生物学教学中开展思维训练的研究

张玉明 宣雯雯

(江苏省仪征中学 211900)

思维是人脑对客观事物的一般特性和规律的一种间接的、概括的反映过程。进行思维训练，培养学生的思维能力，是中小学课堂教学的主要任务之一，也是实施素质教育，开发学生智能，提高学生素养的重要措施。本文从生物学教学的角度，阐述了培养学生思维能力的方法路径及教学案例。

1充分思考，训练思维的发散性

发散性思维就是进行多侧面、多角度，甚至是逆向的思维，这种思维无疑是诸多思维品质中最优秀的一种思维方式。通过发散性思维，可以发现事物的新关系、新联系，从而认识事物的本质。生物学教学中有许多问题是开放性的，答案或解决方法不止一个，教师可以借此机会，放手学生开动脑筋，充分思考，并通过小组合作、集体讨论等形式，共同完成学习。

案例1：做色素提取和分离实验时，发现有些学生获得的色素带颜色较浅，教师可引导学生分析并推测可能原因，讨论结果包括：①取材：所用叶片较淡或已发黄，色素含量不足；②提取：叶片研磨时未加二氧化硅或研磨时间短，导致研磨不充分；未加碳酸钙，导致色素分解；丙酮或无水乙醇用量太多，导致色素浓度太低；③滤纸条制作：滤纸条未经干躁处理；滤液细线未重复画地2～3次，色素量不足。④分离：滤纸条上的滤液细线触及了层析液，使其上的部分色素溶解于层析液中。

案例2：讲完“兴奋在神经纤维上传导和神经元之间传递”一节内容后，让学生思考并讨论医用麻醉药阻断神经传导的可能途径。讨论结果包括：①药剂分子与突触后膜受体结合、阻止突触后膜兴奋；②药剂分子与神经递质结合，阻断兴奋在神经元间的传递；③药剂分子与突触前膜结合，阻断神经递质的释放；④药剂分子与神经纤维上的离子载体结合，阻碍K+、Na+离子进出细胞，从而阻断兴奋在神经纤维上的传导。

案例3：学习“遗传信息传递的中心法则”以后，教师组织学生讨论并推测抗菌药抑制病菌增殖的作用机理，最后给出已研制出的相关药物的名称。例如，抑制细菌细胞壁的合成抗菌药物为青霉素；抑制细菌DNA解旋酶的活性的抗菌药物为环丙沙星；能与核糖体结合、阻断翻译的抗菌药物为红霉素；抑制RNA聚合酶的活性的抗菌药物为利福平等等。

2求同存异，训练思维的集中性

集中性思维是指对事物的抽象概括、判断和推理能力。没有集中就难以抓住事物的本质、揭示事物的内在规律，所以对学生进行集中性思维训练是十分重要的。对于教学中遇到的一些需要总结概括的知识时，教师要有意识地训练学生这方面的能力。

案例4：有丝分裂概念的归纳。细胞有丝分裂分许多时期，每一时期都有许多变化，如核膜、核仁、纺锤体、染色体、细胞板的出现与消失，细胞膜的缢裂，着丝粒的分裂，染色体复制，DNA复制等等，但什么是有丝分裂最重要的特征呢？要引导学生通过分析理解，这些变化中只有染色体的数量变化才是最主要、最重要的变化，进而引导学生总结有丝分裂的重要特征：亲代细胞染色体复制后，平均分配到两个子细胞中去。

案例5：呼吸作用概念的归纳。呼吸作用的类型分有氧呼吸和无氧呼吸，两者的反应物、产物、场所、过程、酶、产能多少、反应式等都不相同(表1)。两者差异明显，为什么都被称为呼吸作用呢？它们在本质上到底有什么共同之处呢？学生通过思考，最终得出结论：过程虽然不尽相同，但都是分解有机物，释放能量。这也是呼吸作用的概念。

表1 有氧呼吸与无氧呼吸的区别

案例6：细胞核的功能的总结。教材介绍了多个有关细胞核的实验、黑白美西螈的核移植实验、蝾螈受精卵横缢实验、伞藻的嫁接实验、变形虫的切割实验。这些实验的结论都集中指向“细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心”这一功能，可让学生体验一次集中性思维的过程。

