浅谈系统思维在科学复习课中的应用

江艳春

摘 要：系统思维方法是现代科学思维的基本方法，它把对象作为多方面联系的动态整体来加以研究，从系统、要素和环境的相互联系、相互作用中综合地考察认识对象的一种思维方法。中考复习存在复习时间紧、个体差异大、中考要求高等困难，作者尝试将系统思维方法应用于初中科学的复习教学，并开展案例研究，以帮助学生从整体上认识问题，重点应对关键性问题的突破和应用迁移，关注小系统，深入细致分析问题，跳出系统看系统，建立更宏观的知识框架，提高中考复习的有效性。

关键词：系统思维 科学复习 案例研究

一、问题的提出

学科核心素养是学生通过长期的系统学习内化形成的具有学科特征的品质，以学科知识为载体，通过知识的迁移应用可以外化学生的学科核心素养。因此考察学生学科核心知识是检验学生学科核心素养的重要手段之一。初中科学学科的核心素养主要包括“科学观念与应用”、“科学思维与创新”、“科学探究与交流”和“科学态度与责任”四个方面，主要从以下几个方面对学生提出了要求：（1）深入理解科学概念、规律和观念，并能用科学观念解释自然现象和解决实际问题;（2）能运用模型建构、科学推理、科学论证等科学思维方法分析和解决实际问题，具备质疑和创新精神;（3）熟悉科学探究的基本过程，能从问题、证据、解释和交流四个方面对科学现象进行深入探究;（4）认识科学本质，理解科学、技术、社会和环境的之间相互交融的关系，具备科学和技术应有的正确态度以及责任感。不难发现，基于科学核心素养的中考复习主要存在着三大难处：

1.复习时间紧，课时保障难

尽管九年级从上新课开始就处于紧张的赶时间状态，希望尽快结束上下两册的新课，给中考复习留出较为充裕的时间，但九年级科学特别是上册的内容深，核心知识多，很难在九上一个学期的时间内完成上下两册的教学任务。这样九年级下学期除去新课的内容，能留给复习课的时间是很有限的，在这有限的时间内要完成一轮知识的整体梳理，二轮专题的综合提升，三轮概念的查漏补缺缺乏足够的课时保障。

2.个体差异大，整体兼顾难

无论何种层次的班级，学生个体之间的学习基础、学习能力、学习习惯等一定是存在差异的，且进入九年级后由于知识难度深度增加，个体差异会进一步增大。学优生往往学习习惯良好、知识储备完善，基本概念和基本原理等基础性知识已了然在心，希望老师能引导自己进行方法总结、能力提升、思维创新等深层次学习。而部分学困生对已学的核心知识掌握得不扎实，往往对老师的依赖心理较为严重，甚至希望老师手把手将学过的知识在重新上一遍。

3.中考要求高，目标达成难

中考归根结底是选拔性考试，基于核心素养的中考对于核心知识的考查要求更不会停留在简单的记忆、背诵等浅层次学习层面，而更多考查的是学生的概括、分析、迁移应用的深层次学习的能力。若教师受限于课时的限制，主要兼顾学困生的知识点薄弱，将大量的时间花在基础概念和原理的浅层复习上，必然会弱化对隐藏在核心知识背后的知识形成过程和探究等科学方法的深层次研究，对学優生参加中考是有严重影响的。但若教师反其道而行，同样存在问题，学困生越学越困难，干脆放弃学习。这有悖于国家提高全民科学素养的初衷。

综上所述，有限的复习时间和精力与现行中考对学生核心素养的全面要求之间的矛盾将不断激化，常规的复习模式和流程耗时长，效率低，已不能适应现行中考的要求，我们亟需寻找一条路径让学生在中考复习极其有限的时间内高效地完成核心知识的复习、提升和迁移应用。

我们或许可以尝试以科学核心素养为指向标，运用系统思维方法，站在整体的角度看核心知识的复习，建立核心知识的框架体系，整合核心知识的各知识点，以期在有限的时间内兼顾各学习层次的学生的复习，最终实现深度学习。

