精心設(shè)計(jì)問題培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

精心設(shè)計(jì)問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維福建省永春第三中學(xué)(362609)蘇碧珍高中生物學(xué)作為一門科學(xué)課程，一方面要向?qū)W生傳授科學(xué)的概念和事實(shí)，另一方面要給學(xué)生展現(xiàn)生物學(xué)闡釋自然界的科學(xué)途徑和科學(xué)方法。這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)高中生物學(xué)時(shí)具備科學(xué)思維，學(xué)會(huì)運(yùn)用分析、綜合等思維方法認(rèn)識(shí)自然界，解決生物學(xué)問題。然而，在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中，部分教師所持的教育理念較為落后，常將概念、事實(shí)的傳投放在首位，忽視了學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，這既不利于學(xué)生深入理解基本概念與事實(shí)，又不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的形成。高中生物學(xué)教師應(yīng)立足學(xué)生的身心特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律，研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，明確育人目標(biāo)，革新教育理念，改進(jìn)教學(xué)方法。基于此，在高中生物學(xué)教學(xué)中教師應(yīng)結(jié)合具體案例設(shè)計(jì)不同形式的問題，并引導(dǎo)學(xué)生探究解決，從而提升學(xué)生的問題解決能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。一、以遞進(jìn)式問題培養(yǎng)學(xué)生的歸納與概括思維遞進(jìn)式問題在邏輯關(guān)系或內(nèi)容層級(jí)上常表現(xiàn)為由易到難、由淺入深，且問題與問題之間環(huán)環(huán)相扣、邏輯嚴(yán)密，有利于引導(dǎo)學(xué)生化難為易、深度思維。課前，教師要全面了解學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和認(rèn)知水平，在此基礎(chǔ)上分析教學(xué)重難點(diǎn)，設(shè)置遞進(jìn)式問題。具體步驟為：由易到難、由淺入深、層層遞進(jìn)地設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生逐級(jí)解決問題，最終破解問題。學(xué)生在層層破解問題的過程中，思維逐漸活躍，探究積極性逐步提高，學(xué)習(xí)信心和學(xué)習(xí)興趣也得到了增強(qiáng)。在遞進(jìn)式問題中，問題邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，自成體系，難度逐步加深。學(xué)生在對(duì)問題答案進(jìn)行層層推理、不斷完善的過程中，能夠有效培養(yǎng)歸納與概括思維。例如，”生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”一課中的“能量流動(dòng)的過程”既是教學(xué)重點(diǎn)，又是教學(xué)難點(diǎn)。對(duì)學(xué)生而言，“能量”這一概念十分抽象,“能量流動(dòng)的過程”涉及的概念較多，理解起來均比較困難。在教學(xué)中教師若采用傳統(tǒng)的講授方式，難免會(huì)讓學(xué)生感到空洞乏味。以遞進(jìn)式問題分層推進(jìn)教學(xué)，是一個(gè)幫助學(xué)生理解“能量流動(dòng)的過程”的不錯(cuò)的方法。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)涵蓋能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化、散失4個(gè)部分，教師可以據(jù)此進(jìn)行遞進(jìn)式問題設(shè)計(jì)。先從第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的輸入開始分析輸入的第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量如何存儲(chǔ)、有何用途、流向何處，再按此思路引導(dǎo)學(xué)生接著分析第二、第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量。教師可以設(shè)計(jì)如下遞進(jìn)式問題：（1）地球上一切生態(tài)系統(tǒng)的能量需求從何處而來？（能量的輸入）（2）生產(chǎn)者如何存儲(chǔ)能量？