摘要 基于培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的課程目標(biāo)要求,概述了批判性思維的內(nèi)涵與組成要素,結(jié)合高中生物課堂教學(xué)實(shí)際,以“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”教學(xué)為例,提出培養(yǎng)批判性思維的激趣教學(xué)一般流程,為實(shí)施培養(yǎng)批判性思維的教學(xué)提供參考。
關(guān)鍵詞 批判性思維 激趣教學(xué) 生物膜流動(dòng)鑲嵌模型
中圖分類號(hào) G633. 91
文獻(xiàn)標(biāo)志碼B
《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》明確將培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維列入課程目標(biāo)。批判性思維作為科學(xué)思維的高階思維和重要組成,要求學(xué)生以批判質(zhì)疑作為思考的視角,“能夠運(yùn)用已有的生物學(xué)知識(shí)、證據(jù)和邏輯對(duì)生物學(xué)議題進(jìn)行思考或展開(kāi)論證”。高階思維是學(xué)生具備深度學(xué)習(xí)能力的前提要求和重要支撐;批判性思維又可以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí),二者相輔相成。發(fā)展學(xué)生的深度學(xué)習(xí)能力,教師需要將批判性思維培養(yǎng)落實(shí)在生物學(xué)課堂教學(xué)上。鑒于此,本研究概述了批判性思維的內(nèi)涵與組成要素,以“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”教學(xué)為例,提出培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的激趣教學(xué)一般流程,為培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的課堂教學(xué)實(shí)踐提供參考。
1 批判性思維的概念與要素
不同研究者對(duì)批判性思維概念內(nèi)涵的理解不盡相同,但都認(rèn)同批判性思維具有理性、反思性和論證性。批判性思維既是一種高層次思維,也是一種綜合性的、個(gè)體必不可少的關(guān)鍵能力和必備品質(zhì),能夠用于指導(dǎo)人們的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐。在高中生物學(xué)深度教學(xué)中,學(xué)生具備較好的批判性思維,則能在復(fù)雜的生物學(xué)事實(shí)和知識(shí)信息中做出合理的反省和審慎的判斷,以合理指導(dǎo)生物學(xué)的學(xué)習(xí)、認(rèn)知和實(shí)踐。這是學(xué)生發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的一種必備品質(zhì)和關(guān)鍵能力,也是一種高階思維的組成。
批判性思維包含批判性思維傾向和批判性思維技能兩個(gè)維度。批判性思維傾向是批判性思維的前提和基礎(chǔ);批判性思維技能是批判性思維的核心和關(guān)鍵。結(jié)合國(guó)外批判性思維經(jīng)典理論及我國(guó)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng),批判性思維的組成可概括為如圖1所示的思維傾向和思維技能兩個(gè)方面的要素。
2 建構(gòu)批判性思維能力培養(yǎng)的激趣教學(xué)流程
生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。探究式學(xué)習(xí)可為批判性思維培養(yǎng)提供豐富而生動(dòng)的載體和情境。就教學(xué)過(guò)程來(lái)看,探究式學(xué)習(xí)不僅是一種實(shí)踐活動(dòng),更是一種學(xué)習(xí)、認(rèn)知、思維的方法和過(guò)程。教師在學(xué)生的探究過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維,以探究的結(jié)果作為推導(dǎo)和形成結(jié)論的依據(jù),可為培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的生物學(xué)激趣教學(xué)流程提供參考。綜合批判性思維要素及高中生物學(xué)探究學(xué)習(xí)的特征,結(jié)合前期研究和教學(xué)實(shí)踐,批判性思維培養(yǎng)激趣教學(xué)的一般流程如圖2所示。
3 培養(yǎng)批判性思維的高中生物學(xué)激趣教學(xué)實(shí)例