二、什么是系统思维

1.系统思维的定义

系统是一个概念，反映了人们对事物的一种认识论，即系统是由两个或两个以上的元素相结合的有机整体，系统的整体不等于其局部的简单相加。系统思维方法是现代科学思维的基本方法，它是以系统理论为基础，把对象作为多方面联系的动态整体来加以研究，从系统和要素、要素和要素、系统和环境的相互联系、相互作用中综合地考察认识对象的一种思维方法。

2.系统思维解决问题的原则

运用系统思维方法解决问题需把握两大原则：（1）整体观原则。考虑和研究问题均需从整体出发，从系统整体、局部要素和系统外环境相互之间的关系入手全局性考察问题。（2）结构性原则。系统内部的要素之间并非是零散毫无联系的，我们需着重考虑其认知结构上的相关联系，并分清主次，像看清一片叶片的网状脉络一样明晰其主次脉络及相互之间的关系。（3）发展性原则。系统思维方法还强调思维应是一种具有调整性、择优性的动态思维。

3.系统思维解决问题的步骤

运用系统思维解决问题主要包括三个基本步骤：（1）先见“林”：将思维对象作为系统来识物想事，从整体上认识和解决问题;（2）再见“木”：整体思维与分析思维相结合，深入内部精细地考察结构关系;（3）终见“森”：跳出系统看系统，从系统和环境（更大的系统）的联系角度重新认识系统。该步骤形式上只是从整体到局部再到整体的简单排列组合，实质上完成了对问题本质认识和迁移应用的提升，是对知识深层次的学习。

三、系统思维应用于科学复习教学的意义

系统思维强调从整体角度认识和分析问题。布鲁纳等人曾做过一组对照实验，在其他变量控制成相同的情况下，实验组采取整体性解决问题策略，对照组则采取局部性解决问题策略。研究发现，整体性解决问题策略在突破难点、应用迁移等方面都要整体优于局部性解决问题策略。因此将系统思维运用于科学学科的复习是有一定的意义和价值的。主要体现在以下两个方面：

1.系统思维能帮助学生建立系统化的知识体系

很多复习资料采取知识点梳理的方式进行复习，这种局限于简单的关键知识点的罗列的复习方式，学生很难透过知识点这些符号信息了解到其背后的内涵，无法架构知识之间的深层次联系，这样的复习缺乏系统性。系统思维强调从整体出发解决问题，教师进行复习课的教学设计时不是停留在知识点的表层理解上，而是站在符号信息的背后，从知识体系的角度出发进行教学的设计，学生在复习过程中收获的自然也是体系性的框架建构。如《空气中氧气体积分数的测定》的复习课，作者从实验原理出发，通过对实验原理的分析解构，引到对实验器材的选择和实验操作注意事项的思考。再针对实验中存在的问题进行深入剖析，并以此为基础设计新的实验。最后用找联系、抓关键、构体系的手法做整体框架式学习小结——思维导图，通过完善思维导图进一步形成系统化的的知识网络结构。

2.系统思维能帮助学生形成整体化的学科认识

科学学科是一门整体规划的综合性学科，科学各学科领域知识有其各自的逻辑结构，科学学科强调通过科学探究认识科学本质。系统思维从整体性出发，以科学探究建立科学各学科之间的关联，帮助学生从整体上认识科学的学科性质，避免人为的割裂。如《酶》的复习课，酶与我们的生活联系紧密，在农业生产、居家生活、食品食用等方面都有广泛的存在和应用，但由于隐藏得比较深，学生并不是非常熟悉，关于酶的性质和影响因素具有较强的可探究性，作者将这节课设计成一节科学探究课。这节课的背景是过氧化氢酶，一种普遍存在于能呼吸的生物体中的酶，也被广泛地应用于食品工业。学生运用已学的知识探究温度、PH值等外因对过氧化氢酶催化作用的影响及不同植物中过氧化氢酶的催化作用，通过探究从整体上把握酶的性质。

