新疆

生物學(xué)科教育著眼于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，以適應(yīng)未來(lái)社會(huì)發(fā)展和個(gè)人生活的需要。研究表明，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的提高有明顯的作用，但是在高一高二階段，由于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中受到實(shí)驗(yàn)技能等條件的制約，一般只能按照教材中給定的步驟開展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺少深度思考和發(fā)散思維的形成過(guò)程，科學(xué)思維無(wú)法得到有效提升。進(jìn)入高三復(fù)習(xí)階段，教師需要借助高考試題，充分挖掘教材中的實(shí)驗(yàn)，形成有效的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)策略，幫助學(xué)生提升科學(xué)思維。這樣既避免了“炒冷飯”的無(wú)效，又能開拓思路，提升復(fù)習(xí)效果。

本文結(jié)合高考考查方向及高三學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，談?wù)劰P者利用優(yōu)化實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)過(guò)程，滲透科學(xué)思維的一些嘗試。

一、了解科學(xué)思維，把握具體考查形式

（一）從《課程標(biāo)準(zhǔn)》看生物科學(xué)思維要素

掌握科學(xué)思維的方法是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的前提。根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2010 年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）和吳成軍教授在《基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的高考命題研究》一文中對(duì)科學(xué)思維的定義，將科學(xué)思維的方法分為歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維和創(chuàng)造性思維五個(gè)水平要素。

（二）從近三年高考題目看科學(xué)思維考查形式

科學(xué)思維在近年來(lái)成為生物學(xué)教學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其重要的落腳點(diǎn)之一就是通過(guò)考試來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。分析近三年高考試題，筆者發(fā)現(xiàn)其對(duì)科學(xué)思維和科學(xué)探究能力考查的意向非常明確，并多以探究型試題進(jìn)行考查，同時(shí)題目也呈現(xiàn)出更加多元化的特點(diǎn)。筆者對(duì)近三年來(lái)全國(guó)卷探究型試題及所占分值進(jìn)行分析，如表1 所示。

表1 全國(guó)卷探究型試題所占比重

二、基于學(xué)情特點(diǎn)，尋找滲透結(jié)合契機(jī)

（一）高三學(xué)生的學(xué)科知識(shí)特點(diǎn)

學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展是層層遞進(jìn)的。經(jīng)過(guò)高一和高二的學(xué)習(xí)以后，高三學(xué)生已經(jīng)全面了解了生物核心知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)科學(xué)探究的過(guò)程有了一定的了解；通過(guò)一系列課堂實(shí)驗(yàn)探究和課下各種真實(shí)問(wèn)題情境的考查，學(xué)生對(duì)生物學(xué)知識(shí)的理解和解決問(wèn)題的能力都有了一定基礎(chǔ)，亟待具有挑戰(zhàn)性和開放性的新問(wèn)題來(lái)進(jìn)一步開發(fā)他們的思維。因此，對(duì)于高三階段來(lái)說(shuō)，比較容易通過(guò)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)的創(chuàng)新使學(xué)生解決問(wèn)題的能力和科學(xué)思維得到進(jìn)一步提升。

（二）高三學(xué)生的科學(xué)思維特點(diǎn)

高三學(xué)生的科學(xué)思維較高一學(xué)生和高二學(xué)生有了一定程度的發(fā)展。為了進(jìn)一步了解高三學(xué)生的科學(xué)思維水平發(fā)展情況，筆者設(shè)計(jì)了科學(xué)思維測(cè)試卷對(duì)任教的三個(gè)高三班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試卷中的不同題目分別對(duì)應(yīng)歸納與概括，演繹與推理，模型與建模，批判性思維和創(chuàng)造性思維五個(gè)水平，不同科學(xué)思維水平對(duì)應(yīng)分值相同。測(cè)試結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同科學(xué)思維水平得分率

通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果分析可知學(xué)生的科學(xué)思維水平發(fā)展很不均衡，批判性思維和創(chuàng)造性思維的發(fā)展較差，歸納與概括及演繹與推理的發(fā)展較好。

由此可見，學(xué)生的思維發(fā)展情況符合理論預(yù)設(shè)。根據(jù)布魯姆的教育目標(biāo)分類法，學(xué)生的思維分為高階思維和低階思維。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，學(xué)生的低階思維發(fā)展較好，比如歸納與概括得分率較高，因?yàn)閷W(xué)生一般都會(huì)利用簡(jiǎn)單的科學(xué)思維，比如歸納與概括對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行整理；高階思維的得分率比較低，因?yàn)楦唠A思維，比如創(chuàng)造性思維與批判性思維在課堂上很少進(jìn)行訓(xùn)練。

