基于批判性思维 突破教学难点——以“光合作用和细胞呼吸”为例

福建

批判性思维是一种高阶思维，是学科核心素养的重要内容之一。它强调人们能够进行有逻辑、有证据、有深度的思考，即会质疑、重实证、讲逻辑。批判性思维,批判的是支持结论的理由，论证是批判性思维的核心。探究知识具备什么样的理论支持，可以得出什么样的结论，通过分析推理，做出判断。下面笔者以“光合作用和细胞呼吸”为例，谈谈如何基于批判性思维，突破教学难点。

1.引导学生质疑提问

苏格拉底认为：“一切知识都来自疑问；知识越多，疑问也越多”。质疑是思维的起点，是学习的动力。学会质疑，可对现有问题产生疑问，或对现有问题进行深入思考、逻辑推理，衍生出新问题。

【例1】如图1 所示：导致曲线中bc 段和mn 段Pn下降的原因都是气孔关闭吗？

图1

【答案】不是，bc 段Pn 下降原因是CO2浓度不足，mn 段Pn 下降原因是气孔关闭。

笔者让学生据图1 分析一天中不同时间段净光合速率（Pn）变化规律及其原因。学生通过分析横、纵坐标的含义及两条曲线对应环境的区别，推理出露地与大棚的区别，即大田环境与密闭环境的区别。8—10 时间段光合速率大于呼吸速率，CO2消耗量大，使大棚内（密闭环境中）CO2浓度下降。10—13 时间段环境温度过高，露地（大田环境）中植物由于蒸腾作用过强，引起失水，导致气孔关闭，CO2的吸收减少。

在学生的分析过程中，有位学生提出质疑：若bc 段CO2浓度下降，在低CO2浓度环境下，为什么cd 段曲线又升高了？此时学生的思维已被激活，通过现有问题的逻辑推理，衍生出新问题。

分析学生的思维逻辑，不难发现部分学生认为bc 段CO2浓度降低后植物的光合速率不会比原来的高，其根本原因是学生不能动态认识生命活动的变化规律。笔者引导学生从光合作用与细胞呼吸两个角度综合考虑，寻找cd 段上升的原因：大棚内CO2浓度低，c 点光合速率低，吸收CO2减少，但是呼吸作用产生CO2，使环境中的CO2浓度增大，导致cd 段光合速率增大，但因CO2浓度有限，d 点的光合速率比b 点低。

学生进一步提出质疑：大棚种植一直处于密闭环境吗？有学生回答：可能有通风口。其他学生又提出通风的目的是什么？另一学生回答：减少棚内空气湿度，增加棚内二氧化碳浓度。通过提出质疑、讨论，学生认识到除上述原因，c 点光合速率的变化还受大棚通风换气的影响。

在复习过程中，教师可创设问题情境，引导学生积极思考、挖掘问题、大胆质疑，用批判性思维来评价观点，推导出支持观点的理论依据。通过“问题→尝试性解决→反思、质疑、探究、排除错误→新问题→……”中的“质疑、探究”过程，培养学生形成批判性思维。

2.激活思维，多角度辨析

批判性思维,杜威称之为“反思性思维”，即批判=反思，教师在授课过程中，引导学生通过批判性思维去分析、探求，变换角度进行思考、辨析，也许将另辟蹊径，得到新收获。例如在“光合作用和细胞呼吸”这一模块中，学生难以判断坐标、曲线、拐点、交点的内在含义，不能准确区分它们的区别。笔者引导学生多角度辨析反思，找出类似试题进行横向比较，推导其本质，辨析易混淆知识，生成新认知。

（1）判断曲线拐点的含义

【例2】图2 表示将一种植物叶片置于适宜条件，不同细胞间隙CO2的相对浓度下叶肉细胞中C5的相对含量变化。下列推测不合理的是 （ ）

图2

A.ab 段，叶肉细胞CO2固定速率增加

B.bc 段，叶片的净光合速率等于0

C.ab 段，CO2固定速率比C3的还原速率快

D.bc 段，可能是有关酶量限制了光合速率

【答案】B

学生的困惑点主要在B 选项，觉得抽象难懂。bc 段为直线，为什么不是光合速率等于呼吸速率？笔者先引导学生理解题中ab 段随叶肉细胞间隙CO2的相对浓度升高，C5的消耗增多，即CO2固定增多，光合速率增强；再引导学生换个角度，反向思考，将纵坐标改为植物叶片的光合作用强度（如图3 中的甲），在所得出的曲线中，BC 段含义是什么？学生理解了B 点即是光合作用的光饱和点，BC 段光合速率大于呼吸速率，从而理解了例2 中的b 点也为光合作用的光饱和点。

图3

笔者继续引导学生积极反思辨析，还能联想到什么与此相似的图呢？展示图3 中的乙、丙，提出问题：图3 中的乙在光照条件下，密闭容器中AB 段的含义与例2 中的bc段含义一样吗？图3乙中的A点，相当于图3丙中的哪个点？

通过思考讨论、比较分析，学生修正观点，认识到图3 中的乙在光照条件下，光合速率大于呼吸速率，密闭容器中CO2的浓度降低，光合速率降低，AB 段表示光合速率等于呼吸速率，A 点对应图3 丙中的E'点，光合速率降低至与呼吸速率相等。

