以“群落的结构”为例探讨发展科学思维的课堂教学设计

唐国伟

(重庆市第七十一中学校 400030)

发展学科核心素养是高中阶段教学的宗旨，培养科学的思维则是发展核心素养的主要内容之一。杜威在阐述科学思维时强调“反省思维”，认为科学的思维乃是对某一问题进行反复、严肃、持续不断的深思，教师在课堂中的语言、知识和授课方式都影响学生思维的培养[1]。笔者以人教版高中生物学教材必修3中“群落的结构”一节为例，探讨如何以思维发展为着眼点设计教学过程。

1 概念的说明——在差别中发现同一

认识自然的关键在于对事实的说明，把自然现象的不同种类还原为同一领域，让普遍包摄特殊，在不相似中发现相似[2]。教学中教师通过对科学名词的说明，引导学生将新近学习的概念与以往概念建立起联系，在差别中发现同一。

“群落”概念的学习置于“种群”之后。种群是种内关系维系的生物群体，群落则是种间关系维系的生物群体。教学中将“群落”和“种群”的学习结合在一起，使两个概念统一在“依靠生态关系维系的群体”这个普遍观念中，培养他们用这些普遍观念作为基础来认识后继问题，产生学习的连续性。

2 科学概念学习——概念的科学化

科学概念的学习归根到底需要概念的科学化。将前概念更新为科学概念的过程建立在证据和逻辑基础上[1]。为了深入理解群落内种间关系和群落间差异性，教材安排了“资料分析”。这些资料是思维的材料，具有“证据”意义。如何用好这些“证据”，赋予课堂育人内涵则是教学设计的关键。

2.1 指向意义发现的材料选择和提问设计 保持思维的连续需要灵活多样的学习材料，教师对教学材料的选择呈现行为可能限制或鼓励学生后续的创造性活动。在“竞争关系”学习环节，设计呈现两组材料：①教材中的资料一(第73页)大草履虫和双小核草履虫共培养实验；②大草履虫和袋状草履虫共培养的种群数量变化曲线图(图1)。两组材料都表现了竞争关系。前者有胜有败；后者两者共存，却出现了食性和栖息环境的分化。如何引导学生理解这些材料，从现有的信息获取更为本质的事物，教师可通过课堂提问来实现。笔者设计的问题是：“根据上述材料，你认为竞争的本质是什么？”

图1 草履虫的竞争注：(a)双小核草履虫(Paramecium. auerlia)、大草履虫(P. caudatum)和袋状草履虫(P. bursaria)单独培养时的种群数量变化曲线；(b)共同培养时，双小核草履虫导致大草履虫逐渐消失；(c)大草履虫和袋状草履虫共培养，两者都存活，但种群密度比单独培养时都低[3]

这样的问题设计是引导学生通过基于实验现象的分析，意识到不同材料描述的只是不同的特例，而利用这些特例来探究引发现象的普遍原理才是学习的过程。学生通过努力发现两个实验现象虽不相同，但原理却是相同的：资源的共同利用是竞争的本质。教师设计的提问是要指导学生通过观察、回忆、推理，去发现现有材料的意义，形成一种信念，成为继续学习的原动力，而不是只满足于获取现成的答案。从另一角度看，提问是指向学习材料的抽象化，以此把握事物的本质特征，扩展科学概念的外延。

2.2 定量化分析材料，明晰事物间的关系 教学中以定量的概念来揭示事物本质及其发展变化规律，能让描述事实变得简明精确，使学生更容易发现事实材料的科学意义。这种定量化策略也可用于生命过程的分析和推理。教材第73页资料二是对猞猁和雪兔种群数量的描述。对于猞猁捕食雪兔的最终结果，不少学生认为猞猁消灭了雪兔，或者是雪兔数量逐渐减少，属于前概念中的错误认识。在让学生观察猞猁和雪兔种群变动曲线时，可要求他们描述两种动物间的数量变化，通过定量分析，就可得到新的捕食概念——猞猁和雪兔不是谁去消灭谁的关系，形成的是彼此依赖性关系，亦是进化上的协同关系。这样利用符号系统进行推理的定量分析，符合精确化的科学逻辑。