（三）啟發(fā)

學(xué)生在復(fù)習(xí)課的過(guò)程中容易按照原有的慣性思維解決問(wèn)題，遇到的問(wèn)題情境發(fā)生變化時(shí)容易受到阻礙，從而無(wú)法發(fā)展創(chuàng)新性思維。因此想要學(xué)生有所發(fā)展，就需要突破原有知識(shí)和思維框架。

在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，教師應(yīng)將高階思維的培養(yǎng)作為復(fù)習(xí)課教學(xué)的重點(diǎn)目標(biāo)之一,結(jié)合理論知識(shí)、創(chuàng)設(shè)應(yīng)用情境，從而提高學(xué)生的科學(xué)思維。

（3）采用amtech的芯片作為喚醒芯片，在mcu喚醒以后就讓amtech芯片關(guān)閉，用其他的傳輸芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸（此種狀態(tài)是針對(duì)amtech芯片無(wú)法完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下）[3]。

三、優(yōu)化教材實(shí)驗(yàn)，提升復(fù)習(xí)效率

（一）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)題目，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動(dòng)力

根據(jù)建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論，應(yīng)當(dāng)把學(xué)習(xí)者原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)作為一個(gè)新的起點(diǎn)，引導(dǎo)他們從原來(lái)已有的經(jīng)驗(yàn)中產(chǎn)生新的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。胡衛(wèi)平教授出版的《科學(xué)思維培育學(xué)》認(rèn)為改進(jìn)生物實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，是活躍和提高科學(xué)思維的一個(gè)策略。高三學(xué)生的知識(shí)已經(jīng)積累到了一定程度，對(duì)教材內(nèi)容有一定的掌握。因此，如果復(fù)習(xí)課教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有改變，將無(wú)法吸引學(xué)生的注意力。

基于此，筆者以原有實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、材料或方法進(jìn)行創(chuàng)新或改進(jìn)，針對(duì)教材中的19 個(gè)實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行了修改（如表3），讓學(xué)生對(duì)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，重新生成一堂實(shí)驗(yàn)課，既達(dá)到了復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的目的，又讓學(xué)生感覺耳目一新。

表2 教材實(shí)驗(yàn)題目修改匯總

在改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課教學(xué)中，學(xué)生不再能夠用思維慣性來(lái)進(jìn)行接受性學(xué)習(xí)，因而便會(huì)傾向用發(fā)散性思維來(lái)解決問(wèn)題，從而能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性。除此之外，在不同類型的實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生的不同科學(xué)思維水平都能得以訓(xùn)練，均衡發(fā)展。

（二）設(shè)計(jì)問(wèn)題情境，滲透科學(xué)思維元素

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)過(guò)程中的重點(diǎn)是對(duì)科學(xué)思維的滲透，教師在教學(xué)過(guò)程中可以通過(guò)設(shè)計(jì)合適的問(wèn)題情境，培養(yǎng)學(xué)生不同科學(xué)思維水平的發(fā)展。例如在“運(yùn)用質(zhì)壁分離原理探究植物細(xì)胞液的濃度”復(fù)習(xí)教學(xué)中，嘗試用不同方式進(jìn)行科學(xué)思維水平的落實(shí)。

（1）聯(lián)系核心概念，進(jìn)行有效滲透

教學(xué)過(guò)程由原始實(shí)驗(yàn)植物細(xì)胞的失水和吸水復(fù)習(xí)導(dǎo)入，既對(duì)核心概念進(jìn)行復(fù)習(xí)又喚醒學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)流程的記憶。在學(xué)生復(fù)習(xí)的同時(shí)提出新的探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)原有的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行拓展應(yīng)用。教學(xué)過(guò)程如圖2 流程圖所示，在復(fù)習(xí)原有知識(shí)點(diǎn)過(guò)程中注重對(duì)學(xué)生歸納與總結(jié)思維的培養(yǎng)；在設(shè)計(jì)“通過(guò)質(zhì)壁分離原理探究細(xì)胞液濃度”這一新實(shí)驗(yàn)時(shí)，注重對(duì)學(xué)生演繹與推理和創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)；在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，注重對(duì)學(xué)生模型與構(gòu)建思維的培養(yǎng)；最后在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行反思，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維。