（能量的轉(zhuǎn)化）（3）固定的能量有哪些去向？（能量的傳遞和散失）通過解決問題，學(xué)生不難歸納和概括出抽象的生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程，從而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程有一個(gè)全面、清晰的認(rèn)知。在這一過程中，學(xué)生的歸納與概括思維得到了有效培養(yǎng)。二、以精細(xì)化問題培養(yǎng)學(xué)生的演繹與推理思維演繹與推理思維的培養(yǎng)要求教師在教學(xué)中把握好提問的藝術(shù)，設(shè)計(jì)的問題要具備“精”與“細(xì)”的特點(diǎn)，以展現(xiàn)問題激活與啟發(fā)學(xué)生思維的價(jià)值。精細(xì)化問題對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的演繹與推理思維具有重要作用，有利于引導(dǎo)學(xué)生突破表象，對(duì)事物的本質(zhì)進(jìn)行深層思考。精細(xì)化問題的一個(gè)突出特點(diǎn)是“精”，即精練，重點(diǎn)突出，能引導(dǎo)學(xué)生深入思考；另一個(gè)突出特點(diǎn)是“細(xì)”，即精細(xì)入微且清晰，問題之間銜接緊密、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)。學(xué)生在解決精細(xì)化問題的過程中，需要觀察現(xiàn)象、分析探究、作出猜想、演繹推理、驗(yàn)證實(shí)踐，最終得出結(jié)論。這有利于培養(yǎng)他們的演繹與推理思維。因此，在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)設(shè)計(jì)精細(xì)化問題。例如，“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)中說明了孟德爾運(yùn)用假說一演繹法進(jìn)行豌豆雜交實(shí)驗(yàn)從而驗(yàn)證了生物學(xué)遺傳規(guī)律。教師在教學(xué)時(shí)可依據(jù)實(shí)驗(yàn)過程細(xì)化問題設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生深入思考問題。首先，教師給學(xué)生講述問題的背景：孟德爾用純種矮莖豌豆和純種高莖豌豆做親本進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，但無論是正交或是反交，得出的子一代豌豆都表現(xiàn)為高莖。然后，教師設(shè)計(jì)精細(xì)化問題引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）對(duì)于孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)果，你有哪些疑問？（2）對(duì)于這一結(jié)果，孟德爾有哪些疑惑？他又是怎樣做的？（3）子一代豌豆中沒有矮莖，為什么自交后產(chǎn)生的子二代豌豆中又出現(xiàn)了矮莖呢？這是偶然現(xiàn)象還是遵循著某一規(guī)律？接著，教師在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行引導(dǎo)：孟德爾提出顯性性狀與隱性性狀的觀點(diǎn)，并對(duì)子二代中不同相對(duì)性狀的個(gè)體進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)高莖與矮莖的性狀分離比接近3：lo但這一性狀分離比是偶然的還是必然的？怎樣證明？孟德爾又產(chǎn)生了疑問。于是他又對(duì)其他6對(duì)相對(duì)性狀進(jìn)行了雜交實(shí)驗(yàn)，證明3：1的性狀分離比并非偶然。最后，教師繼續(xù)設(shè)計(jì)精細(xì)化問題：對(duì)此，你有何看法？孟德爾提出哪些假說解釋分離現(xiàn)象？他是怎樣對(duì)假說進(jìn)行驗(yàn)證的？在解決一系列精細(xì)化問題的過程中，學(xué)生親身感受到了假說一演繹法的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性，逐步培養(yǎng)了演繹與推理思維。三、以辨析式問題培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維辨析包含辨別與分析兩方面的含義。批判性思維的培養(yǎng)要求教師在教學(xué)中能夠針對(duì)爭(zhēng)議性結(jié)論或議題設(shè)計(jì)辨析式問題，以引導(dǎo)學(xué)生深入思考、大膽質(zhì)疑、合理分析、全面評(píng)判，并在此過程中學(xué)會(huì)辨別是非、去偽存真，以事實(shí)為依據(jù)進(jìn)行科學(xué)選擇，且能夠遷移應(yīng)用相關(guān)結(jié)論解決其他問題。在辨析式問題的討論與解決過程中，教師要注重引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦u(píng)判他人和自身觀點(diǎn)。