（2）判断曲线交点的含义

总光合速率与净光合速率的判定，一直是学生的困惑点、易错点。笔者趁热打铁，提供以下坐标图（如图4），由学生判断两条曲线交点的含义。

图4

学生积极讨论，得出：图4 中甲的两曲线交点表示甲、乙的净光合速率为0，但因二者的呼吸速率不同，故总光合速率甲＜乙；乙的两曲线交点G 表示净光合速率等于呼吸速率，此时的总光合速率为呼吸速率的2 倍；丙的两曲线交点，净光合速率为-2，呼吸速率为2，即光合速率为0；丁先判断出曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的含义，则可判断交点C、D 的含义和拐点A、B 的含义。

通过对相似知识的比较、辨析、判断，可培养学生思维的广阔性、灵活性，突破了教学难点。

3.批判分析，探究原因及理由

批判性思维是可以将知识的表象和本质区分开来的能力。学生在学习生物学知识时，要知其然更要知其所以然，形成的观点必须要有理有据。通过分析原因，说明理由，考查学生的科学思维，是本专题常见的设问方式，也是高考的高频设问方式，更是学生最易失分之处。其解题方法是解读分析已知条件和结果—链接已学知识—深度分析已知条件—通过逻辑推理得出结论—找出支撑结论的理论依据。

【例3】为研究高温对植物光合速率的影响，某科研小组将甲、乙两种植物从25℃移入40℃环境中培养，实验结果如图5 的甲图。图5 的乙图表示25℃时，光照强度对植物甲、乙光合速率的影响。回答下列问题：

图5

（1）植物乙的光合速率下降的原因主要是________________。

（2）据图5 中的图乙可知，25℃时甲、乙植物的光补偿点A 相等，则将其移入40℃环境后，______________（填“能”或“不能”）判断这两种植物光补偿点的关系。当光照强度为D 时，两种植物胞间CO2浓度均远低于空气中CO2的浓度，其原因是__________________________________。

（3）高温可降低植物叶绿素b/叶绿素a 的值，可通过____________________实验验证该结论，预期结果是______________________。

【答案】（1）气孔导度下降，该植物吸收的CO2量减少，导致暗反应受限 （2）不能 植物光合作用较强，消耗胞间CO2的速率较快 （3）色素的提取和分离 高温组的滤纸条上黄绿色的色素带宽度与蓝绿色的色素带宽度的比值小于对照组

（1）小题题干的信息是植物乙光合速率下降，解读已知条件，从图5 的图甲中提取有效信息可知是气孔导度下降导致乙光合速率下降，链接已学知识，推导出植物吸收的CO2量减少→暗反应受限。（2）小题解读已知条件，由图5 中的图乙判断光照强度为D 点时两种植物已达到光饱和点，链接已学知识，推导出D 点光合速率强，植物吸收胞间呼吸产生的CO2速率快，导致出现题干的结果。学生易漏写“吸收胞间CO2速率快”这一支持结论的理论依据。

4.挖掘隐含条件，打破思维定式

锻炼批判性思维，可以使学生深入思考事物的根本，通过观察事物的表现方式，跳出自己固有的思维模式，重新提问、思考，才能够了解事物的本质。打破思维定式应排除原有认知思维局限，排除题干干扰形成的思维障碍。

如例3（3）小题中的预期结果，很多学生认为结果是高温组的叶绿素b／叶绿素a 的值比对照组的小，但这是实验结论。学生认知错误的原因可能是受题干已知信息“高温可降低植物的叶绿素b／叶绿素a 的值”的干扰，没有挖掘到题中的隐含条件“预期（实验）结果”，即要求写出观察到的实验现象（即结果）是什么。因此答案应该是高温组的滤纸条上黄绿色的色素带宽度与蓝绿色的色素带宽度的比值小于对照组。通过色素带宽度，来推测色素含量，这也是实验结果与实验结论的区别。

因题干干扰条件排除不彻底而出现思维定式，说明学生的思维不够发散，或原有认知结构没有得到更新，缺少批判性思维。

5.提供开放性试题，培养学生批判性思维

批判性思维是开放、进取甚至开拓的。开放性试题在条件、结论、方法上都可能存在不确定性。学生在解题时，要筛选有效信息，发散思维，破除固定答案的思维定式，提高思维品质。

如例3（2）小题判断这两种植物光补偿点的关系。虽然题干中只是问能否判断，但教师可挖掘题干中的开放性问题，针对学生的不同答案继续追问，分别说明能或不能的原因是什么？学生的论证是否能支撑其观点？若不能支撑，则观点错误。学生争论后得知，将植物甲、乙移入40℃环境中培养后，虽然植物甲光合速率大于植物乙，但两种植物的呼吸速率发生了不同的变化，所以不能判断两种植物光补偿点的关系。

又如，请尝试用图6 装置，自主选择合适的实验材料和试剂，设计实验测定其光合速率和呼吸速率，及判定呼吸方式。

图6

此题的开放性表现在自主选择实验材料和试剂。只有彻底掌握实验原理，缜密推理，才能正确选择实验方案（如图7）。为了排除实验无关变量的干扰，可设置对照，用已死亡的绿色植物（或已死亡的种子）进行物理校正。

图7

在“光合作用和细胞呼吸”这一知识模块中，复杂曲线的分析，原因、依据、结论等设问及实验设计题，都是本模块的重、难点，学生需要基于批判性思维，积极思考、推理论证，提升思维品质，才能突破专题难点。