秦發(fā)學(xué)

摘 要：在新課改背景下，科學(xué)思維是高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的核心素養(yǎng)之一。生物學(xué)是一門自然學(xué)科，與語文、數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理等學(xué)科在知識、思維等方面有相關(guān)性。教學(xué)中根據(jù)高中生物教材內(nèi)容，尋找出學(xué)生學(xué)習(xí)中的困惑，適當(dāng)聯(lián)系有關(guān)學(xué)科的知識和思維形成跨學(xué)科科學(xué)思維，促進(jìn)不同學(xué)科間融會貫通，減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，有效促進(jìn)教學(xué)效果的提高。

關(guān)鍵詞：高中生物學(xué)科；跨學(xué)科科學(xué)思維；培養(yǎng)

中圖分類號：G633.91? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1673-8918（2023）16-0128-04

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的重要舉措，是服務(wù)創(chuàng)新型國家發(fā)展戰(zhàn)略的基本要求?？茖W(xué)思維是《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中生物學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，課程標(biāo)準(zhǔn)中將科學(xué)思維定義為：“指尊重事實(shí)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力?！彼自捳f“他山之石，可以攻玉”，在教學(xué)過程中，教師要善于借助教學(xué)內(nèi)容中涉及的語文、數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理等學(xué)科知識和科學(xué)思維，啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科的科學(xué)思維，逐步使學(xué)生形成認(rèn)識事物的正確價值觀，形成良好的思維品格，提高解決問題的能力。

一、 基于核心素養(yǎng)的閱讀、理解、歸納和概括能力的培養(yǎng)

生物學(xué)科是一門自然學(xué)科，在研究過程中要觀察生物現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)、生理變化等事實(shí)和證據(jù)，用科學(xué)、簡潔、規(guī)范的語言歸納和概括生物的生命現(xiàn)象，闡述生物學(xué)問題，得到生物學(xué)的結(jié)論、概念和原理等。并且還要具有讀懂、理解科學(xué)家研究的文獻(xiàn)資料、生物學(xué)概念和原理的能力，會解決有關(guān)問題。這些是與學(xué)生深厚的語文學(xué)科能力所要求的閱讀、理解、歸納和概括功底是分不開的。

（一）學(xué)生生物學(xué)科的閱讀、理解、歸納和概括能力不足的原因

高中學(xué)生經(jīng)歷了初中生物學(xué)知識的學(xué)習(xí)后，儲備了一定的知識，具備了一定的思維能力。但客觀上受到初中認(rèn)知水平的限制，初中教材的知識體系比較簡單，主要是一些生物學(xué)結(jié)構(gòu)、生活現(xiàn)象的描述，思維層面上升的內(nèi)容比較少。初中生物在中考中占的分值也低，且為選考，考試中識記性的內(nèi)容比較多，科學(xué)思維方面的試題比較淺顯且較少。教學(xué)中有些初中學(xué)校又壓縮正常教學(xué)課時，只有部分學(xué)生選考，在中考前選考學(xué)生突擊背誦。有些學(xué)校認(rèn)為生物分值不高，背背記記即可。有些學(xué)校生物師資配備不足，用其他學(xué)科教師教生物課。主觀上學(xué)生的身心發(fā)育有限，思維能力的形成有限，在學(xué)習(xí)中只是應(yīng)付考試。這就造成了教師在教學(xué)和學(xué)生在學(xué)習(xí)中忽視了生物學(xué)科科學(xué)思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生在閱讀、理解、歸納和概括能力方面的不足、斷層和脫節(jié)。