3破除定势，训练思维的批判性

思维定势是指人们常常沿着固定的思维模式去思考或解决问题的一种思维形式。思维定势常常阻碍学生创新意识、创新潜能的发挥。因此，教师要借助一些特定的教学内容，有意识地进行批判性思维的训练，破除思维定势对学生的束缚，引导他们的思维向新的方向探索，从而使思路更广阔，见解更深刻。

案例7：茎的背地性和根的向地性。这是训练批判性思维的极好例子。先解释茎的向光性：将一株植物放倒，由于受重力影响，茎的近地侧生长素分布较多，生长较快，而远地侧生长素分布较少，生长较慢，所以茎表现出向上生长，即茎的背地性。再让学生套用同样的方法去解释根的向地性：根的近地面生长素分布较多，生长快，远地侧生长素分布较少，生长较慢，结果根向空中生长。结论显然是错误的。如何解决呢？必须换一种思考：根对生长素浓度极为敏感，根的近地侧生长素分布较多，生长反而受抑制，从而生长较慢，远地侧虽然浓度低，但仍然促进生长，结果根向地生长。

案例8：不同类型的糖尿病。学过“血糖调节”内容之后，学生对糖尿病病因的一般理解是：胰岛B细胞受损，导致体内胰岛素含量少，血糖高，尿中带糖，需要终身依赖外源性胰岛素补充以维持生命。其实这种被称为I型糖尿病，又被称为胰岛素依赖型糖尿病，通常发生于儿童及年龄小于 30 岁的年轻人，在糖尿病患者中仅占5%以下。而占95%以上的患者是另一种被称作II型糖尿病，也称为非胰岛素依赖型糖尿病，这类患者血液中并不缺乏胰岛素，甚至含量还偏高，导致糖尿的原因可能是胰岛素受体遭到破坏，多见于 40 岁以上的中、老年人。I型和II型糖尿病的病因正好相反，一类是缺乏胰岛素；另一类是缺乏胰岛素受体。

案例9：减数分裂的时间、场所、过程等概念转变。学必修二“减数分裂过程”时，师生一般都认为，卵细胞的形成应该开始于动物的发情期，场所就在卵巢，最终在卵巢中产生卵细胞，而且整个过程应该是连续的，不间断的。而在学习选修三后，原有概念发生了变化。卵细胞形成的开始时间是在雌个体的胎儿期，也就是说在雌性个体还是胎儿的时候，卵巢中的卵原细胞就开始染色体体复制，成为初级卵母细胞，而后停止发育。等到性成熟时，初级卵母细胞在卵巢里继续进行分裂，直至减数第二次分裂中期停止，然后卵巢排出卵子(注意不是卵细胞而是次级卵母细胞)，进入输卵管。在输卵管中，若遇到精子，受精后则继续分裂，完成减数第二次分裂的后期和末期；若未遇到精子，则卵子永远停留在减二中期。可见选修三与必修二的有关减数分裂概念不完全相同。事实上，这种随学习内容加深而引起的概念转变，会一直贯穿于学生的学习过程中，这也为训练学生的批判性思维提供了极为丰富的素材。

4对照类比，训练思维的严密性

思维严密性是指对思维对象全面、深刻、完整的思考。严密性是思维的重要特性，发展思维严密性，是学生形成科学素养的重要途径。许多生物学实验需要做对照，由此可作为训练学生严密性思维的材料。严密性是实验设计的最基本要求，也是最重要的一项要求。缺乏严密性的实验是没有说服力的，得出的结论也是不能让人信服的。艾弗里在做肺炎球菌的转化实验时，已将肺炎球菌的DNA提纯到了99.98%的纯度，只含有0.02%的杂质，但其“肺炎球菌的转化因子是DNA”的结论，依然没有能说服当时那些挑刺的科学家，由此可以看出，实验的严密性、严谨性对于实验结论的正确性和科学性是多么的重要。

案例10：温特实验。1928年，荷兰科学家温特在研究植物向光性时，做了两个实验：实验①是把切下的胚芽鞘尖端放在琼脂块上，几小时以后，移去胚芽鞘尖端，并将这块琼脂切成小块，放在切去尖端的胚芽鞘切面的一侧，结果发现这个胚芽鞘会向放琼脂的对侧弯曲生长；实验②是把没有接触过胚芽鞘尖端的琼脂小块，放在切去尖端的胚芽鞘切面的一侧，结果发现这个胚芽鞘既不生长，也不弯曲。由此说明，胚芽鞘的尖端确实产生了某种物质，这种物质从尖端运输到下部，并且能够促使胚芽鞘下面某些部分的生长。

