時(shí)晨?陳廷華

[摘要] 科學(xué)思維核心素養(yǎng)作為高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，對(duì)于學(xué)生科學(xué)實(shí)踐能力、適應(yīng)與改造未來社會(huì)能力的提升均具有不可或缺的作用。研究通過課例研究的方式，明晰并凝練出了以具身性參與浸潤(rùn)科學(xué)思維的萌芽，以全面性互動(dòng)推進(jìn)科學(xué)思維的縱深，以統(tǒng)整性主題聚合科學(xué)思維的發(fā)展等生物學(xué)課堂教學(xué)策略。以上策略相輔相成，旨在經(jīng)由逐層進(jìn)階的方式聚焦學(xué)生的科學(xué)思維培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞] 高中生物學(xué);科學(xué)思維;具身實(shí)踐;統(tǒng)整性主題

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）提出了以生命觀念、科學(xué)思維等在內(nèi)的學(xué)科核心素養(yǎng)為課程目標(biāo)，具體教學(xué)過程應(yīng)高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實(shí)踐經(jīng)歷，達(dá)成學(xué)生主動(dòng)性投入學(xué)習(xí)的基本樣態(tài)。[1]科學(xué)思維核心素養(yǎng)關(guān)乎著學(xué)生的科學(xué)求知態(tài)度、證據(jù)推理能力與循證創(chuàng)新思考，可見在高中生物學(xué)的課堂教學(xué)中理應(yīng)聚焦學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。誠(chéng)然，科學(xué)思維核心素養(yǎng)的培育不可能一蹴而就，其往往需要通過沉浸式參與活動(dòng)、互動(dòng)式推理論證，進(jìn)而在認(rèn)知論水平或大概念水平的教學(xué)主題中不斷提升，方能達(dá)成科學(xué)思維的改善與優(yōu)化。正因如此，研究者旨在以課例研究的方式探究聚焦科學(xué)思維發(fā)展的生物學(xué)課堂教學(xué)基本策略。

一、以具身性參與浸潤(rùn)科學(xué)思維的萌芽

學(xué)生是科學(xué)思維學(xué)習(xí)的主體，教師則在課堂中扮演著學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織者與引導(dǎo)者的角色。有效教學(xué)需要教師設(shè)計(jì)有意義的學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生在課堂中全身心主動(dòng)投入學(xué)習(xí)，并在活動(dòng)的體驗(yàn)探究與認(rèn)知同化中不斷建構(gòu)知識(shí)。[2]然而，在實(shí)際教學(xué)中我們要注意到學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的不平衡性，即單純的行為參與可以促進(jìn)學(xué)生技能的發(fā)展，但并不能促進(jìn)學(xué)生高層次思維能力的發(fā)展;認(rèn)知參與是學(xué)生深度參與教學(xué)活動(dòng)的前提條件與典型特征;只有以積極的情感體驗(yàn)和深層次的認(rèn)知參與為核心的全面參與，才能促進(jìn)學(xué)生獲取各類高層次思維。簡(jiǎn)而言之，以體腦與情智等要素共同作用的學(xué)生具身性參與，方可啟發(fā)他們包含科學(xué)思維在內(nèi)的高階思維提升。為此，教師在生物學(xué)課堂教學(xué)中要堅(jiān)持采用啟發(fā)式教學(xué)、互動(dòng)式教學(xué)和探究式教學(xué)等方式，在留給學(xué)生學(xué)習(xí)空間的同時(shí)，引導(dǎo)他們主動(dòng)思考、質(zhì)疑探究，進(jìn)而悄然浸潤(rùn)其科學(xué)思維的萌芽。

以人教版必修2《遺傳與進(jìn)化》中“基因在染色體上”教學(xué)為例，教學(xué)目標(biāo)包含了通過對(duì)薩頓的假說和摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)分析，認(rèn)同并嘗試解釋基因在染色體上的結(jié)論，進(jìn)一步體會(huì)假說——演繹法等科學(xué)研究方法;運(yùn)用基因與染色體關(guān)系的知識(shí)，闡明孟德爾遺傳規(guī)律的實(shí)質(zhì)。此外，還需要通過科學(xué)進(jìn)程的學(xué)習(xí)研究，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)、大膽質(zhì)疑、小心求證的科學(xué)精神。本節(jié)教材內(nèi)容并未安排具體的探究性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，更多的是科學(xué)史的實(shí)驗(yàn)分析。這一過程會(huì)致使學(xué)生的行為參與不足，學(xué)習(xí)活動(dòng)的參與缺乏了實(shí)踐體驗(yàn)與具身探究的過程。因此，研究者作了如下改進(jìn)：對(duì)基因位于染色體上的假說和實(shí)驗(yàn)證據(jù)、孟德爾遺傳規(guī)律的現(xiàn)代解釋等重難點(diǎn)知識(shí)，采用列表進(jìn)行類比分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等活動(dòng)增強(qiáng)認(rèn)知參與，借助畫圖及學(xué)具模型操作等體驗(yàn)性、探究性活動(dòng)，增加了行為參與和情感參與，以此來給學(xué)生創(chuàng)設(shè)思考、表達(dá)與實(shí)踐的空間，發(fā)展理性思維和科學(xué)情感。具體教學(xué)流程如圖1所示。