四、系统思维应用于科学复习教学的案例

案例一：《空气中氧气体积分数的测定》专题复习

如果我来测定空气中氧气的体积分数两百多年前，拉瓦锡用了12天时间完成了“空气中氧气体积分数测定”的定量研究。现在我们进行这个实验的时间大大缩短了，通常我们是怎么做这个实验的呢？

一、先见“林”——重温教材实验，深度理解原理

任务1：重温教材“磷燃烧法测定空气中氧气的体积分数”实验。

子任务I：复习教材上实验活动的相关内容，课前完成导学案。

引导性问题：

1.请写出该实验的原理（化学方程式、文字陈述）。

2.实验需要用到哪些实验器材，请画出相关的实验装置图，并描述完整的实验现象。

3.你认为实验中要特别注意的地方有哪些？若操作不当，很有可能产生实验的偏差。你认为导致实验结果偏大的原因有哪些？导致实验结果偏小的原因有哪些？

子任务II：动手操作，重温教材实验，分析实验原理。

回顾实验步骤和相关现象，小组成员共同选择实验器材，操作员用砂土代替红磷演练实验过程，其他成员注意观察，两位记录员分别做好照片和文字记录，汇报员汇报。

引导性问题：请粗略画出整个实验过程中密闭瓶内發生的气压变化情况。

二、再见“木”——层层分析探究，完善知识结构

任务2：对教材“磷燃烧法测定空气中氧气的体积分数”实验进行改造。

子任务I：寻找实验不足

演示实验：用氧气含量传感器测量实验后密闭瓶中的氧气含量，发现燃烧法并不能将瓶中氧气耗尽。

引导性问题：

1.请客观评价“红磷燃烧法测定空气中氧气体积分数”的优缺点。

2.小组讨论，其它消耗氧气的方法，寻找最快捷有效的消耗氧气的原料——“暖宝宝”中的铁粉。

子任务II：我来设计实验

引导性问题：

1.如何真正地测定空气中氧气的体积分数而不是验证氧气的体积是否大约占空气的1/5？

2.小组活动：根据提供的原料和实验器材，设计实验，绘制实验装置图，初步制定实验设计方案，设计数据记录的表格。

3.各组汇报员分享，全体同学参与讨论。

4.小组活动：客观评价并修改自己组的方案后，进行测定空气中氧气体积分数的实验，操作员负责安排实验操作，文字和图像记录员及时记录。

5.各组汇报实验情况，并进行自评和他评。

三、终见“森”——归纳总结提升，情境迁移运用

任务3：归纳总结，新情境下对知识迁移应用

子任务I：小结互评

1.用找联系、抓关键、构体系的手法做整体框架式学习小结——思维导图。

2.组内相互展示思维导图，进行同学间互评，并进一步完善思维导图的网络结构。

子任务II：情境迁移

我校科学兴趣小组同学进行“空气中氧气的含量测定”的实验探究，邀请你参加。

引导性问题：

1.比较A、B两套装置，选择合理的装置并分析原因。

2.实验结束后，对实验数据进行分析，思考实际操作与理论产生差距的原因。

3.改进实验，寻找C、D两套装置的优点。

案例二：《酶》专题复习

探究过氧化氢酶

一、先见“林”——重温教材实验，深度理解原理

任务1：探究影响过氧化氢分解的因素

子任务I：复习教材上实验活动的相关内容，课前完成导学案。

子任务II：比较过氧化氢在不同条件下的分解

二、再见“木”——层层分析探究，完善知识结构

任务2：探究影响过氧化氢酶催化作用的因素

背景资料：过氧化氢酶，是催化过氧化氢分解成氧和水的酶，几乎所有的生物机体都存在过氧化氢酶。其普遍存在于能呼吸的生物体内，主要存在于植物的叶绿体、

线粒体、内质网、动物的肝和红细胞中。其酶促活性为机体提供了

抗氧化防御机理。过氧化氢酶在食品工业中被用于除去用于制造奶酪的牛奶中的过氧化氢。过氧化氢酶也被用于食品包装，防止食物被氧化。