2.3 指标和指标体系，概念学习中知识的整理 科学概念的学习要促进概念有意义建构。这种建构需有大量事实性知识支撑，更需要通过一定手段来整合、组织这些知识，将其置于学习者的概念框架中[4]。

在“群落空间结构”教学中，以教材72页两幅不同群落图片作为直观素材，让学生描述这两个群落有什么不同。有学生很快发现对事物的科学描述不像平时聊天，需要动用抽象化的科学言语，这就要对知识进行梳理，使之简洁、明了、准确。教材中能找到两个群落在物种组成特征上是不同的，而描述这一特征的是“物种丰富度”这一指标。这就在认识和描述事物上提供了一条思维的脉络：对事物的描述要抓住其特征，而能简明扼要反映事物特征的正是一些指标。这时，可引导学生回到教材第71页上的关于“研究池塘群落”的示意图，让学生从该图明白研究群落会发现多方面的问题，反映群落具有多方面的特征。而这些特征可以用不同的指标来描述：如反映群落中数量占优势的种群可以用物种优势度，反映垂直结构特征则可用不同物种在树林不同层次中的相对密度，这些指标集合在一起就能构成一个体系，比较全面地反映事物的本质属性。由“特征”到“指标”，再由“指标”到“指标体系”，这体现了知识梳理上的一种系统化和科学化，也是学科的专业化。

2.4 概念发展中的知识呈现序列 思维需要丰富的材料，但如何将大量知识材料按一种有条不紊的序列呈现给学习者，影响着他们思维发展水平[5]。对此有两种侧重点不同的方法——系统的方法和历史的方法。

群落的知识呈现序列可按时空两条线索进行。垂直结构和水平结构是群落的空间格局；而群落演替则是群落在时间尺度上的演变。教学中按时空序列展开群落特征的纵横比较是构建立体化群落概念的基本思路。这样的知识呈现更偏重于知识的系统性。按时空序列对概念进行思考的教学设计不但为我们指示了展开核心概念外延的两个方向，有利于思维持续进行，也概括了两种基本的生命关系。生命间的空间关系是具体的、外在的、现实的生态关系；时间关系则是抽象的、内在的、历史的进化(亲缘)关系[6]。

还有一种教学方法是历史的方法。例如，在学完“竞争关系”后，引导学生思考实验种群间的竞争现象与自然群落中许多物种共存这一矛盾的事实，介绍近代生态学对高斯假说的争论，将更有助于他们理解“生态位”“竞争排斥”等术语的来源和含义；有助于阐明在科学领域我们如何知道我们所知道的事情，强调了人类思想的统一性和连续性[7]，也有助于培养思维的独特性[8]。

当然，概念科学化要让学生的思维持续、严肃而不随意，但并不是要在教学设计中把分析思维和抽象思维抬得过高。关注直觉思维和形象思维在课堂中的运用也是课堂设计需要考虑的，它可能使思维“跃进”“越级”和“走捷径”。例如，在分析猞猁和雪兔的捕食关系时，先不从概念出发讲解术语，而是展现一些这两种动物在茫茫草原奔跑追逐的画面，并鼓励学生用自己的语言描述这一情境，会使得一些学生很快对捕食者和猎物的依赖性关系有所察觉。这是运用表象进行思维，培养学生的直觉思维。

发展知识的同时发展思维是当今科学教育目标专业化的一个体现。引导学生养成一种基于证据的、有目的性的、持续深思问题的习惯，并让逻辑思维和形象思维协调发展，是课堂教学设计的理性追求。

(基金项目：国培计划——重庆市农村义务教育生物学科教学名师跨省脱产研修，No. GPCQ1401190031)