核心素养视角下生物专业师范生非线性思维的培养

2020-02-11吴恒梅吕冬云张卫东周清波岳丽红

佳木斯大学社会科学学报 2020年5期

吴恒梅，吕冬云，高畅，邹玉，张卫东，周清波，岳丽红，许龙

(佳木斯大学生命科学学院，黑龙江佳木斯 154007)

进入21世纪后，以信息技术、互联网络技术、人工智能和5G技术为核心驱动的新技术浪潮日新月异，第四次工业革命也迅速兴起，它正越来越全面深度地介入到人类社会生活的方方面面，也为教育提供了全新的背景，期盼培养出具有非线性思维能力的一代新人。

一、生物专业师范生非线性思维提出的背景

第四次工业革命是“智能型信息物理系统所主导生产的社会结构性变革”。它将推动人类社会向“智能化、虚拟化、超链接[1]”转变，催生了智慧化教育，在5G强大技术的支撑下，智慧化教育呈现“智能化、泛在化”“虚拟化、开放化”[2]、合作化的趋势。这将对地方高校培养生物专业师范生核心素养的落地带来全新的挑战，生物专业师范生教育面临着许多不确定性，也可以说生物专业师范生教育发展呈现非线性发展趋势，教育发展的形势倒逼高校将生物专业师范生非线性思维培养作为教学的重要方向。

二、非线性思维的比较优势

线性思维的“思维过程是直线的、单维度的”[3]，它主要思维方式是逻辑判断与推理，因此有人指出线性思维具有“单一、确定和保守等特征”，指出其是“阻碍理工科人才全面素质发展”[4]的罪魁祸首。世界是一个极宏观巨系统，是线性系统和非线性系统的集合体，在牛顿力学研究范畴中，线性系统是其主要构成；而在广义相对论和量子力学研究范畴，非线性系统是其主要构成。有人据此将思维分为“线性思维和非线性思维两种……创造性思维是非线性思维，具有跳跃性、不连续性、不可微性，是突变的、跨越的，如灵感。”[5]非线性思维的主要表现为直觉思维和顿悟思维，均呈现“偶然性、突发性、非逻辑性、创造性”[3]等特征。既然世界“复杂性的根源在于世界的非线性”[5]，那么非线性思维就是一把探索世界奥秘不可或缺的“金钥匙”。

三、培养生物专业师范生非线性思维的实现路径

(一)亲近科学史，启迪生物专业师范生的非线性思维

弗莱明有个习惯：往往顺手把那些初步研究过的培养器皿随便摆放,过一段时间他会偶尔查看。1928年9月15日下午,弗莱明在实验室突然发现“靠近窗边一个盖子没有盖好的葡萄球菌培养皿中出现了一种青色的霉菌”，杀死了葡萄球菌。弗莱明非常惊讶，立即仔细观察，确定这种菌种是青霉菌。他后来得知这种青霉菌是从楼上的窗口“飘落下来的”。他晚年在参观美国一所著名的生物实验室后意味深长地说，如果我的实验室也这样井井有条，“我可能永远也发现不了青霉素。”[6]弗莱明的随意性与发现青霉素没有确定的逻辑关系，是非线性的。这启示我们对于某些执着追踪科学真理的人来说，一时的随意甚至偶尔的失误可能促成伟大的发现，由此可见，非线性思维在弗莱明发现青霉素时起到了关键性作用。

(二)知行合一，领悟生物专业师范生的非线性思维

在讲授“人体解剖生理学实验”的“神经干复合电位”章节时，笔者采用“任务驱动分组实验法”。要求各组自主制定实验方案并限期上报。在审查学生的实验方案时，发现学生出于节约实验经费的目的，计划到野外捕捉蟾蜍。这反映出学生固守线性思维，而没有考虑到法律问题。《中华人民共和国野生动物保护法》明确规定了蟾蜍受到法律保护，不得随意私自捕捉，蟾蜍是“三有动物”，“在2014年，国内首次对捕捉野生蟾蜍者进行了刑事处罚”[7]。况且野外随机捕捉的蟾蜍不一定符合实验要求。在进行“神经干复合电位的测定”的实验时，各实验小组的结果均与教材有出入，笔者同实验学生认真进行检查分析，发现有的小组的屏蔽盒湿度不够；有的湿度过大，导致电极短路；有的电极银丝清洁度不够，影响了导电效果。学生感悟到做实验还要有实验仪器设备保养维护的知识。有一次，笔者安排学生在星期五下午进行实验，巴基斯坦留学生没来，实验因此推迟。经了解得知，巴基斯坦留学生信仰伊斯兰教，穆斯林每周五到清真寺集体举行晌礼，即“聚礼”。这无形中又给笔者和学生上了一课，教育教学中要考虑到跨文化的问题。利用“任务驱动分组实验法”，大胆让学生主持并全过程参与实验，使学生在实验中暴露出思想简单化、程式化等线性思维问题，深刻认识到科学研究探索不仅需要专业知识，还需要跨专业跨学科跨领域跨文化思维，尤其是随着全球一体化进程的加快，来华留学创业发展的外国人越来越多，宗教信仰、民俗文化、民族历史、民族感情等文化背景知识将成为我们应对未来的知识储备，跨文化交流已经成为中国人必须考虑的问题。