在培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的激趣教學(xué)中,教師應(yīng)先創(chuàng)設(shè)學(xué)生可批判質(zhì)疑的問(wèn)題情境,再促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并產(chǎn)生質(zhì)疑,引導(dǎo)學(xué)生明晰問(wèn)題,讓學(xué)生運(yùn)用批判性思維的一般過(guò)程達(dá)到解決問(wèn)題的目的。這需要學(xué)生積極思考,合理質(zhì)疑,主動(dòng)探尋證據(jù),進(jìn)行邏輯推理,反思調(diào)整,并結(jié)合證據(jù)和結(jié)果進(jìn)行綜合判斷。下面以人教版生物學(xué)教材《必修1.分子與細(xì)胞》第四章第二節(jié)“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”為例,呈現(xiàn)在課堂深度教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力的教學(xué)設(shè)計(jì)。
3.1 思維啟發(fā):創(chuàng)設(shè)批判質(zhì)疑的導(dǎo)入情境——情境導(dǎo)趣
批判性思維起始于問(wèn)題質(zhì)疑。教學(xué)時(shí),教師首先要根據(jù)教材內(nèi)容,創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑意識(shí)的問(wèn)題情境。一般而言,教師應(yīng)利用生物學(xué)與生產(chǎn)、生活實(shí)際問(wèn)題的銜接點(diǎn)或以學(xué)科認(rèn)知與實(shí)踐的矛盾問(wèn)題為情境,在凸顯情境素材真實(shí)性和價(jià)值性的同時(shí),創(chuàng)設(shè)有利于激發(fā)批判思維的問(wèn)題情境。此外,批判性問(wèn)題情境還應(yīng)強(qiáng)調(diào)多樣的研究方法和研究角度,不要求唯一的結(jié)果或結(jié)論,而是綜合多種論證才能進(jìn)行判斷。因此,教師應(yīng)按照批判性思維的邏輯順序,選擇情境素材,創(chuàng)設(shè)和構(gòu)建激趣教學(xué)的問(wèn)題情境。
例如,基于學(xué)生前期對(duì)細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)和認(rèn)知,教材設(shè)置了“嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生建構(gòu)細(xì)胞模型的過(guò)程涉及“細(xì)胞膜”的材料選擇。人教版生物學(xué)教材在本節(jié)的開(kāi)篇設(shè)置了“問(wèn)題探討”欄目,要求學(xué)生依據(jù)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn),從塑料袋、普通布和彈力布3種材料中選擇更適于體現(xiàn)細(xì)胞膜功能的材料。這樣的情境創(chuàng)設(shè)有利于促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行比較和進(jìn)一步提出問(wèn)題(選什么),明確依據(jù)(怎么選),分析評(píng)價(jià)(為什么合適)和得出結(jié)論(彈力布)。教師在教學(xué)中可擴(kuò)大材料的選擇范圍,并追問(wèn):彈力布是最合適的模擬材料嗎?你還能想到哪些模擬材料,為什么?如果要用生物組織材料(如魚(yú)鰾、豬膀胱等等)模擬細(xì)胞膜,應(yīng)該怎么選擇?這樣以系列問(wèn)題情境啟發(fā)學(xué)生批判質(zhì)疑。
3.2 思維發(fā)生:明確需要批判質(zhì)疑的問(wèn)是題——問(wèn)題激趣
在學(xué)生經(jīng)過(guò)比較得到初步結(jié)論后,教師拋出材料,優(yōu)化的“矛盾”問(wèn)題,激發(fā)學(xué)生思維“沖突”,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步聚焦和凝練問(wèn)題。學(xué)生對(duì)已有結(jié)論進(jìn)行反思、批判和質(zhì)疑,提出新的實(shí)驗(yàn)設(shè)想。
教師引導(dǎo)學(xué)生從思維啟發(fā)和發(fā)生角度分析:隨著新材料的選擇范圍變大,原先的結(jié)論不一定最優(yōu)。“矛盾”問(wèn)題也讓學(xué)生對(duì)現(xiàn)在的生物組織材料不能輕易地做出選擇和定論?;诖耍處熞龑?dǎo)學(xué)生凝練和明確問(wèn)題:生物膜究竟是一種什么樣的結(jié)構(gòu)?有何特點(diǎn)?這樣可以順勢(shì)將思維過(guò)程引入到生物膜結(jié)構(gòu)的探索和建構(gòu)中。
3.3 思維發(fā)展:實(shí)施批判質(zhì)疑的論證研討 合學(xué)探趣
