陸子辰 陳秉初

摘 要 從比較、類比、轉(zhuǎn)換三方面分析科學(xué)思維方法在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，使教師認(rèn)識到科學(xué)思維方法在教學(xué)中的作用。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)教學(xué) 類比 轉(zhuǎn)換 比較

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

新課程理念中提到“生物學(xué)教學(xué)需要提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)”，要求學(xué)生在掌握一定生物學(xué)知識的同時，能夠熟練運(yùn)用知識解決實(shí)際問題。實(shí)際上，解決問題的過程就是思考的過程，即為“科學(xué)思維”。由此可見科學(xué)思維在學(xué)生的知識學(xué)習(xí)過程中的重要性?？茖W(xué)思維過程中遵循的原則稱為科學(xué)思維方法，常見的有類比、轉(zhuǎn)換、比較等。

1 類比思維在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中的滲透

類比是依據(jù)兩個或兩類對象之間存在的某些相同或相似的屬性，推出它們存在的其他相同或相似屬性的思維方法，由已知推導(dǎo)未知。而教學(xué)過程通常是利用學(xué)生已知的知識去解釋相關(guān)或相似的未知的領(lǐng)域。兩者有著相似之處，教師在教學(xué)中可以利用類比方法，順應(yīng)思維過程進(jìn)行教學(xué)。

1.1 運(yùn)用概念——機(jī)制類比思維構(gòu)建生物學(xué)概念

概念——機(jī)制類比是利用已有的概念和已被利用的機(jī)制，解釋新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。這與學(xué)生的學(xué)習(xí)過程不謀而合，教師可以嘗試運(yùn)用類比過程指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

例如，在“人工選擇”和“自然選擇”的教學(xué)中，學(xué)生對人工選擇比較熟悉，教學(xué)中教師以“不同品種狗的選育過程”作為人工選擇的講解對象。教師講解不同品種狗的選育過程：人們在突變個體中選擇需要的，有利變異不斷積累，最終培育出新品種。由此啟發(fā)學(xué)生思考：自然界中保留的不同品種，是否也是由于相似過程而產(chǎn)生的？教師以此類比人工選擇和自然選擇概念的相似性（表1），推導(dǎo)其作用機(jī)制的相似性。學(xué)生在做題時，經(jīng)常會誤認(rèn)為農(nóng)藥使用過程中，會“誘導(dǎo)”出抗藥性的害蟲。如果運(yùn)用人工選擇的機(jī)制類比就能明確該說法的錯誤?！稗r(nóng)藥”是在已有突變基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇，而不是誘導(dǎo)其產(chǎn)生某種特性，外界施加的因素只有選擇作用，并不能誘導(dǎo)產(chǎn)生突變種。在教學(xué)中滲透類比方法，學(xué)生在做題時容易聯(lián)想到人工選擇，避免錯誤理解。

1.2 運(yùn)用結(jié)構(gòu)——功能類比思維推進(jìn)科學(xué)猜想

結(jié)構(gòu)——功能類比是依據(jù)兩類不同的事物在結(jié)構(gòu)上的類似，推出其功能上類似的類比方法。在講解“核酸是遺傳物質(zhì)”時，教師通過不同的實(shí)驗(yàn)歸納出“DNA是遺傳物質(zhì)”的結(jié)論。此時，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用結(jié)構(gòu)——功能類比（圖1）進(jìn)行科學(xué)猜想，提出問題：DNA和RNA結(jié)構(gòu)中有哪些相似部分？DNA是遺傳物質(zhì)，那么RNA是否也具有該功能？由此過渡到“煙草花葉病毒”的實(shí)驗(yàn)中。這樣不僅能夠保證課堂過渡的順利，而且能夠幫助學(xué)生在構(gòu)建知識系統(tǒng)時綜合二者的結(jié)構(gòu)和功能，避免出現(xiàn)“所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA”的片面論斷。

沒有一種方法是萬能的，教師必須明確類比在生物學(xué)教學(xué)中局限性，避免在教學(xué)中出現(xiàn)機(jī)械類比，模糊了科學(xué)本質(zhì)。

2 轉(zhuǎn)換思維在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中的滲透

當(dāng)出現(xiàn)大量原有理論無法解釋的事實(shí)和現(xiàn)象時，教師就需要運(yùn)用轉(zhuǎn)換思維?；诳茖W(xué)在不同時代變化的特點(diǎn)，隨著人們觀察的深入，越來越多的現(xiàn)象是原有理論無法解釋的，轉(zhuǎn)換在人們認(rèn)識這些現(xiàn)象的過程中占有重要地位。

科學(xué)本身就是一部發(fā)展的歷史，基于其時代性特點(diǎn)，在不同的時代，科學(xué)家看待問題的深度會發(fā)生變化，因此轉(zhuǎn)換的方法主要出現(xiàn)在科學(xué)史教學(xué)中。