子任务I：探究温度、PH值等外因对过氧化氢酶催化作用的影响

子任务II：探究不同植物中过氧化氢酶的催化作用

三、终见“森”——归纳总结提升，情境迁移运用

任务3：归纳总结，新情境下对知识迁移应用

子任务I：小结互评

1.用找联系、抓关键、构体系的手法做整体框架式学习小结——思维导图。

2.组内相互展示思维导图，进行同学间互评，并进一步完善思维导图的网络结构。

子任务II：情境迁移

氧洁士·懒人洗衣·酵素洗是一种有高活性生物酶配方的加酶洗衣粉，较易洗去衣物上的油渍、血渍、奶渍等污渍，漂白白色衣物。

引导性问题：

1.与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉更易于洗去衣物上的油渍、血渍、奶渍等污渍的原因是什么？

2.加酶洗衣粉在洗涤温度上需要注意哪些问题？

3.加酶洗衣粉为什么不适合于洗涤真丝、羊毛类衣物？

五、系统思维提高科学复习教学的效果

作者通过几堂科学复习教学课的尝试，发现系统思维方法的运用使学生和老师都产生了趋向良性的改变，从而提高科学复习课的效果。主要表现为以下四个方面：

1.系统思维提高学生解决问题的有序性

运用系统思维，学生可以从更宏观的角度对架构科学知识，改变死记硬背和浅表层理解知识的习惯，从科学学科的本质出发，运用理解、分析问题的程序解决问题，提高解决问题的有序性。

2.系统思维促进学生学习状态的积极性

运用系统思维，学生遇到的是真实的问题情境，而非只是白纸黑字的知识点梳理，学习就从平面的对知识的字面意义的扩展转变成立体的针对具体问题的知识建构，也顺利从被动学习过度到主动学习。

3.系统思维有助教师对知识迁移的思考

运用系统思维，教师不再只是关注一堂复习课怎样上好，而是用系统的眼光看整个复习教学的过程，重视每一节复习课，但课与课之间是有宏观调控下的联系的，而不是相互割裂的、孤立的重难点复习。

4.系统思维改变教师对教学策略的应用

运用系统思维，改变了教师的教学观念，使教师更多地从宏观和本质观的角度考虑问题，教学策略也自然而然会发生改变，更多的是倾向于促进学生的知识建构和深度理解的教学策略。

结语

系统思维方法的内涵是极其丰富的，作者对于系统思维方法的认识仍处于表层，仅用两个案例不能完全概括出系统思维方法在科学中考复习中的应用，对于系统思维方法在科学中考复习中应用的研究，作者需持之以恒，主要在以下两个方面继续做出努力：一是吃透理论，深入学习系统思维方法，对系统思维方法有全面、深刻的理解;二是广泛运用，运用系统思维方法尽可能多地进行案例研究，应包括物理、化学、生物、自然地理、科学探究等多个维度，以期掌握系统思维方法在科学中考复习中应用的方法并能切实提高科学中考复习的效果。

参考文献

[1]朱立峰.化学系统思维能力：内涵与范例[J].教育研究与评论·中学教育教学.2011（8）.

[2]李灵芝.认知结构优化与系统思维方法之探微[J].学科教育.1995（8）.

[3]初中科学课程标准[M].北京师范大学出版社.2012.

[4]苗东升.系统思维与复杂性研究[J].系統辫证学学报.2004（1）.

[5]唐隆健.例谈系统思维在化学教学中的应用与培养[J].中学化学教学参考.2019（1）.

[6]江敏.从系统的角度对化学反应的知识进行建构2[J].中学化学教学参考.2012（8）.

[7]江敏.从系统的角度对化学反应的知识进行建构3[J].中学化学教学参考.2012（9）.

（杭州市下沙中学 杭州 310018）