問(wèn)題任務(wù)是驅(qū)動(dòng)學(xué)生思維和課堂教學(xué)的良好載體。學(xué)生將質(zhì)疑凝練成問(wèn)題后,教師將主題內(nèi)容按照邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)成系列問(wèn)題串,引導(dǎo)學(xué)生在搜集資料、批判分析的基礎(chǔ)上,作出推理論證并得出結(jié)論。學(xué)生經(jīng)歷“問(wèn)題思索一資料搜集一合作探究一觀點(diǎn)交流一反思總結(jié)”的過(guò)程,學(xué)習(xí)到基本知識(shí),在分析、論證和解決問(wèn)題過(guò)程中發(fā)展批判性思維。教學(xué)時(shí),教師針對(duì)學(xué)生在生物膜模擬材料選擇時(shí)的矛盾問(wèn)題和對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的疑惑,引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)問(wèn)題和任務(wù),以探究生物膜的成分和結(jié)構(gòu)。教師設(shè)計(jì)的系列問(wèn)題有:
(1)在生物膜的探索歷程上,科學(xué)家是如何探究細(xì)胞膜成分的?有怎樣的結(jié)論?(2)膜的脂質(zhì)成分如何排列和分布?完成模型建構(gòu)任務(wù)①~④。(3)膜上的蛋白質(zhì)是如何排列和分布的?完成模型建構(gòu)任務(wù)⑤。(4)羅伯特森提出生物膜三層結(jié)構(gòu)模型后,為什么有人質(zhì)疑該模型?依據(jù)是什么?你對(duì)這個(gè)模型有何評(píng)價(jià)?(5)為進(jìn)一步探究蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層上的分布,科學(xué)家運(yùn)用冰凍蝕刻技術(shù)發(fā)現(xiàn)了如圖3所示的膜蛋白質(zhì)分布形式。蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層上是如何分布的?完成模型建構(gòu)任務(wù)⑥。
(6)除了脂質(zhì)(主要是磷脂)和蛋白質(zhì)外,細(xì)胞膜的成分還包含哪些?在膜上是怎樣分布的?完成模型建構(gòu)任務(wù)⑦。
(7)組成活細(xì)胞生物膜的蛋白質(zhì)和磷脂是靜止不動(dòng)的,還是可以運(yùn)動(dòng)的?如何證明膜的流動(dòng)性?完成模型建構(gòu)任務(wù)⑧。
(8)生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容是什么?
(9)選擇什么樣的生物材料模擬細(xì)胞膜最合適?
同時(shí),教師安排一系列模型建構(gòu)任務(wù):
①根據(jù)磷脂分子的結(jié)構(gòu)組成和親疏水特點(diǎn),在圖4中畫(huà)出磷脂分子鋪展在空氣與水界面上的示意圖。②借助一張A4紙表示人的紅細(xì)胞膜脂質(zhì)提取實(shí)驗(yàn)單分子層和膜面積關(guān)系。你的結(jié)論是什么?
③請(qǐng)畫(huà)出三種兩層磷脂分子可能的排布方式,并搜集證據(jù)論證細(xì)胞膜中兩層磷脂分子的正確排布方式(提示:考慮細(xì)胞膜內(nèi)外環(huán)境)。
④在水中攪拌單層磷脂分子,可以形成磷脂微球體。請(qǐng)畫(huà)出水中磷脂微球體的可能結(jié)構(gòu),并說(shuō)明其排布的特點(diǎn)。
⑤依據(jù)羅伯特森的電鏡照片和蛋白質(zhì)一脂質(zhì)一蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型,畫(huà)出該模型示意圖,歸納該模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
⑥請(qǐng)據(jù)圖3修正羅伯特森的結(jié)構(gòu)模型,嘗試畫(huà)出修正后的生物膜模型。
⑦依據(jù)資料“膜外側(cè)有少量糖類與蛋白質(zhì)結(jié)合的糖蛋白以及糖類與磷脂結(jié)合的糖脂”,用六邊形表示糖分子,在模型圖的外側(cè)畫(huà)出糖蛋白和糖脂,并標(biāo)明膜的內(nèi)外側(cè)。
⑧搜集膜組成分子可以運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)或證據(jù),嘗試讓紙上畫(huà)好的模型體現(xiàn)出流動(dòng)的特點(diǎn)(提示:用手夾住紙做波浪式運(yùn)動(dòng))。
完成上述問(wèn)題和模型建構(gòu),學(xué)生能夠充分理解生物膜的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn).深刻認(rèn)識(shí)生物膜的探究歷程和模型的基本內(nèi)容。在此過(guò)程中,教師可順勢(shì)提出拓展問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展小組研討。在問(wèn)題引導(dǎo)下,學(xué)生搜尋證據(jù),分析推理,形成結(jié)論并闡述觀點(diǎn);在相互展示、批判質(zhì)疑中深化對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的認(rèn)識(shí),發(fā)展提升思維能力。
