例谈理性思维在高中生物学科核心素养培养中的应用

史佳琴 （苏州高新区第一中学 江苏苏州 215011）

例谈理性思维在高中生物学科核心素养培养中的应用

史佳琴 （苏州高新区第一中学 江苏苏州 215011）

以高中生物学课堂教学实例，说明如何对高中学生进行归纳和概括、演绎和推理、模型和建模以及批判性思维四个方面理性思维能力的培养。

理性思维 归纳和概括 演绎和推理 模型和建模 批判性思维

近年来，我国教育部门进行了高中生物课程标准修订，以提高学生生物学核心素养为宗旨，目的是强化学科育人功能，其中理性思维是生物学科核心素养中的重要组成部分。理性思维是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维方式，是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生应该在学习过程中逐步发展理性思维，如能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。培养学生的理性思维要求教师能够精心设计学习情境，并对课内外的有价值的学习材料进行加工后以多样化的形式呈现给学生，促进学生的理性思维能力的提升。现以高中生物学课堂教学实例，说明如何培养学生的理性思维能力。

1 归纳与概括思维能力

归纳和概括是认识事物本质规律不可或缺的思维过程，是指在头脑中把对象的各个组成部分联系起来，从个别到一般，从特殊事例到一般原理的科学思维方法。在高中学习阶段，生物知识点繁杂、琐碎，归纳和概括的思维过程要求学生能从大量的生物学事实中归纳总结，形成基本的生物学规律。

1.1 在生物学概念教学中培养学生的归纳思维

例如，在“细胞中的糖类和脂质”一课中介绍糖类的元素构成时，教师首先提问：日常接触到的糖类都有什么？学生会回答白糖、冰糖、葡萄糖、麦芽糖等。接着让学生回答这些糖类中学过分子式的糖类，让他们归纳这些分子式的共同点，学生不难看出分子式中均含有C、H、O等元素。在“细胞器——系统内的分工合作”一课学习“生物膜系统”的概念时，教师可先让学生归纳细胞器均具有的结构是什么，学生不难归纳出是膜结构；再进一步引导学生归纳出细胞中还有细胞膜和核膜。学生在教师设计的问题中通过自己的能力一步步归纳了生物膜系统的概念。这种不直接将概念介绍给学生，而是通过感性经验和已有认知让学生自主归纳的教学过程，会让学生的归纳概括思维不断提升。

1.2 通过图表方式培养学生的归纳思维

例如，比较物质跨膜运输的三种运输方式时，教师可通过表格的方式让学生在学完物质跨膜运输的方式后，引导学生自主归纳：自由扩散、协助扩散、主动运输三种运输方式的运输浓度梯度；是否需要载体和能量；每种运输方式的运输实例。通过这种表格的形式既可以检验学生是否掌握了新课的知识点，又培养了学生的归纳思维。

在整理知识点时，教师还可以使用图标的形式帮助学生建立知识体系。在归纳一章的知识体系时，概念图和思维导图等均是比较好的思维工具。例如，学完“组成细胞的分子”这一章，教师可利用概念图将知识层级整理清楚，使学生清楚明了概念的包含关系。思维导图将放射思维具体化，将学生的思维过程通过辐射的树状图形式形象地展示出来，还可添加简单的图画来表示事物，颜色丰富，让学生在归纳概括知识体系时感受趣味性。这样学生不仅增强了归纳思维，还进一步发展了发散思维。

2 演绎与推理思维能力

“演绎和推理”就是以一般性的全称性知识判断为前提，通过推导（即“演绎”），得出具体陈述或个别结论的过程。演绎和推理的逻辑形式对于理性思维的重要意义在于：它对人的思维保守严密性、一贯性有着不可替代的校正作用。高中生物学学习过程中，演绎和推理思维要求学生能运用已知的生物学规律，预测或探讨相关生命现象的机制。

例如，在学习“DNA的半保留复制”这一部分内容时，学生已经了解了假说演绎法。对于第一部分“对DNA分子复制的推测”，教师可先让学生自己思考DNA分子复制的可能形式。学生积极讨论，认为DNA分子复制的形式有两种：全保留复制和全保留复制。随后教师用一系列问题引导学生思考：① 怎样证明是哪种复制方法？② 通过哪种技术才能分辨是亲代DNA还是子代的DNA呢？③ 怎样把分子质量不同的两种DNA区分开？④ 如果DNA分子的复制方式是半保留复制，结果怎样？如果是半保留复制，结果又是怎样的？学生在教师的引导下知道用密度梯度离心法可以区分两种DNA，接着他们尝试用图解法写出两种复制方法的结果。学生可推理出，如果是半保留复制，亲代的DNA分子是两条链都是15N（重带）， 子一代DNA分子中一条链是15N，一条链是14N（中带）；子二代中有两个DNA分子一条链是15N，一条链是14N（中带）；有两个DNA分子两条链全是14N（轻带）。如果是全保留复制，亲代的DNA分子两条链都是15N（重带），子一代中一个DNA分子中两条链全是15N（重带），一个DNA分子两条链全是14N（轻带）；子二代中有两个DNA分子两条链全是15N（重带），两个DNA分子两条链全是14N（轻带）。教师进一步指出：如果是半保留复制，试管中出现三条区带；如果是全保留复制，试管中出现两条区带。而科学家的实验结果是在试管中出现了三条区带。至此，学生不仅自己能够得出结论：DNA是半保留复制的特点，同时还能感受到科学探究的魅力。

