例谈试误理论在培养科学思维中的应用

陆 奇 蒋选荣 张焕红

(江苏省扬州市新华中学 扬州 225009)

美国著名的教育心理学家桑代克的“试误说”认为：学习的过程是一种渐进的、尝试错误的过程。在这个过程中，无关的、错误的反应逐渐减少，而正确的反应最终形成。利用桑代克的“试误说”作为理论依据，通过教学设计充分让学生“试误”，引发学生的认知冲突，让学生对学习内容产生“同化”和“顺应”，可训练学生的科学思维。

1 试误后完善概念，训练归纳与概括思维能力

“归纳与概括”就是指在头脑中把对象的各个组成部分联系起来，或把事物的个别特性、个别方面结合成整体的过程。在进行归纳与概括思维活动时，学生往往会因为研究对象的不全面、不充分而产生片面的、甚至错误的概念。即使学生会归纳与概括出错误，教师仍应该鼓励学生进行“试误”，当学生归纳与概括出

错误的概念时，教师应该因势利导，利用新的事实帮助学生修正或完善概念，提高学生归纳与概括的思维能力。

学生学习部分生物学事实后，教师应鼓励学生尝试归纳总结出一般的概念，即“归纳试误”，出错后教师可通过提供新的事实信息引起学生的“认知冲突”，引发学生完善或修正出新的概念(图1)。表1列举了部分高中生物学教材中可以作为应用试误理论、训练归纳与概括思维能力的素材。

图1 通过试误归纳与总结概念的一般流程

表1 部分高中生物学教材中可训练归纳与概括思维能力的素材

2 试误后重作假设，训练演绎与推理思维能力

“演绎和推理”是以一般性知识为前提，通过推导，得出具体陈述或个别结论的过程。教师通过设计情境，让学生进行“假设试误”，尝试作出假设，通过推理发现推理结果与事实产生矛盾，重新作出假设，从而训练演绎与推理思维能力。例如，在讲解高中生物学必修2(苏教版)中摩尔根的果蝇眼色杂交实验时，教师先介绍教材中提供的3个重要实验(图2)，学生先根据常规的孟德尔的一对相对形状(基因在常染色体上)的遗传规律进行演绎和推理，在推理过程中会发现实验一F2中红眼∶白眼=3∶1的现象和实验二现象都符合孟德尔的一对相对形状的遗传规律，但矛盾之处是实验一中F2中的白眼全部是雄性；实验三中若按照假设进行推理，F1无论雌雄都是杂合子，表现出红眼，但事实却出现了白眼。教师引导学生分析：因为白眼是隐性形状，个体都是纯合子，根据实验三亲本是表现型不同的纯合子，可以推理出在实验三F1的白眼雄果蝇中只能有一个白眼基因。再联系雄果蝇的染色体组成是XY(X、 Y染色体有差异)，可以重新作出假设：决定眼色的基因在X染色体上或在Y染色体上。学生继续作出假设，如果是在Y染色体上，则父本的表现型应该与子代中雄果蝇一致，与实验事实矛盾。因此应该再次重作假设：决定眼色的基因应该在X染色体上而不在Y染色体上，即XA决定红眼，Xa决定白眼。根据新的假设进行验证推理，即可解释所有杂交实验结果。

图2 摩尔根的果蝇眼色杂交实验

通过以上设计，教师利用科学发现史，鼓励学生进行假设和推理。不仅让学生认识了染色体遗传学说的发现过程，了解了伴性遗传是孟德尔的理论的发展，并且帮助学生认识和理解伴性遗传的概念和特殊的遗传特点。

3 试误后重新建模，训练模型与建模思维能力

模型是对所认识事物的概括性描述，大体上可以分为物理模型、数学模型和概念模型等几类。模型构建则是运用模型的方法将抽象的、不可测的事实或过程借助身边的材料、用具或应用数学方法、图像等加以描述、概括总结的一种活动。利用模型方法进行教学时，教师应该鼓励学生尝试模型建构，若出错后可引导重新建模，从而训练模型与建模思维能力。

例如，进行高中生物学必修3群落的种间关系时，教师利用猞猁与雪兔的关系曲线讲解：如果猞猁增加，雪兔会减少，雪兔减少了，猞猁又会增加，两者种群数量呈现出此消彼长的周期性波动。讲解完后教师提供雪兔的数量变化曲线(图3甲)，请学生构建出猞猁的种群数量变化曲线的数学模型。

图3 学生构建的猞猁与雪兔的关系曲线

学生构建的图形往往如乙图所示。其原因是只考虑到因果关系，即雪兔多了是因为猞猁少了，猞猁多了会导致雪兔减少，没有考虑时间这一变量。教师可以在此基础上设问：雪兔最多的时刻是否是猞猁最少的时刻？然后让学生讨论并修正模型。

图4 DNA分子结构模型重建

再如，构建DNA的分子结构模型时，教师可以自制如图4甲所示的展板模型。学生构建模型前，教师并不告知两条链间的碱基互补配对原则，而让学生利用展板模型进行“试误”，部分学生可能会将嘌呤和嘌呤配对，嘧啶与嘧啶配对而构建出不匀称的DNA分子模型(图4乙)，此时教师应该因势利导，帮助学生回顾查哥夫关于定量分析DNA分子碱基组成的结论，并强调DNA双螺旋分子结构的匀称性，然后让学生重新建构模型，学生经过试误后构建出正确的模型(图4丙)。通过试误，形成的概念更加深刻，更有助于学生形成科学建模的思想。

4 试误后重新实验，训练批判性思维能力和创造性思维能力

批判性思维是做出有目的、自我监督的判断过程，其内涵包括能力与意愿两个方面，其核心是依据理由作出判断。创新思维是指以新颖独创的方法解决实际问题的思维活动。创新思维能突破常规思维的限制，具有创新思维的学生，能从多角度、多侧面、多层次去思考问题，寻求答案。批判性思维与创新思维相互需要，相互促进。

实验教学是训练学生批判性思维能力和创造性思维的好的平台。例如，进行“探究pH值对酶活性的影响”教学时，教师提供下列实验材料：H2O2溶液、新鲜的酵母菌溶液、蒸馏水、NaOH溶液、盐酸溶液，让学生设计实验(表2)。

表2 学生尝试作出的实验设计

教师组织学生讨论后，学生认识到甲同学的设计只能探究酸、碱和酶对H2O2分解的影响，并不能探究pH值对酶活性的影响。让乙同学按照他自己的方案进行实验，实验结果与预期不符，学生就会认识到不能先将底物和酶混合；在实施丙同学的实验方案时，有时发现三组实验都有大量气泡产生，组织学生讨论原因：可能是盐酸和NaOH溶液配制浓度过低，也可能是先加入H2O2溶液和盐酸溶液或NaOH溶液后，酸碱的浓度被稀释了。然后组织学生改进实验方案：①增加盐酸和NaOH溶液的浓度进行实验；②调整溶液加入的顺序：即第1组试管依次加入新鲜的酵母菌溶液、盐酸溶液和H2O2溶液；第2组试管依次加入新鲜的酵母菌溶液、NaOH溶液和H2O2溶液；第3组试管依次加入新鲜的酵母菌溶液、蒸馏水和H2O2溶液。重新进行实验后得出结论。

在实验教学中，教师让学生通过讨论不合理的实验设计、实施自己设计的实验方案、分析与预期不符的实验结果、重新设计并实施等环节进行试误，有效地训练了批判性思维和创新思维。