以假说——演绎法的应用为线索渗透培养学生的元认知能力

姚静 广东实验中学 510375

2017 年版的高中生物课程标准提出：要求学生主动地参加学习，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，养成科学思维的习惯。假说—演绎法作为现代科学研究的重要方法，其应用的过程涵盖了课标中提出的这几项思维过程，是在高中生物教学中培养学生理性思维很好抓手。元认知能力的高低则体现的学生的自主参与学习和主动调整思维和学习策略的能力。学生经过孟德尔、摩尔根的经典实验的学习和深入剖析，已经了解假说-演绎法的本质和基本流程，在此前提下，将假说-演绎法迁移应用到新的探究情境中，通过教师的引导可以训练提高学生的元认知能力。

元认知是美国心理学家J.H. 弗拉维尔提出的概念，简单的说是人对自己的感知、记忆、思维等认知活动本身的再感知、再记忆、再思维。即对自己认知思维的观察和调整，主要包括元认知知识、元认知体验和元认知监控三方面。元认知知识是指个体关于自己的认知活动、认知资源和认知策略的知识，元认知监控则侧重于对认知过程的调整。学习者元认知能力就是学生主动探究结论背后的思考方式，进而优化自己的思考方式的能力，体现为安排自己学习的能力、制定学习计划的能力、监控成功的能力以及修正错误的能力

1. 生物教学中培养学生元认知能力的意义

培养学生的元认知能力，能让学生学会“自主学习”提高学习的有效性。元认知知识可以帮助学生定义学习目标、认识自己目前的知识局限。元认知监控可以帮助学生对理解过的过程进行监控来确定理解在哪个环节出错，进而采取措施改变现状。高中生在学习生物的过程中常常出现“上课一听就懂—考试一做就错—考后一看就会”的怪现象，导致学生认为生物学是“理科中的文科”。这反映出学生对生物学概念的认知能力、新情景中的问题解决能力和学习策略的制定能力亟待提高。

元认知主要采取“内部对话”的形式，许多学生没有注意到其中的重要性，教师引导学生进行自问自答，能帮助学生发现新问题，或是以一种批判的态度来关注和审视自己的逻辑过程，运用元认知不断挑战现有的知识水平，并且超越它。

近年的高考在考察理解里的基础上，越来越重视考察学生的情景迁移和策略分析能力，教师在课堂中给学生提供“专家型学习者”的模式进行思考，让学生在解决问题前先考虑解决问题需要的主要原理是什么？为什么要运用这些原理，运用原理的过程是怎样的？这样的课堂能够学生让学生意识到策略的重要性，从而提高学生知识迁移的能力。

2. 教学实践

2.1 观察领悟科学家的实验设计策略，体验认知过程的“专家模式”

在必修1《光合作用的原理和应用》这一节课文中，列举了一系列光合作用探究历程中的经典实验，通过了解这些实验的过主要内容和结果，学生从局部到整体还原出光合作用的总反应式。在必修1 中“假说- 演绎”的思想方法还没正式出现在课文和教学目标中，但在这些实验当中已经有所体现，笔者在课堂上和学生们谈到以下几个问题：①普利斯特利的设计的实验为什么要用蜡烛和小鼠两种实验材料？只用其中一种也可以得出相同的结论吗？②恩格尔曼在以水绵为材料的实验中，设计了极细光束和完全暴露在光下两种光照的方式，得到的结论是一致的——叶绿体是水绵光合作用的场所，那么实际上实验只需要做前一组就够了吗？③鲁宾和卡门的为什么要分别标记H2O 和CO2 中的氧原子？第二组实验看似没有必要，但是科学家们不约而同地都设计并实践了，可见它们不是第一组的简单重复。以上问题的讨论，学生体验到科学家们在研究中经历了“实验→观察→假设→演绎推理→实证”的过程，对“假说- 演绎法”有了初步的认识。

由于高中生的探究活动通常都是有明确结论的“假探究”，学生容易将焦点放在设计实验对照和实验过程上，却忽视了“真探究”的策略性思维。“专家型的学习者”的思考模式其中一个特点是在解决问题前先确定策略，分析体会科学家在得出结论背后的思维策略，能增加学生在元认知监控中的检查节点，在元认知体验和监控的循环中提升元认知能力。

2.2 分析真实的实验材料，以提高激活背景知识能力和预测结果能力

在《减数分裂——精子的形成》一节中，课文只提供了精子形成过程的模式图。笔者在讲解减数分裂过程之前，先将一套百合花花药中处于减数分裂各个时期的细胞显微照片发到学生手中，请他们二人一组给图片排序。在活动过程中，学生自主激活了关于有丝分裂过程各时期细胞染色体行为及图像特征的背景知识，再根据新资料中细胞的数目、大小、染色体数目等信息进行预测：得出细胞减数分裂过程经历了两次分裂，每个精原细胞将形成4 个子细胞的推测。这一活动真实地还原了科学家研究减数分裂的推理情景，不仅让学生完成了一次“实验→观察→假设”的思维过程，也让学生真实地感受到研究的难点在哪些时期。

2.3 向自己解释以改进理解能力

在讲解“同源染色体联会形成四分体”的教学环节中，引导学生观察百合花（2n=24）花药中处于减I 前期的细胞图像，不难发现“染色体结构”（实质上是四分体）只有12 个，细胞并没有完成分裂，为何会出现这种现象呢？学生很容易推测这种“新结构”应该是由2 个染色体组成，那染色体两两组合的规则是什么呢？请学生尝试作出假设。

3. 小结

假说，是在已有的知识和事实的基础上对事物的本质和规律作出推测性说明，既需要一定的事实依据，有需要思维的灵活性和创新性。从以上案例中可见，学生容易被课本的描述限制，缺乏创造性和灵活性，通过实践活动的引导能够调动学生的元认知能力，通过对问题的深度分析和自我思维监控之后，提出合理且有创造性的假设，某些假设在思路上与科学家们的相似。学生的认知过程在逐渐地向“专家模式”靠拢。演绎推理的过程需要符合逻辑规则，体现了科学的严谨性，学生在推理的过程经历了自我对话的独立思考，同伴讨论当中对自己和同学的观点的审视、再反思，最后通过和老师之间的对话和发言完成思维的最后整理。

元认知是逐步习得的，有赖于知识和经验，它的培养是一个系统漫长的过程，教师在日常教学中要善于捕捉机会让学生发挥和体验。