3 模型与建模思维能力

生物学中的模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。模型是认识生命世界和阐明生命活动原理的重要方法之一。高中生物学中涉及的模型可分为物理模型、概念模型和数学模型等。建模是一种创造性活动，学生要经过不断地分析、修正、创新才能得到。这符合学生认知规律，有助于不同层次学生个性的发展和潜能的开发。模型建构的过程可以锻炼学生观察、推理、分析、演绎等各种思维能力，使学生深入科学探究的过程。

例如，在学习“染色体变异”中关于“染色体组”的概念时，这历来是学生难以理解和掌握的难点。如果学生直接阅读教材，仅靠这一概念的表述是很难把握其本质特征的，可以通过小组活动来学习“染色体组”的概念。

教师首先给学生提供显微镜下果蝇的染色体图，让学生回忆同源染色体、常染色体和性染色体以及雌雄果蝇染色体的组成。接着，学生分组活动，构建物理模型。模型建构的活动说明：① 红色和蓝色带磁性的塑料卡片分别代表来自母方和父方的染色体；②前后两桌组成4人学习小组，教师利用塑料卡片模拟雌雄果蝇的染色体，构建雌雄果蝇体细胞与精子中染色体组成模型。利用学生在黑板上构建的雌雄果蝇的染色体组成，引导学生思考讨论下列问题：① 雄果蝇的体细胞中共有哪几对同源染色体？② 精子中有哪几条染色体？这些染色体在形态、大小上有什么特点？是什么关系？

通过学生充分比较果蝇配子中的染色体组成（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X/Y）与果蝇体细胞中的染色体组成，从而获得对一个染色组中的染色体组成部分的认识。学生尝试构建“染色体组”的概念，即一组非同源染色体，在形态、结构、功能上各不相同，携带者控制生物生长发育的全部遗传信息。这样，通过小组合作构建物理模型，增强了学生学习兴趣以及信心，学生在合作、探究活动中对“染色体组”的概念有了深刻的认识。

4 批判性思维能力

批判性思维是对自己或别人已有的思考和结论采取批判的态度，进行理由充分、逻辑严密的反思，提出质疑，弄清情况和进行独立分析的过程，包含独立自主、自信、思考、不迷信权威、头脑开放、尊重他人等几大要素。批判性思维是培养创新思维的前提，在高中生物学学习过程中，批判性思维要求学生对生物学问题或观点敢于破旧立新，提出新的见解和论证，利于提高学生的创新能力和实践能力。

生物学科的发展是在不断地质疑和批判中进步和创新的，生物学史上成功或失败的人物以及他们的经历，为培养学生的批判性思维提供了丰富的素材。例如，摩尔根不相信孟德尔的遗传理论和萨顿的学说，通过果蝇的实验发现了伴型遗传的定律；美国科学家赫尔希和蔡斯对艾弗里实验结果的精确性表示怀疑，他们改变生物材料并利用现代技术——同位素标记的方法才得出DNA是遗传物质的肯定结论；英格豪斯对普利思特利的实验的怀疑使得人类对光合作用的研究又向前了一步；还有达尔文得出进化论等这些生物科学的发展都是在科学家通过批判性思考得出的成果。

在生物学实验中，教师要充分培养学生的批判性思维，培养学生观察分析、解决问题能力，培养学生实事求是、严谨认真的科学态度和科学方法。例如，“DNA的提取和鉴定”实验中，用于DNA提取的动物材料是“鸡血”，但每只鸡的血不多，这时有学生提出：能否用“猪血”代替“鸡血”？猪血中成熟红细胞无细胞核，其DNA的含量极少，是不适宜用做实验材料的。但这时，教师最好是让学生自己通过实验证实这一点，这不仅是对该学生敢于质疑进行肯定，也是培养其通过科学的方法对自己的推测进行验证的能力。又例如在“植物向光性实验”完成后，教师可让学生思考：此实验中仅根据一侧小孔的装置得出的结果是否就可以得到结论？还应如何验证？教师应引导他们提出科学的实验验证方法（要用前后左右4个孔做4组或先后4次实验，才能综合得出实验结论，最后还要再在盒子顶端开孔，把4个侧孔全封闭加以验证）。由此锻炼学生从一组系列实验现象才能得出结论，通过验证加理性思维才能从实验结论得到一般结论的科学思维。

耶鲁大学校长理查德·莱文说过：“如果一个学生从耶鲁大学毕业后，居然拥有了某种专业的知识和技能，这就是耶鲁教育最大的失败。”耶鲁大学不过分看重某种专业的知识和技能的传授，十分重视最基本的教育——思维和价值观的教育，他们注重激发学生思考，培养学生的思维能力和价值观。学生理性思维能力的培养是一个艰苦且漫长的过程，不可能一蹴而就。为了学生的终身发展，教师一定要在平时的教学中潜移默化地对他们进行理性思维能力的培养。

[1] 刘玲，孙瑞娴，王华峰.假说演绎推理在高中生物教学中的妙用[J].中学生物学，2016，(9)：22-24.

[2] 庞四喜.基于理性思维培养的高中生物课堂教学[J].中学生物教学，2017(1)：32-34.

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文件编号：1003-7586(2017)10-0076-03