黃珍

【摘要】科學(xué)思維素養(yǎng)是高中生物學(xué)科的四大核心素養(yǎng)之一，科學(xué)思維素養(yǎng)的提升是在運(yùn)用思維方法的過程中實(shí)現(xiàn)。以概念建?；顒?dòng)為平臺(tái)，通過情境激趣、問題驅(qū)動(dòng)讓學(xué)生親身參與概念模型構(gòu)建，在建模過程中滲透科學(xué)思維方法的運(yùn)用，有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】概念模型；科學(xué)思維；學(xué)生發(fā)展

科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任、生命觀念和科學(xué)探究是《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出的四大核心素養(yǎng)?？茖W(xué)思維是四者中的主要內(nèi)容，是形成生命觀念的重要途徑，也是科學(xué)探究的重要組成部分，因此有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)是教學(xué)的目標(biāo)之一。科學(xué)思維素養(yǎng)的提升是在運(yùn)用思維方法的過程中實(shí)現(xiàn)，而建模就是一種思維方法。教師圍繞教學(xué)內(nèi)容開展建?；顒?dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極動(dòng)手、動(dòng)腦和表達(dá)，引導(dǎo)他們運(yùn)用正確的科學(xué)思維方法去認(rèn)識(shí)事物和解決問題，在建?；顒?dòng)中發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維品質(zhì)。

一、概念模型與科學(xué)思維

第一，概念模型。模型是對(duì)研究的原型客體在保留其本質(zhì)屬性的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的抽象、概括并且簡(jiǎn)化，包括物理、概念、數(shù)學(xué)三種模型。概念模型指是以文字、符號(hào)來(lái)抽象概括出事物本身特征的模型。

第二，科學(xué)思維?？茖W(xué)思維素養(yǎng)是在事實(shí)和證據(jù)的基礎(chǔ)上，學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力?？茖W(xué)思維方法的類型有：比較與分類、分析與綜合、歸納與演繹、抽象與概括、建立模型、批判性思維等。新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生達(dá)到科學(xué)思維素養(yǎng)水平是：能認(rèn)識(shí)、形成及表達(dá)生物學(xué)概念；概括、揭示生物學(xué)規(guī)律并能表達(dá)其內(nèi)涵；在特定的情境能解釋生命現(xiàn)象和預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)或結(jié)果。

第三，概念模型的作用。概念模型的建立就是一種思維活動(dòng)，可以形成思維的產(chǎn)物——概念。簡(jiǎn)化的模型能外化腦中隱形的知識(shí)，直觀體現(xiàn)事物間的內(nèi)在聯(lián)系和概念之間的邏輯關(guān)系，能將零碎知識(shí)網(wǎng)絡(luò)化，是理解理論和應(yīng)用的橋梁，應(yīng)用概念模型幫助人們認(rèn)識(shí)更抽象更深層次的問題。概念模型建立與應(yīng)用有助于發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維水平。

二、基于科學(xué)思維發(fā)展的概念模型構(gòu)建活動(dòng)

第一，合理分組，分工明確。哈佛大學(xué)提出小組討論可達(dá)到知識(shí)吸收效率50%以上。建模活動(dòng)采用小組合作形式，4-6人一組。分組時(shí)充分考慮組員現(xiàn)有思維水平和成績(jī)，小組間差異小。活動(dòng)時(shí)統(tǒng)籌工作、記錄、管理紀(jì)律、工具的準(zhǔn)備以及發(fā)言和展示等任務(wù)需分配到個(gè)人。小組分工明確，相互監(jiān)督，利于活動(dòng)有序高效進(jìn)行。

第二，建模活動(dòng)的步驟。科學(xué)思維特征的結(jié)構(gòu)是崇尚真知的認(rèn)知?jiǎng)訖C(jī)—尊重事實(shí)和證據(jù)的認(rèn)知行為—正確邏輯的認(rèn)知方式—質(zhì)疑和批判的認(rèn)知品質(zhì)，因此筆者將基于發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的模型構(gòu)建活動(dòng)創(chuàng)設(shè)成5個(gè)環(huán)節(jié)。教師：情境引入激發(fā)認(rèn)知?jiǎng)訖C(jī)—提供事實(shí)和證據(jù)—布置任務(wù)或問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生參與—組織學(xué)生展示并適當(dāng)評(píng)價(jià)—布置新任務(wù)。學(xué)生：產(chǎn)生興趣—以事實(shí)和證據(jù)作為科學(xué)思維的起點(diǎn)—合作和討論，運(yùn)用科學(xué)的思維方法進(jìn)行建?！故境晒⒈硎?，質(zhì)疑批判修正—應(yīng)用建立的模型完成新任務(wù)。

三、基于科學(xué)思維發(fā)展的概念建?；顒?dòng)的教學(xué)策略

下面筆者就“生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)”（人教版必修三第5章第4節(jié)）談?wù)劯拍罱；顒?dòng)的教學(xué)策略。

1.情境激趣，生成知識(shí)

