林惠蓮(福建省福安市第二中學(xué) 355001)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》對“科學(xué)思維”進行如下描述:尊重事實和證據(jù),崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度,運用科學(xué)的思維方式認識事物,解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。從思維習(xí)慣或能力來看,包括歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等。而課堂是培養(yǎng)科學(xué)思維的主戰(zhàn)場,自主課堂是以學(xué)生學(xué)習(xí)基本情況和發(fā)展水平為立足點,為學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)真實開放的情境,設(shè)計適合學(xué)生探究的自主活動,側(cè)重培養(yǎng)不同思維方式,鍛煉思維品質(zhì)。這種課堂模式框架是以多樣化的表現(xiàn)形式為基礎(chǔ),充分調(diào)動學(xué)生課堂的積極性,建設(shè)具有生活價值的學(xué)習(xí),從而達到提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的課堂目標(biāo)。

一、 理論基礎(chǔ)

1.科學(xué)思維培養(yǎng)的心理學(xué)基礎(chǔ)

感覺運動階段、前運算階段、具體運算階段以及形式運算階段是皮亞杰認知發(fā)展理論的四個關(guān)聯(lián)遞進階段。隨著學(xué)生年齡增長和認知能力發(fā)展的提高,一般來說,高中生身心已經(jīng)到具體運算階段和形式運算階段。教師應(yīng)設(shè)計合理、真實化的問題場景,引導(dǎo)學(xué)生對問題進行多方面、多角度思考,訓(xùn)練學(xué)生思維品質(zhì)的深刻性,從而達到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的目的。

2.自主課堂教學(xué)模式的教育理論

自主課堂教學(xué)模式教育理念契合建構(gòu)主義理論發(fā)展,主張學(xué)生是教學(xué)活動的主體。自主課堂教學(xué)模式強調(diào)學(xué)習(xí)是一個主動建構(gòu)并與他人進行互動交流的思維活動過程。這種課堂教學(xué)模式不僅要求注重對學(xué)習(xí)者認知能力的意義構(gòu)建資源的設(shè)計,還應(yīng)創(chuàng)設(shè)與學(xué)習(xí)者認知水平相適應(yīng)的情境。教師通過為學(xué)生主體創(chuàng)設(shè)合適情境,引導(dǎo)學(xué)生主體進行自我發(fā)現(xiàn)與自主探究,并建立學(xué)生主體與知識之間的互動練習(xí),培養(yǎng)學(xué)生思維模式。

二、 實施目標(biāo)

本文主要以人教版高中生物選擇性必修二第1章第2節(jié)“種群數(shù)量的變化”為例,開展自主課堂教學(xué)。通過對此知識的學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生在培養(yǎng)科學(xué)思維狀況下,了解科學(xué)化的學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)模式,嘗試主動進行科學(xué)探究學(xué)習(xí),逐步學(xué)會用科學(xué)思維看待問題、建立知識架構(gòu),解決問題。同時,針對“種群數(shù)量的變化”學(xué)科知識,通過自主課堂教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生逐漸掌握相關(guān)知識內(nèi)容。

三、 模式實施

1.概況圖

自主課堂模式的設(shè)計與實施主要以培養(yǎng)科學(xué)思維為目標(biāo),依據(jù)問題提出假設(shè),在探究活動中找出證據(jù)。對于課堂的具體開展,主要分為四個環(huán)節(jié)。首先,以學(xué)生已有認知為基礎(chǔ),創(chuàng)設(shè)真實教學(xué)情境并建立問題表征。其次,以活動作為載體,實施認知操作,引導(dǎo)學(xué)生提高對知識的認知能力,同時,從活動中獲取學(xué)生對知識的了解程度信息,強化活動意義。再次,建立認知結(jié)構(gòu)模型,優(yōu)化知識結(jié)構(gòu),培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)能力。同時,將已優(yōu)化的知識結(jié)構(gòu)反饋給原有的認知結(jié)構(gòu),更新認知結(jié)構(gòu)。最后,遷移應(yīng)用,將在生物學(xué)科中學(xué)到的知識進行遷移,將其應(yīng)用到其他學(xué)科或者領(lǐng)域中,獲得重要知識概念,不斷提升思維品質(zhì)。

圖1 基于科學(xué)思維培養(yǎng)的自主課堂實施模式

2.設(shè)計背景

科學(xué)思維的培養(yǎng)是教師進行教學(xué)設(shè)計的目的之一,也是新課改對學(xué)生提出的新要求。以學(xué)生生活中較為熟悉的酵母菌知識作為探究主題,以“種群數(shù)量變化規(guī)律”為主線,進行自主課堂教學(xué)適合當(dāng)下課程改革方向。