圖2 實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)概念圖

知識(shí)體系的完整構(gòu)建有助于學(xué)生思維能力的提升。學(xué)生在復(fù)習(xí)以后，對(duì)核心概念有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)質(zhì)壁分離這一概念掌握得更加深刻。通過(guò)對(duì)所學(xué)知識(shí)的拓展應(yīng)用，學(xué)生的創(chuàng)新性思維和發(fā)散性思維得到培養(yǎng)，科學(xué)思維逐步形成。

（2）借助高考真題，檢測(cè)思維能力

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容結(jié)束以后，通過(guò)合適的高考真題幫助學(xué)生進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練，鞏固所學(xué)知識(shí)。

【高考鏈接】(2019 年，全國(guó)卷Ⅱ，第3 題) 某種H+-ATPase 是一種位于膜上的載體蛋白，具有ATP 水解酶活性，能夠利用水解ATP 釋放的能量逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)H+。①將某植物氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞懸浮在一定pH 的溶液中（假設(shè)細(xì)胞內(nèi)的pH 高于細(xì)胞外），置于暗中一段時(shí)間后，溶液的pH 不變。②再將含有保衛(wèi)細(xì)胞的該溶液分成兩組，一組照射藍(lán)光后溶液的pH 明顯降低；另一組先在溶液中加入H+-ATPase 的抑制劑（抑制ATP 水解），再用藍(lán)光照射，溶液的pH 不變。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，下列推測(cè)不合理的是 （ ）

A.H+-ATPase 位于保衛(wèi)細(xì)胞質(zhì)膜上，藍(lán)光能夠引起細(xì)胞內(nèi)的H+轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外

B.藍(lán)光通過(guò)保衛(wèi)細(xì)胞質(zhì)膜上的H+-ATPase 發(fā)揮作用導(dǎo)致H+逆濃度梯度跨膜運(yùn)輸

C.H+-ATPase 逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)H+所需的能量可由藍(lán)光直接提供

D.溶液中的H+不能通過(guò)自由擴(kuò)散的方式透過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞

【答案】C

【分析】本題求解過(guò)程中體現(xiàn)了以下科學(xué)思維要素：

演繹與推理：根據(jù)題干信息分析，H+-ATPase 是一種位于某植物細(xì)胞膜上的載體蛋白，運(yùn)輸H+過(guò)程中逆濃度運(yùn)輸且消耗能量，因此為主動(dòng)運(yùn)輸；同時(shí)照射藍(lán)光后溶液pH 下降，即H+含量增加，說(shuō)明藍(lán)光能夠引起H+轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外。

歸納與概括：通過(guò)對(duì)①進(jìn)行歸納總結(jié)原先細(xì)胞內(nèi)pH 高于細(xì)胞外，即細(xì)胞內(nèi)H+濃度低于細(xì)胞外，因此該H+為逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)；通過(guò)對(duì)②中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比歸納得出：藍(lán)光引起細(xì)胞內(nèi)H+轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外需要通過(guò)H+-ATPase。

批判性思維：通過(guò)前面的分析可知H+可以通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)入細(xì)胞，若要判斷其是否存在其他運(yùn)輸方式由①中的實(shí)驗(yàn)可知，最初細(xì)胞內(nèi)pH 高于細(xì)胞外，即細(xì)胞內(nèi)H+濃度低于細(xì)胞外，但暗處理后溶液濃度沒(méi)有發(fā)生變化，說(shuō)明溶液中的H+不能通過(guò)自由擴(kuò)散的方式透過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞。

在復(fù)習(xí)中，高考試題的引入能夠更好地激發(fā)學(xué)生一試身手的欲望。學(xué)生依托已經(jīng)具有的知識(shí)和科學(xué)思維，嘗試解決相似的問(wèn)題，養(yǎng)成對(duì)其靈活應(yīng)用，舉一反三的思維習(xí)慣和能力。

科學(xué)思維的培養(yǎng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，在高三復(fù)習(xí)過(guò)程中，教師要結(jié)合學(xué)生思維特點(diǎn)，針對(duì)高考變化軌跡，不斷改進(jìn)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和方法，將知識(shí)傳授與增加學(xué)生的感性體驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生的科學(xué)思維得到提高。