指向科学思维培养的高中生物学概念教学

孙爱萍 黄伟文

［摘要］ 教师在教学中应依据生物学事实，运用不同的科学思维方法，帮助学生构建和深入理解生物学重要概念，以进一步改善学生的思维品质。以“染色体数目变异”教学内容为例，通过列举事实感性认识概念、透过生物学事实理性认知概念、迁移运用生物学现象内化概念的教学过程，实施生物学概念教学。通过课例反思，发现培育科学思维的生物学概念教学的基本起点、延伸台阶与精准反馈等践行要点。

［关键词］ 科学思维；概念教学；生物学事实；染色体变异；协同思考

一、科学思维培育的概念教学课例

（一）以多种实例表象感知提升科学思维的主动性

教学过程：教学开始时，教师给学生提供如下一系列的资料：天才音乐指挥家“舟舟”是个先天愚型儿，体细胞中的21号染色体多了一条；豌豆姑娘身高1.28米，检查表明其体细胞内少了一条X染色体；2010年小A高考398分，达到了东南大学的录取线，但由于身体缺陷，与理想的医学专业失之交臂；自然界中蜂王的体细胞内含有32条染色体，但是雄蜂体细胞内只有16条染色体；普通西瓜的体细胞内含有22条染色体，无籽西瓜的体细胞内却含有33条染色体。教师引导学生比较前两则材料间，以及后三则材料间的区别，进而总结出染色体数目变异的类型。紧接着，教师便提出问题：为什么雄蜂减少16条染色体仍然能正常发育，无籽西瓜多了11条染色体就无籽呢？这里的16条或11条染色体是一组什么染色体？通过链式的追问，激发学生的学习热忱，提升他们科学思维的主动性。

【设计意图】上述教学过程以真实的生物学情境问题导入，相关事例不仅数量充足、类别丰富，并且均可与“染色体数目变异类型”概念间建立紧密联系。教师以生物学事实现象为导引，在真实情境中挖掘问题，以新知和旧知的交汇处为切入点，最大限度地调动学生的思维源点，引导其关注“染色体组”概念。在概念教学过程中，教师精心选择代表性事例，让学生充分感知生物学现象或生活经验，引起认知冲突，引发思考，从而激发学习兴趣。正如建构主义理论所认为的那样，学习是在一定的教学情境下发生的，只有在有意义的情境中，才能有效地调动学习者原有认知中的相关经验，经过同化或顺应过程主动建构知识。

（二）以多次递进理性探讨促进科学思维的能动性

教学过程1：资料分析，生成概念。教师引入雄蜂发育的小资料，以问题驱动，帮助学生构建概念。蜜蜂是社会性昆虫，交配后的蜂王（体细胞32条染色体）产下受精的卵和未受精的卵，受精卵将来发育成蜂王和工蜂，而那些没有受精的卵细胞则发育成雄蜂。引导学生思考：蜂王的卵细胞内包含蜜蜂生长、发育的整套遗传信息吗？为什么？蜂王的卵细胞通过什么分裂形成？卵细胞中有同源染色体吗？尝试概括染色体组的含义。学生借助问题阅读材料，捕获到雄蜂是由卵细胞发育而来的事实性知识，进而推测：一个染色体组包含生物生长、发育、遗传和变异的整套遗传信息；结合减数分裂产生卵细胞的过程发现：一个染色体组内的染色体全部都是非同源染色体。学生通过资料分析与问题引导，进行推理、综合，构建出染色体模型。

教学过程2：演绎推理，巩固概念。学习新概念后，学生对概念的理解往往不够全面与精确。教师应将知识扩展和精细化，引导学生多运用演绎推理，通过概念论证，判断概念正误，进一步巩固概念的内涵。为了促进学生对染色体组的准确理解，可以把文字表述所蕴含的信息类比推理到示意图加以呈现。教师提供雌果蝇体细胞染色体的磁贴模型，让学生从中提取一个染色体组。有学生摆出染色体组成，教师让其他学生评价这样是否正确，并说明理由。

教学过程3：搭建图群，形成新概念。染色体组是单倍体、二倍体、多倍体等概念的生长基石，针对这三组概念的差异，教师可以建立一组彼此有信息联系的生物图，引导学生对图文信息进行有效的读取、处理，提炼出图中包含的各种概念、原理、规律，实现图文转化，形成对生物学概念的抽象与概括。例如，学生观察比较图1、图2，得出二倍体和三（多）倍体的区别；比较图3、

图4归纳出单倍体的概念；比较图1与图4、图2与图3，概括出单倍体与二倍体、多倍体的区别。学生习惯于从“物质”本体理解单倍体概念，认为其体内只含有1个染色体组，产生迷思概念。通过生物图加强概念的“过程”本体分析，学生领悟到单倍体的“单”与其只有一种生殖细胞发育而来有关，而与体内的染色体组数目无关，有助于将迷思概念转化。

【设计意图】该教学过程先将学生带入系统性、可延展的特殊情境中，即密封的染色体数量与性别决定机制。顺着这一极具张力的情境脉络，让学生便于透过现象看本质，协同思考生物学现象与概念之间的相互关系。之后，教师引导学生根据图形回溯概念，运用“假说—演绎”法，进行思维逆推，促进学生对概念内涵的把握，提升思维品质。除了提供生物学事实帮助学生感知概念以外，教师还要对事实进行抽象概括，帮助学生将感性认识上升到理性认识，从而建立概念。根据最近发展区理论，教师为学生提供了图像可视化、思维暴露化的脚手架，以便于充分关联学生已有的知识和能力水平，寻找获取新知识最近的生长点，搭建学习阶梯，让学生在不经意间内化出个体化的概念图式。