3.學(xué)情分析

酵母菌在生活中的應(yīng)用較為廣泛,例如,饅頭、面包的制作,發(fā)酵產(chǎn)物的生產(chǎn)等。對于酵母菌的感性認知,學(xué)生存在探究種群數(shù)量變化的基礎(chǔ),高二學(xué)段的學(xué)生在認知能力以及學(xué)習(xí)能力方面發(fā)展較為成熟,具有分析與探究的能力,但對實驗進行整體探究還缺乏對知識的整體架構(gòu)能力與科學(xué)思考問題能力。設(shè)置合理化的開放性問題引導(dǎo)學(xué)生進行指向具有生活價值的學(xué)習(xí),是十分必要的。

4.教學(xué)目標(biāo)

實施自主課堂模式,教學(xué)目標(biāo)應(yīng)分層設(shè)計,以滿足不同層次學(xué)生達成不同目標(biāo)的要求。

(1)學(xué)會利用抽樣檢測法,使用血球計數(shù)板對酵母菌進行計數(shù)。

(2)通過探究酵母菌種群數(shù)量的變化,嘗試建構(gòu)種群數(shù)量增長的數(shù)學(xué)模型,比較分析“J”型曲線與“S”型曲線。(培養(yǎng)歸納與概括、類比分析、模型與建模的思維)

(3)循著“現(xiàn)象—本質(zhì)—現(xiàn)象”的思路,借助數(shù)學(xué)模型解釋并預(yù)測種群數(shù)量增長變化趨勢。(作出假設(shè),指向開放性思維)

(4)分析影響種群數(shù)量變化的因素,正視環(huán)境條件對種群數(shù)量的影響。(分析歸納,進行批判性思維)

5.具體策略

(1)課前設(shè)計——研判學(xué)情,摸清思維起點。

陶行知先生認為,教育需要根據(jù)學(xué)生的一般特點,透過啟發(fā)性的教育手段,培養(yǎng)和指導(dǎo)他們對特殊活動取得更深了解。對于思維起點的摸索,首先需要了解學(xué)生認知能力、學(xué)習(xí)能力以及思維能力發(fā)展現(xiàn)狀,應(yīng)研判學(xué)情,依據(jù)學(xué)生自身狀況以及知識特點,進行課堂教學(xué)設(shè)計。對于學(xué)生的發(fā)展現(xiàn)狀,應(yīng)適當(dāng)設(shè)置課前環(huán)節(jié)?？梢酝ㄟ^開放性的問題,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,問題應(yīng)與學(xué)生平時生活中感受到種群數(shù)量變化的困惑點相聯(lián)系,激發(fā)好奇心,找到學(xué)習(xí)關(guān)注方向。問題設(shè)置還要有引導(dǎo)性和鼓舞性,能在大腦中調(diào)試出對“種群數(shù)量存在變化”的已有認知范疇,摸清思維起點。

(2)課堂路徑——設(shè)計活動,促進思維生長。

①創(chuàng)設(shè)情境,建立問題表征

陶行知先生認為,教育需要在學(xué)生自身的基礎(chǔ)上,運用環(huán)境的影響,以培養(yǎng)、加強他們的創(chuàng)造力。教學(xué)情境是課堂教學(xué)的基本要素,創(chuàng)設(shè)基于生活的情境,挖掘和利用學(xué)生經(jīng)驗,能喚醒生物學(xué)科教學(xué)向生活回歸,切實明白知識的價值。而有價值的教學(xué)情境是內(nèi)含問題的情境,問題才是通向?qū)W生思維的大門。教師需要有意識地設(shè)計并提出適合學(xué)習(xí)目標(biāo)的問題來引領(lǐng)學(xué)習(xí)特定教學(xué)內(nèi)容。在日常生活中,學(xué)生對生物種群的數(shù)量變化已有感性認識基礎(chǔ),自然界不同生物種群數(shù)量有很大差異,即使在一定區(qū)域內(nèi)同一種群數(shù)量也會發(fā)生變化。如何去探尋種群數(shù)量變化的規(guī)律及影響因素是學(xué)生的困惑點。酵母菌作為生活必備品,常用于釀酒、制作面包,立足于生活情境,建立問題表征實施教學(xué)。

②設(shè)計活動,實施認知操作

活動是自主課堂的有效載體,有效的活動可以建立在認知沖突基礎(chǔ)上,設(shè)計適合學(xué)生科學(xué)思維能力發(fā)展的有益指導(dǎo)和資源,提出建立積極期待的問題串,驅(qū)動學(xué)生進行復(fù)雜水平的認知活動,使學(xué)生具有效能和增長性思維,助推思維生長,促進深度理解和學(xué)習(xí)。具體活動設(shè)計如下。

活動1:做出假設(shè),歸納推理,構(gòu)建“J”型曲線。

提供資料分析:在理想條件下,酵母菌出芽繁殖需要2小時。

問題1:1mL 菌種中含有4×105個酵母菌,向100mL的培養(yǎng)液中接種1mL 菌種,培養(yǎng)6 小時,酵母菌的數(shù)量是多少?