3.4思維核心:依據(jù)證據(jù)進(jìn)行論證推理——拓展升趣
批判性思維能力的提升不僅要求學(xué)生能提出問(wèn)題、辨析結(jié)論要點(diǎn),還要積極尋找證據(jù)進(jìn)行論證推理。學(xué)生的證據(jù)意識(shí)是思維培養(yǎng)的核心內(nèi)容。證據(jù)意識(shí)要求學(xué)生能基于證據(jù)對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的組成及分布特點(diǎn),提出可能的假設(shè),并通過(guò)分析推理加以證實(shí)或證偽。教學(xué)中,教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生聚焦問(wèn)題本質(zhì),搜尋并基于相關(guān)證據(jù),通過(guò)分析、推理、論證,探尋問(wèn)題的解決方法,形成自己的結(jié)論,并在論證推理中提出新的問(wèn)題或疑惑。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的思維過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行指導(dǎo),引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作探究和評(píng)價(jià)交流,科學(xué)地學(xué)習(xí)認(rèn)知,合理地解決問(wèn)題。
例如,在解決問(wèn)題(2)時(shí),為明確細(xì)胞膜上磷脂分子的正確排布方式,教師讓學(xué)生對(duì)折A4紙,以模擬表示出人的紅細(xì)胞膜脂質(zhì)提取實(shí)驗(yàn)單分子層和膜面積的2倍關(guān)系。學(xué)生明確膜上磷脂分子必然是由兩層磷脂分子組成,大膽假設(shè)兩層磷脂的3種可能排布方式(頭對(duì)尾、頭對(duì)頭、尾對(duì)尾)。之后,學(xué)生搜尋證據(jù)(細(xì)胞膜內(nèi)外所處水環(huán)境),論證哪一種排布方式符合事實(shí)。在學(xué)生建構(gòu)磷脂雙分子層模型后,教師可以結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)情境(水中攪拌磷脂分子形成磷脂微球體),引導(dǎo)學(xué)生拓展構(gòu)建兩種磷脂微球體,以加深學(xué)生對(duì)磷脂分子排布的認(rèn)識(shí)。
又如,教材通過(guò)文字描述呈現(xiàn)蛋白質(zhì)分子的排布形式,不能作為論證推理的證據(jù)使用。故在解決問(wèn)題(5)時(shí),教師為學(xué)生提供冰凍蝕刻技術(shù)研究膜蛋白分布的實(shí)驗(yàn)作為論證依據(jù),進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生批判質(zhì)疑羅伯特森的三層結(jié)構(gòu)模型,修正和完善模型。
再如,學(xué)生在紙上進(jìn)行作圖構(gòu)建生物膜模型,所作的圖形均是靜止的,不能體現(xiàn)膜的流動(dòng)性。故在解決問(wèn)題(7)時(shí),為模擬膜的流動(dòng)性,教師通過(guò)紙張的波浪式運(yùn)動(dòng),加深學(xué)生對(duì)流動(dòng)性的理解,從而培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。
3.5 思維結(jié)果:依據(jù)結(jié)論進(jìn)行綜合判斷——總結(jié)固趣
從思維過(guò)程來(lái)說(shuō),批判性思維強(qiáng)調(diào)通過(guò)論證推理進(jìn)行認(rèn)識(shí)和判斷;從思維結(jié)果來(lái)說(shuō),批判性思維要求綜合眾多證據(jù)和論證分析得到一個(gè)合理的判斷,學(xué)生需要經(jīng)過(guò)多角度思考探索,綜合不同實(shí)驗(yàn)事實(shí)證據(jù)和他人的觀點(diǎn)結(jié)論,才能得到更加準(zhǔn)確、合理的觀點(diǎn)結(jié)論。激趣教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的同時(shí),達(dá)成了深度教學(xué)目標(biāo)。