（三）以多类情境迁移运用增强科学思维的灵动性

教学过程：在理解单倍体和多倍体概念的基础上，教师提出问题：三倍体香蕉为什么不能产生种子？此时，学生便可依据自身的生活经验作出推测：难道香蕉果肉里的黑色“籽”是它的种子，那么它们如何繁殖？该问题的解决涉及生物的生殖、变异及进化等多个概念。教师引导学生结合图2和减数分裂联会的过程来分析，学生认识到三倍体植物不育的特点与其体内染色体组数密切相關。通过三倍体香蕉进化的视频，学生了解到三倍体香蕉通过无性繁殖繁衍后代，并在长期进化中保留了退化的种子。在课堂教学的最后环节，教师给予学生黑小麦、甘薯与马铃薯等多倍体育种的相关资料，让学生对资料进行深入分析，完成多倍体育种科普短文写作的学习任务，再依托其他情境的迁移运用，让学生进一步厘清并运用概念，从而帮助他们深入思考“染色体变异是可以遗传的”这一概念。

【设计意图】通过概念教学，帮助学生构建概念，形成生命观念，在真实的问题情境中解释现象，学以致用。科学思维的目的并不在于思维的吸纳与固化，而应将其灵活运用、外化于行。换言之，学生需要能够在面对现实生产生活的相关问题时，利用多个相关的生物学大概念或原理，通过逻辑推理阐明个人立场，并依据自身的科学思维进行深入反思、价值研判与做出相应决策。而上述教学过程，采用另一个情境的迁移运用，追问学生科学思维的深刻程度，根据学生作答的表现能够评判其是否真正灵活掌握了这一生物学概念。同时，该过程也能让学生自身反思之前的学习过程，从而为思维的进一步改善作铺垫。

二、科学思维培育的概念教学实践反思

（一）培育起点：学习热忱的主动性提升

从整个教学过程中不难发现，情境化的现实联系贯穿始终，用于调动学生学习的积极性，激发他们的学习热情。生物学概念是一系列生物学事实现象的抽象概括，纯讲授式的概念教学势必会让学生感受较为枯燥乏味。科学思维的改善伴随着由生动形象走向抽象化的过程，但该过程的完成并非一蹴而就，也需要讓学生先体验到事实现象的真实可感，再经历思维训练的深入过程。在上文教学案例中，无论是染色体数量变化的概念，还是染色体组的生物学概念，其在教学过程中都融入了大量生物学事实现象。只有以具象化、真实性，能够激发学生兴趣的现象为依托，方能不断提升学生的学习热忱，从而为他们的科学思维培育作铺垫。总的来说，生物学概念教学的起点应当是学生学习热忱的主动性提升。只有思维投入进来，才有可能促进学生的深入思考，进而优化并改善科学思维。

（二）延伸台阶：协同思考的建构性教学

有了对概念学习的热忱后，学生方能进一步对生物学概念进行理解。作为帮助学生了解、理解与迁移概念的重要方式，例证法是呈现概念的表述，以列举事例来证明或说明概念正确性的方法；而建构法则是基于事例的学生观察探究、讨论和分析、比较推理、归纳和综合，帮助学生认识与发展概念的重要方式。理解的过程无论是经由例证法教学还是建构法教学，都需要建立概念本体与相关现象事实的联系。相互联系的建立就是学生协同思考的完成，即学生看到概念能够联想到相关的事实现象，了解到事实能够锚定具体的概念。可见，围绕学生学习的前概念进行建构性的教学至关重要。学生的前概念中，事实现象融入得并不全面，抑或大量生物学现象存留于脑海中，并未形成准确概念或基本体系。通过层层递进的理性探讨，基于协同思考进行建构性教学，依循学生思维发展的脉络不断延伸教学线索，在优化概念体系的同时，改善他们的科学思维。

（三）精准反馈：迁移应用的表现性评价

任何的教学设计与实施，必然需要在教学过程中进行评价。只有通过支架式、明晰化的评价牵引，才能让学生评判知识及其学习过程，达成真正意义上的深度学习。上述案例在教学过程中，不仅采用了迁移性的情境追问学生三倍体无性繁殖的现实问题，也采用可视化的科学写作任务让学生进行多倍体育种的思考。这些均是采用表现性评价的方式，以学生口头回答、写作表述呈现学生的学习成果，从而做到精准反馈。而在教学实践中，教师往往忽略了这些看似简单的表现性评价。实则，它们对于检测学生能否正确表述概念，能否将概念深层的原理、思想用于解释，能否实现可见性学习至关重要。正是概念的抽象性、概括性，让教师和学生在教学过程中难以知晓自身的理解程度，以及自身思维是否完善。因此，指向科学思维核心素养培育的生物学概念教学应当以迁移应用的表现性评价收尾，用以促进对学习过程的深度反思。

［本文系江苏省中小学教学研究第十三期课题“指向深度学习的高中生物学习资料包开发与应用”（项目编号：2019JK-ZB05）研究成果］

［参考文献］

［1］岑芳.学习课标应聚焦培育生物学科核心素养[J].中学生物教学，2018（06）.

［2］荣莹.基于前概念转变的生物科学史教学研究[J].中小学班主任，2020（02）.

［3］黄惠涛，丁奕然.基于格斯丁翻转教学模式的生物学实验深度学习[J].天津师范大学学报（基础教育版），2021（04）.

孙爱萍   江苏省南京市溧水区第二高级中学。

黄伟文   江苏省奔牛高级中学副校长，中学高级教师。