比方法。在讲解“核酸是遗传物质”时，教师通过不同的实验归纳出“DNA是遗传物质”的结论。此时，教师引导学生运用结构——功能类比（图1）进行科学猜想，提出问题：DNA和RNA结构中有哪些相似部分？DNA是遗传物质，那么RNA是否也具有该功能？由此过渡到“烟草花叶病毒”的实验中。这样不仅能够保证课堂过渡的顺利，而且能够帮助学生在构建知识系统时综合二者的结构和功能，避免出现“所有生物的遗传物质都是DNA”的片面论断。

没有一种方法是万能的，教师必须明确类比在生物学教学中局限性，避免在教学中出现机械类比，模糊了科学本质。

2 转换思维在高中生物学课堂教学中的渗透

当出现大量原有理论无法解释的事实和现象时，教师就需要运用转换思维。基于科学在不同时代变化的特点，随着人们观察的深入，越来越多的现象是原有理论无法解释的，转换在人们认识这些现象的过程中占有重要地位。

科学本身就是一部发展的历史，基于其时代性特点，在不同的时代，科学家看待问题的深度会发生变化，因此转换的方法主要出现在科学史教学中。

在介绍细胞膜的认识发展史时，教师可能只是一味地注重科学发展变化的过程，而忽视不同观念之间的继承。更多地强调正确模型的记忆不仅不利于学生形成全面的科学发展观，而且可能会使学生出现记忆混乱。教师在教学中应该遵循科学发展史的历程，即思路：脂质→脂质和蛋白质→脂质双分子层的排列→三明治模型→流动镶嵌模型。虽然先行理论是不完全的，必须通过后续理论的不断完善最终形成现在的观点;但是先行理论是后续理论的基础，教师在讲解中须对先行理论给予一定的重视，帮助学生分析先后之间的异同。比如在细胞膜模型建构发展过程中，流动镶嵌模型继承三明治模型的原理有：认可细胞膜中磷脂为双层，且存在蛋白质。在原有理论基础上，根据实验现象，推测蛋白质的分布不均匀，进而提出流动镶嵌模型（表2）。学生通过对新旧理论的转换逐步接受细胞膜在组成、结构和功能上的特点，而不是将所有重要知识都寄希望于“流动镶嵌模型”，这样会增加学生的记忆负担。

3 比较思维在高中生物学课堂教学中的渗透

比较是对对象的同异之处加以对比，进而把握对象之间的区别和联系。富兰克林通过对地上的电火花和天空的闪电这两个看似毫无关系的事物进行比较，揭示出电的本质。

3.1 运用求同比较思维揭示内隐科学本质

生物多样性是显而易见的，教师在教学中往往容易忽视生物的统一性，使学生形成不完善的科学观点。生物在不同的方面表现出多样性，并隐含统一性。

教师在讲解完细胞学说后，可对细胞相关内容简单总结，通过提问的方式进行：不同生物的基本单位是什么？不同细胞中的元素和化合物有哪些？不同细胞具有哪些共同的组成部分？学生在回答问题的过程中，不仅能够系统地复习细胞中的相关知识，而且利于学生归纳和认可细胞水平存在的统一性。这样在复习过程中落实生物学“多样性”和“统一性”观点的教学，为后续进化内容的学习打下基础。

3.2 运用求异比较思维，深化概念理解

高中生物教材中有许多相似概念，学生容易混淆。教师在教学中以这些相似概念的不同点作为突破口，帮助学生把握概念的区别。

学生在练习中容易在核酸、核苷酸和核苷辨析上出现错误，造成不必要的失分。教师在讲解“核酸分子组成”时，可以加入三者的比较（表3）。

教师提示学生比较三者的关系：核苷与核苷酸有一“酸”之差，缺少一个磷酸;核苷酸和核酸有一“苷”之差，核苷是多个核苷酸小分子聚合成的大分子。如果教师只是单纯地介绍三者的组成，不进行横向比较的话，学生只能获得零散的知识点，难以明确三者间的关系。

3.3 运用同异综合比较思维，促进知识系统化

比较多个事物的异同可以得到更加全面的科学认识。扩散、渗透、自由扩散和协助扩散是容易使学生产生学习困惑的内容，学生即便机械地记住了，经过一段时间又对其异同所知寥寥，教学效果差。教师在对四者进行总结时，可以运用同异综合比较（表4），从不同方面揭示概念的共性和特性：扩散的简单性;渗透特指水分子;自由扩散是物质出入细胞;协助扩散不仅要求物质进出细胞而且还需要载体蛋白。并总结四者的关系：渗透、自由扩散和协助扩散均属于扩散，渗透和自由扩散有一定的交叉，协助扩散因为载体蛋白的要求具有最大的特殊性。教师在教学中可以尝试对这几个概念进行同异综合比较，寻找不同的切入点，比较四者之间的关系，帮助学生更好地构建知识系统。

科学的思维方法能够指导学生有效地进行科学知识的学习，不同的科学思维方法适合不同的科学知识。课程改革提出“终身教育”的目标，单纯的知识教学难以完成，因此，传授给学生正确的科学思维方法在当下的生物学教学中显得尤为重要。