教師設(shè)計(jì)有趣的情境，通過巧設(shè)問題引發(fā)學(xué)生分析和綜合來(lái)構(gòu)建概念的模型，并通過評(píng)估、自我調(diào)整等認(rèn)知技能對(duì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)和修正，最終形成概念。例如，在“物質(zhì)循環(huán)的概念”教學(xué)中，筆者創(chuàng)設(shè)情境：“生物圈中物質(zhì)經(jīng)過幾億年利用都沒有減少，說(shuō)明物質(zhì)可反復(fù)利用，簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)你身體中有機(jī)物中碳如何成為奧巴馬身體中有機(jī)物中的碳。”這個(gè)有趣的問題一提出立刻引起同學(xué)們的興趣，并討論了起來(lái)。接著，筆者以模型展示學(xué)生的討論結(jié)果：自己（生物）→無(wú)機(jī)環(huán)境（漂洋過海）→生產(chǎn)者（生物）→奧巴馬（生物）。然后，筆者通過設(shè)計(jì)問題讓學(xué)生歷經(jīng)“局部分析→整體綜合→演繹修正”三個(gè)過程建立概念“物質(zhì)循環(huán)”的模型。問題如下：①上述過程碳的存在形式有無(wú)發(fā)生變化？物質(zhì)循環(huán)的物質(zhì)是元素、化合物還是單質(zhì)？②物質(zhì)在哪里與哪里之間循環(huán)？ ③請(qǐng)你嘗試用簡(jiǎn)單的概念圖表示物質(zhì)循環(huán)或提出物質(zhì)循環(huán)的概念……通過活動(dòng)可以讓學(xué)生積極參與討論，提高分析、綜合、推理的思維能力，促進(jìn)發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)水平二——能夠以特定的生物學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)形成簡(jiǎn)單的生物學(xué)概念，并能用文字或圖示的方式正確表達(dá)。

2.步驟有序，模型清晰

利用雜亂無(wú)章的信息建立成一個(gè)清晰顯現(xiàn)概念之間關(guān)系的模型并不容易，構(gòu)建模型時(shí)有序的步驟顯得尤為重要。例如，筆者在“碳循環(huán)”教學(xué)中，首先師生根據(jù)碳元素在群落和生物群落無(wú)機(jī)環(huán)境之間循環(huán)來(lái)確立模型中的對(duì)象（圖1），讓學(xué)生基于已知的生物事實(shí)按步驟構(gòu)建“碳循環(huán)”的模型（圖2）。

活動(dòng)任務(wù)一：根據(jù)下列步驟，構(gòu)建“碳循環(huán)”的模型。（1）用箭頭表示碳從無(wú)機(jī)環(huán)境進(jìn)入群落（寫出生命活動(dòng)、說(shuō)出碳的形式） ；（2）箭頭表示碳在群落內(nèi)部中轉(zhuǎn)移途徑（寫出生命活動(dòng)、說(shuō)出碳的形式） ；（3）箭頭表示碳進(jìn)入無(wú)機(jī)環(huán)境的途徑（寫出生命活動(dòng)、說(shuō)出碳的形式） 。

活動(dòng)任務(wù)二：根據(jù)完善后的模型概括出：（1）碳循環(huán)的主要形式；（2）碳進(jìn)入群落的途徑；（3）碳返回到無(wú)機(jī)環(huán)境的途徑。

活動(dòng)任務(wù)三：根據(jù)模型請(qǐng)分析空氣中二氧化碳的含量增加的原因，由此帶來(lái)什么危機(jī)？談?wù)勛约旱牡吞忌畈⒄f(shuō)明理由。

任務(wù)一讓學(xué)生有序地把客觀事物聯(lián)系起來(lái)；任務(wù)二讓學(xué)生基于模型進(jìn)行概括；任務(wù)三需要學(xué)生運(yùn)用模型解決實(shí)際問題。這三個(gè)任務(wù)驅(qū)使學(xué)生利用抽象、歸納、概括、批判性思維等思維方法，促進(jìn)發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)水平三和四——基于事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用歸納的方法概括出生物學(xué)規(guī)律，對(duì)可能的發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)，解決實(shí)際問題。

3.應(yīng)用模型，啟思助解

知識(shí)和技能只有通過學(xué)生的二次歸納和應(yīng)用才能內(nèi)化。運(yùn)用剛建立的概念模型既可鞏固剛學(xué)的知識(shí)，又可理解更深層次的抽象知識(shí)。例如，學(xué)生難以理解“能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是同一過程”。因此，筆者在“能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系”教學(xué)中布置模型修改活動(dòng)：請(qǐng)將構(gòu)建的碳循環(huán)的模型修改為能量流動(dòng)的模型圖（圖3、4）。并分析二者的異同，概括出二者的關(guān)系。此活動(dòng)通過觀察、比較、分析的思維方法完成，有利于發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)水平四——利用多個(gè)相關(guān)的生物學(xué)大概念，通過邏輯推理闡明個(gè)人立場(chǎng)。

以概念建?；顒?dòng)為平臺(tái)，通過情境激趣，問題驅(qū)動(dòng)讓學(xué)生親身參與模型構(gòu)建，在建模過程中將科學(xué)思維方法的訓(xùn)練滲透進(jìn)去，達(dá)到知識(shí)生成的同時(shí)又提高了學(xué)生的思維能力。小組內(nèi)的互助和監(jiān)督提高了構(gòu)建模型成功的可能性，模型的完善過程增強(qiáng)了學(xué)生思維的嚴(yán)密性，應(yīng)用新構(gòu)建的模型提高了學(xué)生理解和解決問題的能力。綜合所述，教師精心設(shè)計(jì)模型構(gòu)建活動(dòng)促進(jìn)了學(xué)生的科學(xué)思維的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張迎春.中學(xué)生物教材研究與教學(xué)設(shè)計(jì)[M]. 陜西：陜西師范大學(xué)出版社，2011：6.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.