高中生物学项目式学习中思维能力的进阶培养——以“银杏雌雄株的判别”为例

刘晓芳 罗艺璇

（1.三明第一中学，福建 三明 365001；2.北京印刷学院，北京 大兴 102600）

日常教学的重要性不仅体现在传播科学知识，更重要的是培养学生科学的思维方式，引导学生更多地去独立思考，不盲从，有自己的判断，可以用科学思维方式来看清事物的本质。为此，学生在掌握了一定的学科知识与研究方法之后，教师还要有意识地引导学生把课堂的科学探究延伸到课外科技活动中去，学以致用地去解决一些生产生活实际问题。项目式学习，是学生科学思维品质培养的一个重要升华过程。

一、项目式学习有关概念的阐释

“科学思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力［1］。项目式学习是一种以制作作品，并将作品的呈现作为目的，借助多种资源在真实世界中开展探究活动，它强调以学生为中心、学科交叉、协作探究学习、作品呈现、过程性评价和对学科概念进行多角度深度挖掘与理解［2］。实践表明，项目式学习是以学生为主体，注重兴趣、注重思维、注重创新，是培养科学思维能力的有效途径。项目式学习活动的开展，首先应组建学生课题研究小组，从生产、生活、课本等选择适合的研究课题；其次从图书馆、网络平台等渠道查阅资料，并在教师指导下通过实验探究、分析论证、理论推导等得出研究结论；最后要通过撰写课题研究小论文、制作科学影像DV 作品等来呈现研究成果。其实施流程可总结为如图1 所示：

图1 项目式学习活动实施流程图

二、“银杏雌雄株的判别”项目式学习的实施及其思维培养

两年时间里，“银杏雌雄株的判别”课题探究小组的同学们，结合生物学、化学知识和摄影技术，开展对银杏的研究，对银杏雌雄的判别做了较深入的探究，制作了《一叶银杏一季秋》科学影像DV 作品，获第七届全国青少年科学影像节一等奖、科学原理一点通优秀作品奖。通过项目式学习活动，既开阔了学生视野，巩固了所学生物知识，又培养了一批会质疑创新、解决问题的学生。本文结合“银杏雌雄株的判别”实践研究，谈谈在高中生物教学中引导学生开展项目式学习活动的一些做法。

（一）探究活动的设计路径

“银杏雌雄株的判别”项目式学习活动，首先教师分析生活现象，找到学生的一个兴趣点，如“为什么有的银杏树会结果，有的不会”进行观察研究，为学生的研究指明方向，在此基础上，把学生的兴趣点转为问题——“如何判别银杏的雌雄”，以确定研究的课题；其次，引导学生设计探究的实验方案，收集、处理信息，进行思维的碰撞，如“形态鉴别法：通过观察银杏雌株与雄株在外形和结构上的区别”，设计解决问题的思路；最后，从探究活动中得到结论，进行分析、总结，发现问题得到提升。

（二）探究活动的实施过程

1.探究环节一：感知体验，模型建构，发展抽象逻辑性思维

研究发现，随着青春期的到来，青少年思维和认知水平也发生了质的飞跃。突出的表现是，青少年的思维中虽然仍有形象思维的成分，但是抽象逻辑思维已经占主导地位。模型建构是发展抽象逻辑思维能力的重要途径，是基于生活事实通过抽象、理想化等方法，把反应研究对象的本质特征抽象出来，构成一个概念或体系。开展高中生物学项目式学习活动时，通常要求教师分析生物学事实和证据，找一个学生的兴趣点，引导学生进行观察，把兴趣点转为学科问题。在此基础上，教师要引导学生分析收集到的相关信息，把问题转为研究的课题，这就是形成模型与建模，为学生的观察指明方向。