問題2:假設(shè)酵母菌的初始數(shù)量是N0,培養(yǎng)t小時后,酵母菌數(shù)量Nt是多少(用數(shù)學(xué)公式和曲線圖表達)?

問題3:酵母菌種群數(shù)量出現(xiàn)上述曲線中的變化趨勢,需要的條件是什么?

利用問題引導(dǎo)學(xué)生思考、分析、歸納酵母菌種群在理想條件下的“J”型增長,賦數(shù)學(xué)模型予生物學(xué)意義。

活動2:分組合作,尋找證據(jù),構(gòu)建“S”型曲線。

全班分組,分別對不同培養(yǎng)時間的酵母菌種群進行計數(shù),整理數(shù)據(jù),繪制曲線,共同構(gòu)建,歸納概括構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的步驟。

活動3:分析交流,感悟思考,促進概念理解。

課堂活動設(shè)計更重視對相關(guān)問題的思考,從學(xué)生自己的認知和生物學(xué)科視角出發(fā),按照“現(xiàn)象-本質(zhì)”的邏輯思路精心設(shè)計一組有梯度的問題串,使學(xué)生成為問題情境角色,培養(yǎng)建構(gòu)模型、分析問題、解決問題的能力,從而促進學(xué)生提高分析與概括、建立模型、批判性思維的能力。

問題1:為什么實驗結(jié)果沒有出現(xiàn)J型增長?

問題2:分析不同培養(yǎng)時間,酵母菌種群數(shù)量變化不同的原因是什么?

問題3:酵母菌種群數(shù)量變化達到最大后,出現(xiàn)波動的原因是什么?

問題4:如果繼續(xù)延長培養(yǎng)時間,酵母菌種群數(shù)量還能維持相對穩(wěn)定嗎? 請分析原因。

問題5:請分析影響自然界中的種群數(shù)量變化的因素有哪些?

③意義建構(gòu),優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)

良好的認知方式遵循從真實情境開始,從事實中感知、提取、加工和理解相關(guān)內(nèi)容從而獲取知識,新知識通常在舊知識基礎(chǔ)上拓展和衍生,彼此有強關(guān)聯(lián)。意義建構(gòu)的目的在于結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化知識,幫助學(xué)生形成整體觀念,深刻理解知識,賦予知識生長力。結(jié)構(gòu)化的知識不僅可以解釋自然界奧秘,而且能將學(xué)習(xí)者帶到理解新高度,對學(xué)生今后行為方式提供有效指導(dǎo)。目前,思維導(dǎo)圖以結(jié)構(gòu)化的圖狀形式廣受接納。學(xué)生根據(jù)個人理解,在頭腦里創(chuàng)造全景圖,建構(gòu)系統(tǒng)完整的不同框架結(jié)構(gòu)體系,也有利于形成多元的發(fā)散性思維模式,提升思維品質(zhì)。

④遷移應(yīng)用,獲得重要概念

知識的學(xué)習(xí)應(yīng)體現(xiàn)出學(xué)習(xí)的生活價值,創(chuàng)新和應(yīng)用才是知識的最終使命。自主課堂教學(xué)模式從情境中來也回歸到生活情境中去,解釋實際現(xiàn)象,解決現(xiàn)實問題。知識的遷移可以應(yīng)用在不同問題條件下解決問題。要將知識學(xué)習(xí)與個體和公共生活聯(lián)系起來,加強實踐活動,形成積極的態(tài)度和正確的價值觀。知識也回歸生活和改造社會、潤養(yǎng)和塑造個體內(nèi)心及行為,體現(xiàn)出真正的價值和使命。如本節(jié)以數(shù)學(xué)模型描述酵母菌種群數(shù)量的變化規(guī)律,并受到生物因素和非生物因素制約,通過問題分析,正視環(huán)境因素對種群數(shù)量的影響。

四、 教學(xué)評價

自主課堂的學(xué)習(xí)具有建構(gòu)性、情境性、社會性和思維性等特點,屬于課程改革所倡導(dǎo)的思維型教學(xué)方式。自主課堂設(shè)計與實施,學(xué)生是積極主動的建構(gòu)者。教師創(chuàng)設(shè)真實教學(xué)情境,以“情境—活動—建構(gòu)—遷移”的策略方式,對知識進行架構(gòu),促進學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展,同時,讓知識內(nèi)容和思維習(xí)慣在深度和廣度上得到增長,從而促進學(xué)生生物核心素養(yǎng)發(fā)展。