二、以全面性互動(dòng)拓展科學(xué)思維的縱深

具身性的參與為科學(xué)思維的萌芽提供了沃土，然而單純的參與并非定能促進(jìn)思維的改善。思維的改善應(yīng)該是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，不斷依據(jù)現(xiàn)象做出假設(shè)、提出問題，基于事實(shí)證據(jù)進(jìn)行推理、論證，從而增進(jìn)其自身對(duì)科學(xué)概念以及本質(zhì)的理解。學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)是知識(shí)建構(gòu)與探究的思維活動(dòng)，是在合作、對(duì)話與交流的互動(dòng)中生成對(duì)前概念的轉(zhuǎn)變，是具有真實(shí)性與情境性的社會(huì)性學(xué)習(xí)活動(dòng)。[3]誠(chéng)然，拓展科學(xué)思維縱深的學(xué)習(xí)活動(dòng)中互動(dòng)過程是多方位的，包含了師生互動(dòng)、同伴（生生）互動(dòng)、人機(jī)互動(dòng)等，尤以同伴互動(dòng)為核心的學(xué)習(xí)和實(shí)踐共同體進(jìn)行知識(shí)分享、沖突解決，進(jìn)而共同向縱深發(fā)展科學(xué)思維。在全面性的互動(dòng)中，異質(zhì)性主體的思維相互碰撞、沖突與解構(gòu)，必然會(huì)有新的問題顯露，新的認(rèn)知矛盾產(chǎn)生，新的解決問題的方法出現(xiàn)，從而促進(jìn)了知識(shí)體系與思維方式的生成建構(gòu)。全面性的互動(dòng)提供了沖突與爭(zhēng)鳴的可能，徜徉其中有價(jià)值的教學(xué)資源會(huì)不斷被發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，才使得課堂教學(xué)的科學(xué)思維培養(yǎng)充滿著生機(jī)活力。

以“減數(shù)分裂和受精作用”教學(xué)為例，該內(nèi)容較為零散艱深，思維要求高，以教師講授為特點(diǎn)的教學(xué)往往會(huì)讓學(xué)生的學(xué)習(xí)停留在機(jī)械記憶的淺層水平。教學(xué)中應(yīng)以學(xué)生的演示、觀察和模擬操作活動(dòng)為主，選擇圖片、動(dòng)畫、錄像等輔助手段為學(xué)生提供必要的情境學(xué)習(xí)材料，規(guī)劃好適于學(xué)生討論的問題，在全面性的互動(dòng)中解決問題。如筆者在教學(xué)中設(shè)置了以下問題：（1）減數(shù)分裂過程中染色體的數(shù)目及細(xì)胞核中DNA含量變化如何？（2）如何判別二倍體生物細(xì)胞有絲分裂、減數(shù)分裂各時(shí)期的圖像？（3）如何根據(jù)細(xì)胞質(zhì)分裂情況判斷細(xì)胞名稱？（4）請(qǐng)分析減數(shù)分裂過程中染色體行為變化與孟德爾遺傳規(guī)律的關(guān)系。學(xué)生在討論過程中隨時(shí)都可能提出疑問或表達(dá)錯(cuò)誤觀點(diǎn)。教師在教學(xué)中就應(yīng)當(dāng)充分捕捉學(xué)生的質(zhì)疑、提問與試錯(cuò)信息，引導(dǎo)學(xué)生相互討論和交流，增加生生互動(dòng)的頻率。如筆者讓學(xué)生自己嘗試建構(gòu)模擬減數(shù)分裂過程的圖像時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤的模擬圖像。這些錯(cuò)誤恰恰是不可多得的教學(xué)資源，教師應(yīng)利用好這些試錯(cuò)的表現(xiàn)，讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)相互糾錯(cuò)，對(duì)不同的觀點(diǎn)進(jìn)行深入討論，讓他們通過“尋找證據(jù)—進(jìn)行推理—得出主張”的方式生成循證意識(shí)、訓(xùn)練論證技能[4]，從而拓展科學(xué)思維的縱深。