（二）在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生閱讀、理解、概括和歸納能力的策略

1. 充分利用教材中的實(shí)證情景培養(yǎng)學(xué)生的閱讀、理解、歸納和概括能力

高中生物教材編排的特點(diǎn)之一是，在有些章節(jié)內(nèi)容中先給一段或一句原理或結(jié)論性的話，再舉出實(shí)證情景，如生活現(xiàn)象、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物學(xué)實(shí)例、生理過程、科學(xué)家的研究歷程等進(jìn)行證明。如：新教材必修一第1章第1節(jié)《細(xì)胞學(xué)說及其建立過程》內(nèi)容中教材給出“細(xì)胞學(xué)說的內(nèi)容”，然后給出思考討論“分析細(xì)胞學(xué)說建立過程”的發(fā)展史。這部分教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生讀什么、怎么讀，然后找出原理和實(shí)證的關(guān)系，明白如何利用實(shí)證來理解原理或結(jié)論。教材編排的另一個特點(diǎn)是，有些章節(jié)內(nèi)容先給出一些實(shí)證情景，再歸納概括得出原理和結(jié)論。如新教材必修一第1章第1節(jié)《細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)》內(nèi)容中，教材先舉出實(shí)證：單細(xì)胞生物，多細(xì)胞生物的反射活動、動植物細(xì)胞的代謝、生長發(fā)育、遺傳變異等。接著給出結(jié)論：細(xì)胞是生命活動的基本單位，生命活動離不開細(xì)胞。有多個實(shí)證情境出現(xiàn)時，教師教學(xué)要對情境材料進(jìn)行整合，善于引導(dǎo)學(xué)生將情境分門別類，找到多個情境的相同點(diǎn)、不同點(diǎn)，分析比較情景中揭示的本質(zhì)規(guī)律，歸納概括得出結(jié)論。并將得出的結(jié)論與教材中給出的結(jié)論進(jìn)行對照比較，找出不足，通過這樣反復(fù)訓(xùn)練，提高學(xué)生用科學(xué)簡潔的生物學(xué)術(shù)語進(jìn)行歸納概括的能力。以上特點(diǎn)在教材中比比皆是，教師在教學(xué)中只要善于發(fā)現(xiàn)、勤于思考，就能以此培養(yǎng)學(xué)生的能力，提高教師對教材的理解、處理、使用能力，從而懂得用教材教而不是教教材。

2. 提高學(xué)生閱讀理解歸納生物學(xué)概念的能力

生物學(xué)概念包括大概念、重要概念、次要概念。次要概念是生物學(xué)教學(xué)的基本單元，是對生物現(xiàn)象、生理過程、生命規(guī)律和生物學(xué)原理的高度概括。因此，在次要概念的教學(xué)中教師引導(dǎo)學(xué)生利用語文教學(xué)中句子成分的劃分方法找出主語、謂語、賓語、定語。找出概念的內(nèi)涵和外延，內(nèi)涵是對概念本質(zhì)的規(guī)定，是由主語、謂語、賓語構(gòu)成的；外延是對概念應(yīng)用范圍或量的規(guī)定，由定語部分構(gòu)成。學(xué)生只有正確理解概念的含義，概念是如何形成的，才能準(zhǔn)確地應(yīng)用概念解釋、解決生物學(xué)情境中的問題。如：有氧呼吸是指細(xì)胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。在這個次要概念中：主語為有氧呼吸，謂語為“是”，賓語為“過程”，其他為定語。在定語中指出有氧呼吸的條件為氧、酶，反應(yīng)物為葡萄糖，產(chǎn)物為二氧化碳和水、大量ATP，反應(yīng)的程度為徹底氧化分解。教學(xué)中也可以通過這種閱讀分析方法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)無氧呼吸的概念，找出兩個概念中的相同點(diǎn)、不同點(diǎn)，加深學(xué)生對概念的理解，提高歸納概念的能力，使學(xué)生能在理解概念的基礎(chǔ)上更好地學(xué)習(xí)有氧呼吸和無氧呼吸生理過程的幾個階段。另外，教學(xué)中發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生在生活中很少參加勞動，生活閱歷淺、生活常識少，對有些名詞不理解，如：鮮重、干重、增殖、真核、有絲分裂、無絲分裂等，對這一類名詞也可引導(dǎo)學(xué)生采用望文生義的方法進(jìn)行理解，如：鮮重就是新鮮時的重量，增殖就是增加繁殖，真核就是有真正的細(xì)胞核，也就是有核膜包被形成的等。

