基于科学思维达成的生物学概念学习

安云彦 刘梦琦 李秋石

(河北师范大学生命科学学院 石家庄 050024)

生物学核心素养是学生获得的持久能力和品格，是学生终身受益的学习成果，其中科学思维是学生认识物质世界、争取获得高质量结果的思维方式和习惯[1]。在科学思维形成的具体过程中，学生运用科学的方法认识事物、运用科学论证解决实际问题，从而获得高质量的概念学习。因此，生物学概念教学的形成需要和学生的科学思维的达成有效对接。

1 呈现外部表征、形成概念冲突，实现形象思维和概念问题的对接

在生物学概念学习的过程中，科学思维能力的形成需要通过对概念进行一定的外部表征(包括物理模型、文字、符号、图像、视频等)作为支撑。通过外部表征，学生形成概念冲突，产生质疑精神，从而以对概念产生的问题为起点进行概念学习。概念问题是学生思考和探究的前提，同时也聚焦了学生的科学思维。

例如，在学习“基因突变”相关概念时，教师引导学生对这一概念进行外部表征： 第一步是进行图解表征： 逐步引导学生构建出镰刀型细胞贫血症的病因图解，深入理解由于碱基对的替换导致基因突变的机制。同时，引发学生对导致基因突变的碱基对的其他可能性行为产生质疑并作出猜想。第二步是进行物理模型表征，引导学生利用教具构建出正常的DNA、 RNA和蛋白质的结构模型，并对自己的猜想进行教具演示，深入理解碱基对的增添和缺失也可以引起基因突变，并产生“什么原因会引起碱基对的替换、增添和缺失”的质疑。通过一步步地呈现外部表征，实现了问题引领下的概念学习和形象思维发展的对接。

2 开展科学论证、促进概念理解，实现论证思维和概念内化的对接

科学思维是一个理论与证据相互协调的过程，是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维方式[2]。在生物学概念学习的过程中，科学思维的达成需要证据意识和理论意识的相互结合，即通过不断地实践与实验探求证据，让理论与证据不断碰撞，用论证思维构建科学概念与解释。通过科学论证的过程，弥合学生先前所产生的概念冲突，从而使科学概念在学生的思维中得以内化。

例如，在学习“基因在染色体上”这一概念时，教师要着重培养学生的论证思维。以对基因和染色体的行为关系的类比推理为论证基础得出论证的主要问题，即：“基因位于染色体上的证据是什么？”以红眼雌果蝇和白眼雄果蝇的杂交实验作为论证主体，来解释既有的理论和事实。以红眼雌果蝇和白眼雄果蝇的测交实验作为论证实质，来对论证过程进行验证，使整个论证过程科学严谨。这样，就形成了通过论证基础发现问题、通过论证主体解释事实、通过论证实质科学验证的论证思维。同时，学生在整个论证过程中经过对类比推理、杂交实验与测交实验的深度学习，在促进学生生物学概念理解的同时，实现了概念的内化。

3 综合分析思维、构建概念框架，实现逻辑思维和整体概念的对接

在生物学概念学习的过程中，教师一方面要引导学生对重要概念进行论证以加深学生对于相关概念的深入理解。另一方面，生物学概念教学不应只停留在理解众多孤立零散的概念上，而是要帮助学生通过综合分析等方式来建立重要概念，并以此来构建概念框架。综合分析既是概念框架构建的基础，也是逻辑思维的基础，通过归纳、概括、演绎、推理等方式对重要概念进行分析综合，既能实现整体概念的认知，又能实现逻辑思维的发展。

例如，要解决2016年高考全国卷I第30题第3问，首先要根据自变量和因变量综合分析，提炼相关的概念语词： 光合作用强度、光照强度与遗传因素；其次，还需要整合这些概念及关系，形成概念框架的整体分析： ①当遗传物质相同(都来同一品种植物)，光照强度不同时(分别为甲组培养条件和乙组培养条件)，光合作用强度曲线不同。②当遗传物质相同(都来自同一品种植物)，光照强度相同时(都为甲组的培养条件)，光合作用强度曲线相同。最后，再经过逻辑思维的归纳概括可得出概念框架本质： 光合作用强度的表型=环境+基因型。进而可以表述为乙组光合作用强度与甲组不同是由于环境低光照引起的，而不是遗传物质改变引起。整个过程很好地测评了学生整体概念意识和综合分析思维。

4 深入科学实践、进行概念迁移，实现实践思维和概念应用的对接

科学思维的形成需要实践的检验。在科学实践中，应用生物学概念解决不同情境下的真实生物学问题是概念学习的最高水平。学生在新情境下遇到生物学问题时，要能够利用已有的生物学知识和科学思维方法去进行实践或实验，探寻证据、推理设计、表述观点、进行决策，在概念应用中发展实践思维，提升真正的概念迁移能力。

例如，在学习完“微生物的培养与应用”后，可以为学生提供2016年高考全国卷I第39题中的“根据空气中的微生物在重力等作用下可一定程度地沉降”的情境开展科学实践，探究“教室内不同高度空气中微生物的分布情况”。通过实验，既发展了实践思维，又实现了培养基成分、实验设计思路、计数方法等概念的迁移与应用。再如，学习完“标志重捕法”这一概念后，鼓励学生去调查某一养渔场中鲤鱼的数目，在发展实践思维的同时实现标志重捕法中取样、计算与结果分析等相关概念的应用与迁移。