三、以統(tǒng)整性主題聚合科學(xué)思維的發(fā)展

科學(xué)思維能夠支持學(xué)生獲取新知、利用知識(shí)、建構(gòu)并評(píng)價(jià)假設(shè)和觀點(diǎn)，科學(xué)思維能力一旦獲得就不會(huì)失去，學(xué)生對(duì)科學(xué)進(jìn)行探索、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)、得出結(jié)論的過程都需要使用科學(xué)思維。[5]庫(kù)恩認(rèn)為“科學(xué)思維是智力發(fā)展的最終目標(biāo)。教育的核心在于發(fā)展學(xué)生的思維，尤其是科學(xué)思維”。[6]而在師生具身性參與的全面互動(dòng)課堂中，把課堂還給學(xué)生不是讓學(xué)生放任自流，而是要圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)開展有意義的學(xué)習(xí)活動(dòng)，所謂“形散”而“神聚”，就是要聚焦探究問題或生物學(xué)本質(zhì)認(rèn)識(shí)，聚合學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展，讓其生成連續(xù)性、整合性的工程化思維。在實(shí)際的課程教學(xué)中可以通過強(qiáng)化STEM教育和PBL教學(xué)（項(xiàng)目研究學(xué)習(xí)：project based learning;基于問題解決學(xué)習(xí)：problem based learning），從根本上改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，讓其生成連續(xù)性、整合性的工程化思維。無論是STEM教育，還是PBL教學(xué)，都是在以統(tǒng)整性主題進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)過程經(jīng)歷某一主題的問題發(fā)現(xiàn)、分析和解決過程。

如“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的教學(xué)中，筆者根據(jù)噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，采用問題鏈的教學(xué)方式聚合教學(xué)主題。設(shè)置問題1：用32P或35S標(biāo)記的T2噬菌體分別侵染未被標(biāo)記的大腸桿菌，經(jīng)過短時(shí)間保溫后，用攪拌器攪拌、離心，得到了相應(yīng)結(jié)果，讓學(xué)生看圖比較，回答離心的目的是什么。問題2：用32P或35S分別標(biāo)記的二組感染實(shí)驗(yàn)，放射性主要分布在哪里？這一結(jié)果說明了什么？學(xué)生在推導(dǎo)中通?？梢缘贸鯠NA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。此時(shí)，有學(xué)生提出異議，即實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能說明DNA是遺傳物質(zhì)，只能說明32P標(biāo)記的DNA主要在沉淀物中，也就是進(jìn)入細(xì)菌中，35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)主要在上清液中，也就是未進(jìn)入細(xì)菌中。教師肯定學(xué)生的異議，順?biāo)浦垡鰡栴}3：怎樣的同位素標(biāo)記法才能說明某種物質(zhì)是該生物的遺傳物質(zhì)呢？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)新的問題進(jìn)行思考，分析討論解決問題的方法。問題4：細(xì)菌裂解釋放的子代噬菌體中，可以檢測(cè)到32P標(biāo)記的DNA，但檢測(cè)不到35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)，可得出什么結(jié)論？學(xué)生得出結(jié)論：親代噬菌體將32P標(biāo)記的DNA傳給了子代噬菌體，DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。至此對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)已基本明朗，但教師并未將學(xué)生的思維在此“剎車”，而是進(jìn)一步提出問題5：該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾f明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)？既然DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)，為什么用32P標(biāo)記的一組感染實(shí)驗(yàn)結(jié)果上清液中也有少量放射性？這樣通過學(xué)習(xí)活動(dòng)再次生成新的問題，學(xué)生經(jīng)歷推理與論證，促進(jìn)了科學(xué)思維進(jìn)一步提升與聚焦。

指向科學(xué)思維核心素養(yǎng)培育的生物學(xué)課堂教學(xué)，不應(yīng)當(dāng)局限于師生互動(dòng)，也不應(yīng)該將學(xué)習(xí)活動(dòng)局限于教材內(nèi)容中，而是以具體的事實(shí)性知識(shí)、概念性知識(shí)為依據(jù)，創(chuàng)設(shè)解決問題的學(xué)習(xí)情境，根據(jù)學(xué)生的即時(shí)反應(yīng)提出難易適度、層層深入的問題，讓學(xué)生在復(fù)雜的情境中開展科學(xué)探究，利用所學(xué)知識(shí)，運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、批判與論證等方法，在分析與解決某一主題問題中，發(fā)展科學(xué)思維核心素養(yǎng)。

[本文系華東師范大學(xué)“國(guó)培計(jì)劃”中小學(xué)名師領(lǐng)航首期基地班立項(xiàng)課題“構(gòu)建科學(xué)探究實(shí)踐平臺(tái)，促進(jìn)高中生物教學(xué)變革”（項(xiàng)目編號(hào)：2018GP01-M12）、江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃立項(xiàng)課題“基于Exposome探究范式開發(fā)有觸感的生物課程”（項(xiàng)目編號(hào)：D/2018/02/179）研究成果]

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