3. 重視讀圖訓(xùn)練，提高學(xué)生圖示閱讀歸納能力

高中生物教材中有許多結(jié)構(gòu)示意圖、概念圖、模型圖、生理過程圖、柱形圖、直角坐標(biāo)系下的曲線圖、圖表等，這些圖將生物學(xué)中復(fù)雜的信息直觀、簡潔地呈現(xiàn)出來，能夠幫助學(xué)生認(rèn)識、理解問題，在教學(xué)中教師要重視學(xué)生的讀圖、用圖能力訓(xùn)練。對結(jié)構(gòu)示意圖、概念圖、模型圖、餅狀圖要引導(dǎo)學(xué)生看圖說話，盡可能地用生物學(xué)術(shù)語、知識與圖示相結(jié)合讀懂圖意，歸納整理、用語言科學(xué)表述圖示反映的信息。對生理過程圖按照圖示中反映生理變化順序的箭頭結(jié)合有關(guān)知識讀懂圖意，解決有關(guān)問題。對柱形圖、直角坐標(biāo)系下的曲線圖、圖表等要注意研究的自變量、因變量與圖中縱橫坐標(biāo)之間的關(guān)系，結(jié)合所學(xué)知識讀出縱橫坐標(biāo)的含義，曲線中起點(diǎn)、交點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)的含義、曲線的變化趨勢等，然后歸納總結(jié)圖中反映的生物學(xué)原理、結(jié)論等，進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的表述。教學(xué)中通過不斷地引導(dǎo)、分析、訓(xùn)練、積累，提高學(xué)生的閱讀、理解、歸納能力。

二、 基于學(xué)科素養(yǎng)的模型與建模、演繹與推理能力的培養(yǎng)

在生物學(xué)中為了反映生物體的微觀結(jié)構(gòu)、概念間的包含關(guān)系、揭示生命規(guī)律，教材中介紹了物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型、演繹推理法，通過這些科學(xué)思維的培養(yǎng)使學(xué)生逐步形成認(rèn)識事物、闡釋生命規(guī)律的能力。而這些能力的培養(yǎng)是與動手能力、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的邏輯思維、歸納能力分不開的。

（一）高中學(xué)生模型與建模、演繹與推理能力形成不足的現(xiàn)狀

高中生物教材中有許多模型，其中構(gòu)建的物理模型有真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型、滲透實(shí)驗(yàn)裝置模型、細(xì)胞膜的成分結(jié)構(gòu)模型、性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)、建立減數(shù)分裂中染色體變化的模型、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型；概念模型在課后習(xí)題中以概念圖的形式呈現(xiàn)；數(shù)學(xué)模型有蛋白質(zhì)合成中肽鍵數(shù)目的計(jì)算、細(xì)胞分離數(shù)目的計(jì)算、配子和基因型種類的計(jì)算、基因頻率和基因型頻率的計(jì)算、理想條件下種群數(shù)量的計(jì)算、J型曲線、S型曲線等；演繹推理體現(xiàn)在孟德爾研究基因的分離規(guī)律和自由組合規(guī)律、摩爾根研究果蠅的伴性遺傳、DNA的復(fù)制等實(shí)驗(yàn)中。通過教材中的模型教學(xué)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生理解掌握的情況仍然有諸多不足，如：物理模型構(gòu)建得不形象、不直觀、比例失調(diào)、結(jié)構(gòu)布局不合理、材料選擇單一，不能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能的和諧美。概念模型形式單一、大小概念間包含、邏輯關(guān)系理不清；數(shù)學(xué)模型中的曲線含義不理解，不能理解在生物學(xué)科情景下的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過程，數(shù)學(xué)公式中字母代表的生物學(xué)含義以及公式適用的范圍；對演繹推理中的實(shí)驗(yàn)過程沒有生活體驗(yàn)、沒有種植業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)歷，對農(nóng)作物的生命歷程沒有直觀的認(rèn)識，搞不清農(nóng)作物的生活習(xí)性。對演繹推理的具體過程理解不透徹，缺乏由此及彼、舉一反三的應(yīng)用能力。