探究过程设计如下：

（1）观察发现：银杏树有的会结果实，有的不会。果实成熟后有些气味。

（2）获取信息：银杏是雌雄异株的植物。种子可食用及药用。

（3）初步认识：银杏雌株可获得果实，但不适合做行道树。银杏雌株结果后会影响其叶的生长，药用其叶时选银杏雄株比雌株好。

（4）问题生成：如何判别银杏的雌株与雄株？

（5）获取信息：通常区别植物都是从观察其形态、结构入手。

评析：项目式学习除了要发挥教师主导作用外，更要充分挖掘学生的主观能动性，要经常训练学生发现和提出问题，他们的探索精神就会不断增长，而学生一旦品尝到了依靠自己的力量发现科学新天地的甜头，他们就一定会更加积极主动地去思考、去创造。

2.探究环节二：内化释疑，推理论证，发展形式运算思维

高中生能够提出假设、逐一验证，显现出较高的“推理—论证”能力。关于推理论证，是指利用“论证”的方式进行科学推理，从而形成对自然现象的科学解释。“推理论证”在科学思维中处于核心位置，基于课堂的实证研究认为“论证”不仅是科学本身的有机组成部分，而且能够帮助学生更好地理解和应用所学知识，促进学生更高层次思维能力的发展。针对高中生物学项目式学习，有经验的教师总是设置一定难度且颇具启发性的疑问，鼓励学生通过精细观察，提出更多的“为什么”，引导设计多种可能的实验研究方案，启发学生思考设计解决问题思路。在方案论证的过程，不仅要明确所观察到的现象（证据），提出自身的观点（结论），更是要找出能把现象和观点联系起来的生物学原理（推理过程），以便形成合乎逻辑的科学解释。推理论证要让学生想一想、跳一跳，就能摘到知识的果子，这才能吸引他们思考。

探究过程设计如下：

实验一：形态结构鉴别法

（1）引导观察：观察6 棵银杏树，2 棵雌株4 棵雄株。有1 棵雄株树龄较大，生长环境与其他株略有不同。其余树龄相同，生长环境相近。

（2）教师设疑：银杏有雌雄株之分。如何从银杏的形态和结构两种途径来进行判别？

（3）解决方案：方案一为形态鉴别法，即通过观察银杏雌株与雄株在外形上的区别，一看主干与主枝夹角，二看叶片由绿变黄时间；方案二为结构鉴别法，即通过观察银杏雌株与雄株在结构上的区别，一看雌雄球花，二观察叶柄临时切片。

（4）实施实验：观察银杏的形态和结构。

（5）实验结论：通过肉眼识别银杏树侧枝与主干夹角的大小和叶片变黄的时间先后，能快速鉴别出银杏雌雄，但作为经验性的判断只能做初步判断。通过对银杏球花和叶柄切片油状空隙结构上的观察，相对于形态鉴别能更加准确地区分出银杏的雌雄。

实验二：试剂鉴别法

（1）提出问题：是否有准确又不受时间等限制的辨别银杏雌雄的方法？

（2）获取信息：溴麝香草酚蓝水溶液可检测细胞呼吸产生的CO2。

（3）解决思路：代谢速率对比鉴别法，通过化学试剂测试银杏叶片的代谢速率。

（4）实施实验：实验在两个时间段进行，第一次实验时间在5 月份，第二次实验时间在8 月份。

（5）实验结论：通过化学试剂测试银杏叶片代谢速率的对比实验，学生发现银杏雄株叶片比雌株叶片使试剂变色快得多。这个结论与在5 月份做同样实验得出的结论是一致的，说明这个结论不受时间限制，是客观准确的［3］。可见，通过溴麝香草酚蓝水溶液来测试银杏叶片代谢速率，能够科学、准确地验证银杏的雌雄。

（6）深入探究：在进行“求同存异”式的分析后，发现在5 月份的实验中，雄株叶片在1min 中内就发生明显的颜色变化。而8 月份实验用了10min 才检验出来。为什么会有这种奇怪的现象出现呢［3］？

（7）理论分析：银杏雄株比雌株呼吸强，代谢较旺盛，产生的酸性物质较多。而呈碱性的蓝色溴麝香草酚蓝液会遇酸变黄。那么为什么试验时间不同会造成变色时间存在差异呢？5 月份的银杏叶正处于生长旺盛期，代谢速度快，而8 月份相比于5 月份生长较不旺盛，因而变色慢［3］。

