全面还原知识的发现过程

王庆东

《义务教育生物学课程标准（2011年）》明确指出：生物学课程期待学生主动地参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识，养成理性思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习的能力。

也就是说，在生物学教学中，还原知识发现过程，对促进学生养成理性思维、帮助学生形成积极的科学态度和发展学生终身学习的能力都具有十分重要的意义。

知识发现的过程具有“思维的连续性”和“推理的正确性”等属性。“思维的连续性”一方面是指知识发现的过程，通常包括基于某个或某些问题情境提出问题、作出假设、制定探究方案、实施探究方案（获取证据和数据）、处理证据和数据及发现规律等几个连续的环节；另一方面是指知识发现过程中，从一个环节到另一个环节，要经过环环相扣、层层递进的连续思维过程。为了方便叙述，下面将前者称为“环节的完整性”；将后者称为“思维的连续性”。“推理的正确性”是指知识发现是通过合乎逻辑的推理来实现。

在生物学教学中，还原知识发现过程已是广大生物学教师共同努力的方向；但是，在还原知识发现的过程中，常有“发现环节缺失”“思维过程中断”和“推理过程错误”等问题，这样的还原不能发挥其对学生应有的作用，必须予以纠正。

1 避免环节缺失，全面还原发现环节

案例1：在进行“验证绿叶在光下制造淀粉”的分组实验时，教师往往让学生依据教科书提供的实验步骤进行实验操作，分析实验现象，形成“绿叶能在光下制造淀粉”的概念。

案例1还原了实验方案的实施、实验现象的分析和发现规律等教学环节，但缺少提出问题、作出假设和设计实验方案等环节，就缺少了必要的理性思维过程，实验方案就不是理性思维的产物，这样进行的实验操作思维含金量很低，因而不利于学生养成理性思维习惯；案例1能够发展学生实验操作能力和抽象概括能力，但不能发展学生发现问题的能力和主动解决问题的能力，因而不利于发展学生终身学习和创新所必要的各种能力。全面还原知识发现过程的各个环节是必要的。

“验证绿叶在光下制造淀粉”的实验，除进行实验操作、分析实验现象、形成概念外，教师还可以安排下面的教学环节。

（1） 创设问题情境，引导学生提出问题和作出假设。

围绕“光是影响淀粉制造的因素”，教师可以创设以下问题情境：

要提高农作物的产量，首先要知道影响农作物产量的因素有哪些。某玉米田里有一行东西走向的大树，大树南北两面的玉米明显长势不同。比较单株玉米的产量，向阳部分的玉米的单株产量明显高于背阴部分的玉米的单株产量。玉米的产量与什么因素有关？

基于上面的问题情境，学生会提出“光是影响玉米产量的因素吗”的问题。

教师在剖开的玉米上滴加碘液，并提出问题：“玉米的主要成分是什么？”

基于这一情境，学生会将上面的问题具体化，提出：“光能影响淀粉的合成吗？”

围绕“叶是淀粉制造的场所”，教师可以提示学生“玉米能接受光的结构是什么？”

基于这样的提示，学生通过推理，能够提出“叶是淀粉制造的场所吗”的问题，最终作出“绿叶能在光下制造淀粉”的猜测。

（2） 引导学生设计探究方案。

引导学生设计探究方案，教师可以通过下面的问题进行引导：

要验证这一假设，应该选择哪种探究方法？叶内可能含有淀粉，为了增强实验的说服力，应该采取什么措施？要证明光是影响淀粉制造的因素，为了增强实验的说服力，应该采取什么措施？

（3） 引导学生应用实验成果。

引导学生应用实验成果，教师可以让学生思考：“根据绿叶能在光下制造淀粉的原理，怎样才能提高农作物的产量？”