學(xué)生在大膽質(zhì)疑、合理分析、認(rèn)真反思的過程中，批判性思維將會(huì)得到有效培養(yǎng)。例如，在教學(xué)“基因位于染色體上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)”時(shí)，教師先給學(xué)生介紹實(shí)驗(yàn)背景：對(duì)于孟德爾的遺傳理論以及薩頓提出的“基因位于染色體上”的學(xué)說，摩爾根持懷疑態(tài)度，他認(rèn)為這是主觀臆測(cè)，缺少實(shí)驗(yàn)證據(jù)，無以為信。摩爾根想通過實(shí)驗(yàn)對(duì)生物的遺傳與染色體之間的關(guān)系以及基因是怎么一回事一探究竟。一次偶然的機(jī)會(huì)，摩爾根發(fā)現(xiàn)在一群紅眼果蠅中有一只白眼雄果蠅，于是摩爾根的實(shí)驗(yàn)由此開始。接著設(shè)計(jì)如下辨析式問題：（1）通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)，就果蠅紅眼與白眼這一相對(duì)性狀來看，子一代果蠅全為紅眼，請(qǐng)你推斷其顯性性狀。（2）子一代果蠅雜交產(chǎn)生的子二代，其紅眼與白眼的比例為3：1,這符合孟德爾的分離規(guī)律嗎？有什么不同的地方？（3）白眼性狀的表現(xiàn)總是與性別相關(guān)聯(lián)，你如何看待這一現(xiàn)象？（4）依據(jù)薩頓提出的學(xué)說，控制白眼性狀的基因應(yīng)該位于哪條染色體上呢？有多少種可能？怎樣使你的想法得到驗(yàn)證？在一系列問題的引導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)對(duì)自己所提出的猜想進(jìn)行分析、驗(yàn)證，最終推斷出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,證明薩頓的假說是正確的。教師精心設(shè)計(jì)一系列具有啟發(fā)性的辨析式問題引導(dǎo)學(xué)生探究，學(xué)生秉持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，以“質(zhì)疑一假設(shè)一求證”的探索思路發(fā)現(xiàn)真知，最終促進(jìn)了批判性思維的發(fā)展。四、以探究式問題培養(yǎng)學(xué)生的模型與建模思維在教學(xué)中，教師不僅要給學(xué)生傳授知識(shí)，還要基于知識(shí)創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生探究思考，使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)知識(shí)的形成根源及發(fā)展脈絡(luò)。探究式問題是教師圍繞某一科學(xué)探究主題，為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)而設(shè)計(jì)的問題。探究式問題的典型特點(diǎn)是具有一定的情境，以反映問題的探究背景及探究路徑。模型是對(duì)某一事物的整體性、概括性描述。在生物學(xué)中，常見的模型有數(shù)學(xué)模型、物理模型和概念模型。在模型的建構(gòu)過程中，學(xué)生不僅需要調(diào)動(dòng)思維，充分想象和思考，還需要進(jìn)行實(shí)踐操作?；诖?，在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)基于相關(guān)生物學(xué)知識(shí)及模型建構(gòu)過程，設(shè)置合理的探究式問題,并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行階梯式探索，從而使學(xué)生能夠有效完成模型的建構(gòu),形成模型與建模思維。例如，在教學(xué)“建構(gòu)數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化”時(shí)，教師可設(shè)計(jì)探究式問題，引導(dǎo)學(xué)生由現(xiàn)象出發(fā)分析問題，由此發(fā)現(xiàn)種群數(shù)量變化背后所隱藏的數(shù)學(xué)邏輯，并結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)建構(gòu)模型揭示生物學(xué)規(guī)律。首先，教師創(chuàng)設(shè)情境：日常生活中，我們的手上不可避免地會(huì)沾染細(xì)菌，因此我們要做到勤洗手。細(xì)菌的繁殖速率非?？?，在沒有外界干擾的情況下，細(xì)菌主要通過分裂進(jìn)行繁殖，且每20分鐘繁殖一代。然后，教師立足情境設(shè)置探究式問題引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）如果一個(gè)細(xì)菌每20分鐘分裂繁殖一代，那么怎樣計(jì)算繁殖n代后的細(xì)菌數(shù)量？（2）40分鐘后細(xì)菌的數(shù)量是多少呢？60分鐘、80分鐘、100分鐘……后呢？