问题是：温特为何要设置实验②？如果没有实验二②，可不可以得到上述结论？答案是实验②可以排除琼脂块引起切去尖端的胚芽鞘弯曲的可能性。

5总结规律，训练思维的敏捷性

学生对有些学习内容能够掌握，也能够得到出正确的答案，但解题速度太慢，过程太繁，时间不够用，而且对解题结果也不够自信。主要原因是没有找到解题规律或技巧。事实上，任何复杂的事物，只要耐心思考，反复研究，都可以从中找到一些规律性的东西，如果加以总结提炼，形成一定的解题模式或技巧，就会使解题速度大大加快。教师在教学中应当多做这方面的研究和引导，这不仅能提高学生思维的敏捷性，而且还能激发学生巨大的学习热情与自信心。

案例11：判断细胞分裂图形。细胞分裂图形的判断是教学中的一个难点，学生感到困难。教师可以尽可能多地收集一些细胞分裂图，集中让学生揣摩与研究，寻找其中的规律，最后构建该类图形判断的一般流程，即所谓“两看”判断模型：一看有无同源染色体，无同源染色体，则为减数第二次分裂；二看同源染色体的行为：同源染色体有联会、排赤道板两侧、分离行为，则为减数第一次分裂；同源染色体无联会、排赤道板两侧、分离行为，则为有丝分裂。

案例12：辨析实际光合速率与净光合速率。净光合速率与真光合速率的分辨和区别，永远是高中生物学教与学的难点。多次测试结果表明，这类题目，无论教师讲多少遍，学生考多少次，正确率都不会很高。究其原因是，学生不能准确地判断题中给出的相关数据、曲线到底是净光合速率，还是真光合速率？教学中可以多搜集这类习题，让学生比较辨析揣摩，从中获得一些解题技巧和方法并进行归纳：①文字表述辨别：实际光合速率的表述一般都直接带有“光合作用”一词，常用“同化量”、“产生量”、“制造量”这些词；而净光合作用一般不提及“光合作用”，常用“吸收量”、“释放量”、“ 减少量” 、“增加量”、“积累量”一类词。归纳习题中经常出现的相关表述，并列表加以区别(表2)。②曲线图、概念图辨别：图1中甲图曲线上每一点的值代表的是净光合速率值，实际光合速率通常用图中曲线上每一点的值加上呼吸速率(A点的值)来表示；乙概念图中的叶绿体从线粒体和空气中吸收的CO2之和代表实际光合速率，叶绿体单独从空气中吸收的CO2代表净光合速率。

表2 实际光合速率和净光合速率的区别

图1 净光合速率(甲)和实际光合速率(乙)的图示

6追根溯源，训练思维的深刻性

思维的深刻性反映了人类思维活动的深度、广度和难度，是一切思维品质的基础。思维深刻性发展水平的高低，必然会影响思维品质其他方面的发展水平。因此，在生物学教学中要特别重视对学生思维深刻性的培养。思维的深刻性体现在解决问题时能透过现象看本质，在错综复杂的情境中，把握好解决问题的关键。

案例13：中耕松土和植物“午休现象”。很多学生会满足于松土使根透气这一肤浅的认识，而不能更深入地思考透气会使根的呼吸作用增强，进而促进了根对矿质元素的主动吸收这一深层次的原因。同样学生在解释植物“午休现象”现象时，认为是缺水使植物光合作用减慢，导致植物生长受阻，而不能深入思考缺水是使叶片气孔关闭，致使CO2减少，导致植物光合作用减慢。

案例14：质壁分离的内因与外因。学生在解释质壁分离的原因时，常常只关注外界溶液的浓度大于细胞液的浓度，导致液胞失水，原生质层体积缩小，原生质层与细胞壁逐渐分离，即质壁分离。而忽略另一个重要原因：构成植物细胞的细胞壁和原生质层的伸缩性不同，即细胞壁的伸缩性较小，而原生质层的伸缩性较大，这样在细胞失水时，细胞壁和原生质层之间才有可能发生分离。

案例15：生物多样性的原因。生物多样性的直接原因是蛋白质的结构和功能的多样性，根本原因是DNA分子的多样性。还有一个不可忽视的原因，即环境多样性，多样化的环境导致了不同方向的自然选择，由此产生了各种各样的生物种类。