上述三个环节能够促进学生基于问题情境主动提出问题，并形成主动探究的理性思维习惯，还能够发展学生创新所需的各种能力。

2 避免思维中断，还原连续推理过程

案例2：教师出示问题情境：17世纪，比利时科学家范·海尔蒙特设计了一个简单的实验。将一棵柳树苗植入装有土壤的木桶内，让树苗接受阳光照射，并且只用纯净的雨水进行浇灌。5年后，他发现土壤的质量减少了不到100 g，而柳树的质量增加达到了80 000 g。教师在未作任何提示的情况下，要求学生依据问题情境回答“柳树生长的原料有哪些”的问题。

案例2还原了知识发现过程中提出问题和作出假设的环节。但是，根据上述问题情境提出问题和作出假设，必须经过几个环环相扣、层层递进的思维环节才能实现。初中学生的知识储备不足和思维能力较薄弱，他们不可能基于上述问题情境提出问题和作出假设。教师出示上述问题情境后，学生往往是根据教学进度和教科书中呈现的教学内容，马上作出“二氧化碳是柳树生长的原料”的猜测。这种缺少严谨的连续的推理过程，既不利于养成学生理性思维的习惯，也不利于培养学生严谨的科学态度。因此还原连续推理过程是必要的。

基于上述问题情境，教师可以设计一系列环环相扣、层层递进的问题，引导学生进行深入思考。

（1） 土壤由土壤颗粒和溶于水的无机盐组成。土壤颗粒不溶于水，不能被柳树吸收。土壤的质量减少了不到100 g，土壤中减少的物质主要是什么？（无机盐）

（2） 柳树生长的主要原料一定有什么？（水）

（3） 仅靠水这一种物质柳树能生长吗？（不能）

（4） 柳树生长的原料一定还有另外一种或几种的物质；这些物质不在土壤中，会在何处呢？（空气）

（5） 空气中有氮气、氧气和二氧化碳等气体；其中氧气是光合作用的产物，哪种气体会是柳树生长的原料呢？（氮气、二氧化碳）

教师通过上述系列问题的引导，降低了学生学习的难度，避免了学生没有依据的猜测，有利于培养学生严谨的科学态度。教师长期坚持这样的思维训练，必然促进学生养成理性思维的习惯，提高学生的推理能力。

3 避免逻辑错误，还原正确推理过程

案例3：为帮助学生形成“细胞是生命活动的基本单位”的概念，教师通常安排下面的教学环节：提供典型事实“观察草履虫对外界刺激的反应”；抽象概括典型事实，形成“单细胞生物的一个细胞能够完成全部生命活动”的概念；根据该概念，直接作出新的判断“细胞是生命活动的基本单位”。

“与逻辑关系”和“或逻辑关系”是最基本的两个逻辑关系。与逻辑关系是指当有关条件A、B、C都具备时，事件F才能发生；或逻辑关系是指当有关条件A、B、C中只要有一个或一个以上具备时，事件F就能发生。

能够阐明“细胞是生命活动的基本单位”的下位概念和典型事实见表1。

表1中上位概念和下位概念的逻辑关系是“与逻辑关系”，而不是“或逻辑关系”。仅凭“单细胞生物的一个细胞能够完成全部生命活动”，就得出结论“细胞是生命活动的基本单位”是不够的，只有同时建立了上下位概念，才能根据下位概念建立上位概念。案例3虽然还原了知识发现过程的主要环节，也还原了连续的推理过程，但推理过程不合逻辑。不合逻辑的推理过程就是错误的推理过程。错误的推理过程既不利于培养学生严谨的科学态度，也不利于学生养成理性思维的习惯，更不利于学生逻辑思维能力的提升。还原正确推理过程是必要的。

还原正确推理过程，教师必须理清知识间内在的逻辑关系。教材为教学提供的资源往往是分散的，例如，能够支撑“细胞是生命活动的基本单位”的典型事实——“噬菌体必须在细胞内才能完成生殖过程”“多细胞生物的功能与细胞的关系”等就分散在教科书的不同章节中。根据教学的需要，教师必须把分散在不同章节的教学内容进行整合，确保推理过程完整，确保推理过程合乎逻辑。

教师长期坚持严谨性的推理训练，必然促进学生养成理性思维的习惯，提高学生的逻辑思维能力。