(三)开放包容，孕育生物专业师范生的非线性思维

非线性思维形成机制与创新思维类似，都“必须在开放环境进行”。在讨论、争论中“容易产生新思想、新观点”[6]。在分组实验中，教师要引入竞争机制，充分做好组际竞争的动员，营造积极的竞争氛围，以此激发学生做好实验的热情，促进学生积极严谨地细化实验方案，优化实验流程，规范实验过程。在实验中，组内学生各扬其长，各司其职，互相启发，协调一致，充分认识到团队精神的重要性。教师还应组织设立小组联席会议，为学生畅所欲言，突发奇想，沟通碰撞创立平台。参与实验的学生有着各自不同的性格禀赋、文化背景、家庭背景、生活经历，因此不仅要求学生做验证性实验，还要鼓励学生做个性化实验，不要怕失败。在开放包容的的自由环境中，学生在实验中才能大胆放手实验，敢想敢闯敢试，灵感的火花会突然爆发，甚至偶尔的失误都会改变实验结果，促成新的发现发明。在开放包容的联席会议平台上，参与实验的学生分享实验的发现、方法、经验，甚至是失败的教训，使观点思想感悟在对话中交流碰撞，使每一个参与者都能受到启迪启发，再次擦出耀眼的灵感火花。

(四)创设困境，激发生物专业师范生的非线性思维

苏霍姆林斯基曾说过：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者。”在生命科学研究中，科学家有许多一时难以解释的生命现象，未解之谜。教师可以以此为契机创设探究困境，激发学生主动探究的内生动力。“酶的专一性”这一节理论知识看似很简单，某些“酶”的催化具有绝对专一性，只对某种特定的物质具有催化作用。在平常中发现不平常，可以设计学生思考问题：为什么某种酶具有绝对专一性？它的详细的催化机制是什么？以此创设学生学习困境，让学生在不知不觉中由学习者转变为“发现者、研究者、探索者”，使学生对科学奥秘充满了好奇，从而激发学生强烈的探究热情，执着寻求非常规非线性解决之道。让学生在自主学习探究中深刻体验学习困境。学生在做“神经干复合电位的测定”和“骨骼肌单收缩”实验时，总有绕不过去的问题：怎样迅速确定电流强度的极值？在做“影响家兔呼吸调节的因素”实验时，学生同样遇到了困惑的现象：家兔自主神经被阻滞或切断后，“呼吸与RR间期仍然呈同步变化关系，减慢呼吸频率与心率减慢结果一致。”[8]这困惑深深地困扰着学生，激起了学生探究奥秘的强烈欲望，更为学生指明了方向，促使学生抛弃线性思维，大胆突破禁区，发挥直觉和顿悟思维优势，拥抱科学真理。

(五)拥抱人文，放飞生物专业师范生的非线性思维

现在的自然科学过于迷信理性，却未能认真理性地反思理性思维致命的弱点。理性思维可以说线性思维，具有单一化、简单化，保守性等特点，注定了它无法解决复杂问题的宿命。科学使用的思想武器主要是逻辑概念和推理,但“思维凭借这些逻辑手段不可能‘达到存在的深不可测的渊源’。”[9]人文学科恰恰是治疗线性思维缺陷的良药。钱学森说过:科技工作“绝不能局限于抽象思维的归纳推理法,即所谓的`科学方法',而必须兼用形象或直觉思维。”[10]物理学大师波尔则给出了精辟的解释，“艺术能为科学想象和幻想提供较多的自由空间”[11]。爱因斯坦擅长拉小提琴，他在紧张思索的时候，每次陷入思维困境,就拉起小提琴，“那古典音乐的优美、和谐、充满想象力的旋律,加深了他对物理学的思索，引导他在数学王国作自由、创造性的遐想”[11]，指明了理论物理学的方向。“蟾蜍坐骨神经干双相动作电位产生机制”实验比较枯燥，繁琐，实验之前，可以播放世界经典音乐《蓝色多瑙河》等名曲，聆听着优美恬静的音乐，学生浮躁激动的心渐渐归于平静，渐渐融入到春花、明月、长江、天宇、蓝色的多瑙河清幽空寂的意境中，心无杂念，浮想联翩。阅读品味中国某些禅意诗和哲理诗，浸淫中华传统文化，汲取古人智慧，总会让人心旷神怡、豁然开朗。品读陶渊明《饮酒》“采菊东篱下，悠然见南山”时，让人无欲无求，悠然自得；吟诵王维《过香积寺》“泉声咽危石，日色冷青松。薄暮空潭曲，安禅制毒龙”时，心渐渐归于空寂，心如止水；吟赏张若虚《春江花月夜》时，心渐渐入定，空明澄澈，物我相忘。静能生慧，它能学生学习探索创造自由宽松的最佳心境。文学艺术具有超越性、超脱性、跳跃性，它超越了现实功利性，永恒追求真善美的真谛，永恒追求终极人生意义，是人类永远的精神家园。文学艺术经典是人生航行的灯塔，漫漫人生路的不竭动力，是自然科学健康发展的思想保证。它那天马行空的想象、博大精深的思想、独出机杼的构思、出神入化的文笔、气象万千的形制，无不是非线性思维的光辉典范，为学生提供非线性思维的方法论。人文学科是守望人的精神生命和社会生命的学科,是守望人类文明健康发展的学科。