（3）隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，你發(fā)現(xiàn)細(xì)菌種群數(shù)量和時(shí)間之間有什么關(guān)系，存在什么規(guī)律？你能用數(shù)學(xué)公式將其表示出來嗎？學(xué)生在情境及探究式問題的引導(dǎo)下初步掌握了數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)方法。但某些時(shí)候單純的數(shù)學(xué)公式并不能直觀地將某一規(guī)律性變化展現(xiàn)出來，這時(shí)我們就需借助另一種數(shù)學(xué)模型一一圖表。基于此，在學(xué)生發(fā)現(xiàn)細(xì)菌種群數(shù)量隨時(shí)間變化的關(guān)系并運(yùn)用數(shù)學(xué)公式表示出來后，教師把一個(gè)細(xì)菌分裂繁殖的后代數(shù)量與其所對(duì)應(yīng)的時(shí)間繪制成表格，并以數(shù)量為縱坐標(biāo)、時(shí)間為橫坐標(biāo)把表格轉(zhuǎn)化為細(xì)菌種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線圖。相對(duì)于數(shù)學(xué)公式模型，曲線圖這一數(shù)學(xué)模型，所包含的信息更為豐富且更加直觀。細(xì)菌種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線圖能夠深化學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。通過情境創(chuàng)設(shè)、探究式問題的合理設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系并調(diào)動(dòng)多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行模型建構(gòu)。在建構(gòu)模型的過程中，學(xué)生能夠打通問題探究思路，學(xué)習(xí)并掌握模型建構(gòu)方法，形成模型與建模思維。五、以延展式問題培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維創(chuàng)造性思維是非常寶貴的一種思維品質(zhì)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，它影響著學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和生活，因此，在教學(xué)實(shí)踐中教師格外重視學(xué)生創(chuàng)造性思維的培育。教師在教學(xué)實(shí)踐中可設(shè)計(jì)延展式問題引導(dǎo)學(xué)生深入思考，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。延展式問題有利于引導(dǎo)學(xué)生多方位、多維度地進(jìn)行思考分析，有利于學(xué)生打破常規(guī)，突破壁壘，拓展思維的廣度和深度，培養(yǎng)思維的獨(dú)創(chuàng)性。在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師要設(shè)置不局限于教材、答案不唯一、情境多樣化的延展式問題，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行多維度的分析和思考，使學(xué)生在解決問題的過程中提高認(rèn)知深度，形成創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。例如，在學(xué)生掌握“減數(shù)分裂”內(nèi)容之后，教師可以設(shè)計(jì)如下延展式問題進(jìn)行內(nèi)容的拓展：（1）通常情況下，兩對(duì)等位基因位于兩對(duì)同源染色體上，那么一個(gè)基因型為AaBb的精（卵）原細(xì)胞能夠產(chǎn)生幾種精（卵）細(xì)胞？（2）假如情況是n對(duì)等位基因位于n對(duì)同源染色體上，那么又會(huì)得到怎樣的結(jié)果呢？在學(xué)生正確解答問題之后，教師再繼續(xù)提問：（1）如果在第一次減數(shù)分裂前期，一個(gè)基因型為AaBb的精原細(xì)胞A和a所在的同源染色體在聯(lián)會(huì)時(shí)發(fā)生交叉互換，那么可以產(chǎn)生多少種精細(xì)胞？（2）假設(shè)這一精原細(xì)胞發(fā)生了基因突變，那么又可以產(chǎn)生多少種精細(xì)胞？（3）如果這一精原細(xì)胞產(chǎn)生了一個(gè)基因型為AaB的精細(xì)胞，那么是減數(shù)分裂過程中的哪一階段發(fā)生了異常？其他3個(gè)精細(xì)胞是什么基因型的？（4）如果產(chǎn)生了一個(gè)AAB基因型的精細(xì)胞，那么又會(huì)是何種原因?qū)е碌?？通過不斷追問延展式問題，能夠有效激發(fā)學(xué)生的好奇心和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，把學(xué)生對(duì)問題