评析：宋代朱熹说：“读书无疑者，须教有疑”，在学生无疑时，教师既然为他们设置了疑难，接着就要诱导他们释疑。该探究环节分别采用了形态结构鉴别法和试剂鉴别法从两个不同的角度进行由浅入深的假设—推理—论证，实验二还采用化学试剂鉴别法，为银杏雌雄株的判别找到了更加科学严谨的研究方案，如此设计使学生的思维获得进阶提升。

3.探究环节三：迁移延伸，质疑创新，发展批判创造性思维

青少年时期的个体思维还具有多样性、可逆性，他们除了能够进行演绎推理以外，还能在现实性和可能性之间进行较灵活的可逆性推理，敢于质疑创新，学会反思、批判和总结方法。学生在高中生物学项目式学习的过程中，一定会遇到许多新的问题，探究活动也是一个不断动态变化的过程。在探讨阐释这些新的生命现象及规律过程中，学生往往会质疑，重新审视或论证之前的发现和结论，这样就会激发起学生进一步深入探究的热情，也就必然会提出许多创新性的生物学议题和研究方案，而这些新议题、新方案也往往颇具项目式学习的创造性价值和可操作性。

探究过程设计如下：

（1）深入质疑：银杏雌株的果实可提取药用成分，而雄株做行道树则更适合，这都与银杏雌雄的鉴别有关。然而植物的移栽多数是在幼苗期进行的，而上述实验用材使用的都是银杏的成体。是否有简便的方法能够在银杏生长的早期区分其雌雄呢？

（2）创新研究：针对上述问题，课题小组的同学做了进一步的探究，通过查阅资料发现，在银杏生长早期有两种简易方法能区分其雌雄。方法一是从银杏核果的形状特征上区分。方法二是从银杏幼苗的形态及生长特征上区分。据此，经过认真的讨论，对后续研究提出以下两种解决思路和展望：

思路一：如果银杏幼苗来自扦插或组织培养，进行成体的雌雄判别即可。

思路二：观察银杏核果和幼苗。（银杏核果学校内有，而银杏幼苗不易获取）

评析：宋代哲学家、教育家张载曾经说过：“学则须疑”。在探求知识的道路上，“疑”总是绝对的，“信”总是相对的。我们只有不断地鼓励学生去大胆质疑，才能开启他们心灵的窗户，使他们获得真知。在探究环节三中，通过学生的质疑创新，探究得出在银杏生长的早期还有两种判别其雌雄的简便方法，这样，从无疑到有疑，又从有疑到无疑，如此循环往复，进阶提升，便是深度探究、迁移延伸的过程。可以说，大胆质疑，勇于创新，是学生积极主动学习的结果，更是学生科学思维能力进一步提升的自我开发。

三、结语

苏联教育心理学家赞可夫说：“我们的时代不仅要求一个人具备广泛而深刻的知识，而且要求发展他的智慧，意志、情感，发展他的才能和禀赋。”他说：“我们是按三条线索来研究学生的发展的，这就是，观察力、实际操作能力和思维能力。”为此，项目式学习活动的关键是建构、完善，直至最终成型较理想的实验方案，科学设计教学策略，通过方案的推进，指导学生细致地观察事物，有指导地放手让学生做实验，培养善于独立思考的品质。

本文“银杏雌雄株的判别”项目式学习的方案设计为：首先，通过感知体验与模型建构探究环节的实施，引导学生抽象逻辑性思维能力的发展；接着，通过内化释疑与推理论证探究环节的实施，推动学生形式运算性思维能力的发展；最后，通过迁移延伸与质疑创新探究环节的实施，进一步促进学生批判创造性思维能力的发展。上述三种能力维度分别对应高中生物学的初级、中级和高级思维层次。实践表明，这样由浅入深、抽丝剥茧般的进阶式设计流程，不但符合学生的生物学认知规律，更重要的是能够针对学生不同阶段的学习特点与要求，学以致用地去解决一些实际问题，有效促进其科学思维能力的逐渐丰富和发展。