在介紹細(xì)胞膜的認(rèn)識發(fā)展史時，教師可能只是一味地注重科學(xué)發(fā)展變化的過程，而忽視不同觀念之間的繼承。更多地強(qiáng)調(diào)正確模型的記憶不僅不利于學(xué)生形成全面的科學(xué)發(fā)展觀，而且可能會使學(xué)生出現(xiàn)記憶混亂。教師在教學(xué)中應(yīng)該遵循科學(xué)發(fā)展史的歷程，即思路：脂質(zhì)→脂質(zhì)和蛋白質(zhì)→脂質(zhì)雙分子層的排列→三明治模型→流動鑲嵌模型。雖然先行理論是不完全的，必須通過后續(xù)理論的不斷完善最終形成現(xiàn)在的觀點(diǎn);但是先行理論是后續(xù)理論的基礎(chǔ)，教師在講解中須對先行理論給予一定的重視，幫助學(xué)生分析先后之間的異同。比如在細(xì)胞膜模型建構(gòu)發(fā)展過程中，流動鑲嵌模型繼承三明治模型的原理有：認(rèn)可細(xì)胞膜中磷脂為雙層，且存在蛋白質(zhì)。在原有理論基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推測蛋白質(zhì)的分布不均勻，進(jìn)而提出流動鑲嵌模型（表2）。學(xué)生通過對新舊理論的轉(zhuǎn)換逐步接受細(xì)胞膜在組成、結(jié)構(gòu)和功能上的特點(diǎn)，而不是將所有重要知識都寄希望于“流動鑲嵌模型”，這樣會增加學(xué)生的記憶負(fù)擔(dān)。

3 比較思維在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中的滲透

比較是對對象的同異之處加以對比，進(jìn)而把握對象之間的區(qū)別和聯(lián)系。富蘭克林通過對地上的電火花和天空的閃電這兩個看似毫無關(guān)系的事物進(jìn)行比較，揭示出電的本質(zhì)。

3.1 運(yùn)用求同比較思維揭示內(nèi)隱科學(xué)本質(zhì)

生物多樣性是顯而易見的，教師在教學(xué)中往往容易忽視生物的統(tǒng)一性，使學(xué)生形成不完善的科學(xué)觀點(diǎn)。生物在不同的方面表現(xiàn)出多樣性，并隱含統(tǒng)一性。

教師在講解完細(xì)胞學(xué)說后，可對細(xì)胞相關(guān)內(nèi)容簡單總結(jié)，通過提問的方式進(jìn)行：不同生物的基本單位是什么？不同細(xì)胞中的元素和化合物有哪些？不同細(xì)胞具有哪些共同的組成部分？學(xué)生在回答問題的過程中，不僅能夠系統(tǒng)地復(fù)習(xí)細(xì)胞中的相關(guān)知識，而且利于學(xué)生歸納和認(rèn)可細(xì)胞水平存在的統(tǒng)一性。這樣在復(fù)習(xí)過程中落實(shí)生物學(xué)“多樣性”和“統(tǒng)一性”觀點(diǎn)的教學(xué)，為后續(xù)進(jìn)化內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

3.2 運(yùn)用求異比較思維，深化概念理解

高中生物教材中有許多相似概念，學(xué)生容易混淆。教師在教學(xué)中以這些相似概念的不同點(diǎn)作為突破口，幫助學(xué)生把握概念的區(qū)別。

學(xué)生在練習(xí)中容易在核酸、核苷酸和核苷辨析上出現(xiàn)錯誤，造成不必要的失分。教師在講解“核酸分子組成”時，可以加入三者的比較（表3）。

教師提示學(xué)生比較三者的關(guān)系：核苷與核苷酸有一“酸”之差，缺少一個磷酸;核苷酸和核酸有一“苷”之差，核苷是多個核苷酸小分子聚合成的大分子。如果教師只是單純地介紹三者的組成，不進(jìn)行橫向比較的話，學(xué)生只能獲得零散的知識點(diǎn)，難以明確三者間的關(guān)系。

3.3 運(yùn)用同異綜合比較思維，促進(jìn)知識系統(tǒng)化

比較多個事物的異同可以得到更加全面的科學(xué)認(rèn)識。擴(kuò)散、滲透、自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散是容易使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)困惑的內(nèi)容，學(xué)生即便機(jī)械地記住了，經(jīng)過一段時間又對其異同所知寥寥，教學(xué)效果差。教師在對四者進(jìn)行總結(jié)時，可以運(yùn)用同異綜合比較（表4），從不同方面揭示概念的共性和特性：擴(kuò)散的簡單性;滲透特指水分子;自由擴(kuò)散是物質(zhì)出入細(xì)胞;協(xié)助擴(kuò)散不僅要求物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞而且還需要載體蛋白。并總結(jié)四者的關(guān)系：滲透、自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散均屬于擴(kuò)散，滲透和自由擴(kuò)散有一定的交叉，協(xié)助擴(kuò)散因?yàn)檩d體蛋白的要求具有最大的特殊性。教師在教學(xué)中可以嘗試對這幾個概念進(jìn)行同異綜合比較，尋找不同的切入點(diǎn)，比較四者之間的關(guān)系，幫助學(xué)生更好地構(gòu)建知識系統(tǒng)。

科學(xué)的思維方法能夠指導(dǎo)學(xué)生有效地進(jìn)行科學(xué)知識的學(xué)習(xí)，不同的科學(xué)思維方法適合不同的科學(xué)知識。課程改革提出“終身教育”的目標(biāo)，單純的知識教學(xué)難以完成，因此，傳授給學(xué)生正確的科學(xué)思維方法在當(dāng)下的生物學(xué)教學(xué)中顯得尤為重要。