結(jié)合批判性思維培養(yǎng)和深度學(xué)習(xí)需要,本節(jié)教學(xué)目標(biāo)之一為:運(yùn)用批判性思維過(guò)程,通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究分析與模型建構(gòu)相結(jié)合的方式搜集證據(jù),明確生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的結(jié)構(gòu)和基本內(nèi)容,感悟科學(xué)探索歷程,養(yǎng)成批判質(zhì)疑的科學(xué)思維。學(xué)生提出并解決問(wèn)題(1)和(2),利用理論分析和實(shí)驗(yàn)探究,理解磷脂分子在生物膜上的排布,建構(gòu)磷脂雙分子層模型,初步領(lǐng)會(huì)磷脂分子的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)問(wèn)題③~⑧的探究,尤其是膜蛋白分布及流動(dòng)性的探究,學(xué)生得出膜蛋白排布方式和流動(dòng)特性的結(jié)論。另外,學(xué)生經(jīng)過(guò)對(duì)比、反思,發(fā)現(xiàn):磷脂分子層僅僅是膜的基本支架,而膜蛋白的分布和流動(dòng)實(shí)現(xiàn)了膜的功能。據(jù)此,學(xué)生加深對(duì)膜蛋白決定膜功能的理解(結(jié)構(gòu)功能觀),認(rèn)識(shí)到膜的流動(dòng)性是選擇透過(guò)性的基礎(chǔ),為后續(xù)學(xué)習(xí)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)於ńY(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
問(wèn)題(9)是在學(xué)生完成上述問(wèn)題探究和建構(gòu)任務(wù)后,依據(jù)結(jié)論進(jìn)行綜合判斷得到的思維結(jié)果。盡管學(xué)生思考的結(jié)果不一定相同,但由于經(jīng)歷了批判性思維過(guò)程,思維結(jié)果將更深刻。這不僅能引發(fā)學(xué)生的自我反思和總結(jié),還能促使學(xué)生在新的問(wèn)題情境中調(diào)整自己的認(rèn)知和思維方式,為探究新問(wèn)題做好思維上的準(zhǔn)備。
4 培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力素養(yǎng)的激趣教學(xué)建議
批判質(zhì)疑思維不是與生俱來(lái)的,而是需要長(zhǎng)期的培養(yǎng)。批判性思維的培養(yǎng)不僅需要教師在課堂上按照批判性思維激趣教學(xué)一般流程教學(xué),更需要學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中保持審慎態(tài)度,不盲從他人觀點(diǎn),經(jīng)歷論證推理分析、得出結(jié)論、綜合判斷和自我反思過(guò)程來(lái)使認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)題。學(xué)生要學(xué)會(huì)對(duì)不同信息進(jìn)行選擇、加工、整合,對(duì)信息和觀點(diǎn)進(jìn)行批判性獲取和應(yīng)用,養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)探究和推理分析相結(jié)合、科學(xué)知識(shí)與科學(xué)事實(shí)相印證的證據(jù)意識(shí)。
課堂教學(xué)作為批判性思維培養(yǎng)的主陣地,需要在目標(biāo)確定、內(nèi)容選取、方法應(yīng)用及評(píng)價(jià)導(dǎo)向上進(jìn)行聚焦、重構(gòu)、優(yōu)化和凸顯,以促進(jìn)學(xué)生批判性思維的發(fā)展。在激趣教學(xué)中,教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)有利于激發(fā)批判性思維的問(wèn)題情境,培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生對(duì)問(wèn)題追根究底的探究興趣。探究學(xué)習(xí)和模型建構(gòu)為批判性思維的培養(yǎng)提供了良好載體。教師在激趣教學(xué)中可以利用實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的系列“矛盾問(wèn)題”,促進(jìn)學(xué)生批判性思維的發(fā)生和發(fā)展,要求學(xué)生學(xué)會(huì)以質(zhì)疑的視角去審視問(wèn)題,聚焦問(wèn)題本質(zhì),敢于提出批判性問(wèn)題,以論證推理的方式進(jìn)行分析,以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞降贸鼋Y(jié)論,對(duì)批判質(zhì)疑問(wèn)題進(jìn)行證實(shí)或證偽。這樣,激趣教學(xué)在達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的同時(shí),也培養(yǎng)和發(fā)展了學(xué)生高階思維素養(yǎng)能力,實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。
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