（二）教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生模型與建模、演繹與推理能力的策略

1. 教學(xué)中在制作物理模型時，教師先引導(dǎo)學(xué)生觀察教材中有關(guān)模型或細(xì)胞結(jié)構(gòu)的示意圖，看各結(jié)構(gòu)在細(xì)胞或模型中的位置、大小、比例；應(yīng)在安全的基礎(chǔ)上提供多類主要材料，如：橡皮泥、泡沫包裝材料、面團(tuán)、質(zhì)地較軟的塑料材料、其他輔助材料根據(jù)需要準(zhǔn)備；學(xué)生通過用手制作、用眼觀察、用腦思考，經(jīng)過親力親為制作出科學(xué)合理的美觀模型，從而加強(qiáng)對所學(xué)知識的掌握、理解和應(yīng)用。

2. 對概念模型的構(gòu)建，教學(xué)中教師引導(dǎo)學(xué)生把握概念的本質(zhì)、理解概念的內(nèi)涵和外延，掌握概念的包含關(guān)系。通過概念圖、思維導(dǎo)圖、數(shù)學(xué)中的子集、交集、并集等集合關(guān)系構(gòu)建概念模型。理解大概念、重要概念、次要概念的關(guān)系。理解名詞上相近的概念，如：原生質(zhì)體和原生質(zhì)層、載體和運(yùn)載體、過敏原和抗原等。在含義上相反的概念，如：自由水和結(jié)合水、顯性基因和隱性基因等。

3. 數(shù)學(xué)模型的建立有助于學(xué)生對生物學(xué)中某些核心概念的理解，提高學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。在人教版高中生物學(xué)教材選擇性必修2第一章第2節(jié)以“酵母菌的種群數(shù)量變化”為例，提出構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的四個步驟，“觀察研究對象，提出問題→提出合理的假設(shè)→根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)→通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正”。教學(xué)中教師在構(gòu)建數(shù)學(xué)模型時通過具體實(shí)例善于引導(dǎo)，師生通過前幾步的逐步分析，共同推理，采用不完全歸納法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并弄明白模型中字母的含義，就可運(yùn)用模型解決問題。如：冪2n（n為正整數(shù)）在高中生物學(xué)中有廣泛的應(yīng)用：①一個親代細(xì)胞分裂n次產(chǎn)生子細(xì)胞的數(shù)目可用2n計(jì)算，n的含義為細(xì)胞分裂的次數(shù)；②一個基因型為AaBbDDEe……的個體產(chǎn)生配子的種類、自交產(chǎn)生后代表現(xiàn)型的種類都可用2n計(jì)算，n的含義為等位基因的對數(shù)；③一個親代DNA分子復(fù)制n次產(chǎn)生子代DNA的數(shù)目可用2n計(jì)算，n的含義為DNA復(fù)制的次數(shù)；④n個堿基對脫水縮合形成的DNA分子種類可用4n=22n計(jì)算，n的含義為堿基對的數(shù)目。類似于冪的形式在遺傳、DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄翻譯中還有很多，不勝枚舉。

三、 基于核心素養(yǎng)的物質(zhì)與能量觀的培養(yǎng)

細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，是由元素及其化合物按照一定的比例有機(jī)組合在一起形成的生命系統(tǒng)，細(xì)胞要不斷地和生活環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換，體現(xiàn)了細(xì)胞的物質(zhì)和能量觀、質(zhì)量和能量守恒定律，需要用物理和化學(xué)學(xué)科的相關(guān)知識和思維助力學(xué)生學(xué)習(xí)生物知識。

（一）高中生物教材中有關(guān)組成細(xì)胞的化合物和化學(xué)反應(yīng)可以說貫穿必修和選修教材中，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的有關(guān)知識不足。如：細(xì)胞中的微量元素Mn、B、Mo不知道元素名稱；8種必需氨基酸的識記；化學(xué)中的有機(jī)化學(xué)知識學(xué)習(xí)較少或滯后導(dǎo)致五碳糖、六碳糖、淀粉、甘油、脂肪酸、許多氨基酸的化學(xué)式和結(jié)構(gòu)式不了解；學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)、多糖、核酸、ATP、磷脂的合成和結(jié)構(gòu)理解不透；乳酸（C3H6O3）、乙酸（或醋酸CH3COOH）、乙醇（C2H5OH）、乙醛（CH3CHO）、丙酮酸（C3H4O3）區(qū)分不清。淀粉、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪的消化水解產(chǎn)物遺忘；不能區(qū)分有機(jī)物的水解產(chǎn)物和徹底水解產(chǎn)物；還原糖和斐林試劑、蛋白質(zhì)和雙縮脲試劑的反應(yīng)本質(zhì)不清楚。光合作用、有氧呼吸、無氧呼吸（酒精發(fā)酵和乳酸發(fā)酵）、醋酸發(fā)酵、ATP與ADP的轉(zhuǎn)化等表達(dá)式不能按要求書寫。實(shí)驗(yàn)中有些化學(xué)儀器、化學(xué)試劑、實(shí)驗(yàn)裝置（蒸餾、萃取、分液）的使用原理和方法掌握欠缺。同位素標(biāo)記法（穩(wěn)定同位素：幾乎不具有放射性，如18O、15N等；放射性同位素：具有放射性，如：14C、32P、3H、35S等）、差速離心法、熒光標(biāo)記法、衍射圖譜等技術(shù)的原理不清楚等。

（二）教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)物理和化學(xué)知識的策略

1. 對學(xué)生學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的有關(guān)元素和化合物的名稱、結(jié)構(gòu)和化學(xué)式的問題，教師在教學(xué)中只要在備課時找出結(jié)構(gòu)展示給學(xué)生，在短時間引導(dǎo)學(xué)生善于觀察、比較、歸納就比較容易掌握了。如：比較五碳糖中的核糖（C5H10O5）和脫氧核糖（C5H10O4）的結(jié)構(gòu)和化學(xué)式發(fā)現(xiàn)核糖比脫氧核糖多了一個氧原子。又如：通過觀察分析學(xué)生很容易掌握這些化合物。

2. 對化學(xué)反應(yīng)的原理和表達(dá)式，在教學(xué)時教師善于和學(xué)生歸類總結(jié)，注意書寫規(guī)則即可。如：蛋白質(zhì)的合成、DNA、RNA、ATP的合成都屬于脫水縮合反應(yīng)，在細(xì)胞內(nèi)需要酶的催化，只不過參與脫水縮合的官能團(tuán)不同，但都會由小分子合成大分子。蛋白質(zhì)和雙縮脲的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是在堿性環(huán)境下肽鍵和氫氧化銅反應(yīng)形成紫色絡(luò)合物，不論蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是否破壞，蛋白質(zhì)是否變性，肽鍵都沒破壞，這個反應(yīng)都會進(jìn)行。細(xì)胞代謝的化學(xué)反應(yīng)是一系列的化學(xué)變化，高中教材中的表達(dá)式只反映出反應(yīng)物、終產(chǎn)物、反應(yīng)場所、反應(yīng)條件，在反應(yīng)中的一系列中間反應(yīng)和中間產(chǎn)物沒表現(xiàn)出來，因此寫表達(dá)式時反應(yīng)物和產(chǎn)物之間用箭頭，而不用等號。如：光合作用的表達(dá)式為：CO2+H2O光葉綠體（CH2O）+O2。

總之，生物學(xué)科是一門自然學(xué)科，研究時要借助其他學(xué)科的思維、方法、技術(shù)手段等進(jìn)行研究。因此，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中要具有一定的跨學(xué)科創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

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