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谭永平:再论“用教材教”——发展高中生科学思维的视角     

再论“用教材教”

——发展高中生科学思维的视角

 

人民教育出版社课程教材研究所   谭永平

 

摘要:高中生物学新教材注重培养学生的科学思维,有关内容既有显性的科学方法、思维训练栏目,也有隐含在探究活动、科学史等素材中的隐性材料。教学中需要把教材显性资源用足,要注意整体把握、串点成线;要注意显隐结合,把资源用活。最后,以归纳思维为例,探讨如何分析教材、用好教材,提高学生的归纳思维能力。

关键词:科学思维  高中生物学  归纳推理

 

用教材(本文所说教材指教科书)教,这是近些年来基础教育界一直在探讨的话题。笔者曾经就如何看中学生物学教科书、教科书的本质属性、怎样用教材教、用教材教需要怎样分析教科书等话题做过阐述。笔者曾指出,在教学系统中教科书是课程内容的代表,“用教材教”的前提是要用教科书,在用教科书的基础上对它做加减、重组、活化;用教材教时,可以削枝强干,应尊重学生实际情况并依据内在学科逻辑和心理逻辑重组教学内容,在活化中将文本生成课堂鲜活的对话和讲解讨论,并围绕核心概念促进概念网络的形成[1]。在分析如何用好教材来开展科学思维的教学时,这些原则显得过于笼统,因此,需要就此问题来专门探讨。

 

一、科学思维与高中生物学新教材

1. 科学思维再回顾

关于什么是科学思维,在《普通高中生物学课程标准(2017年版)》里,科学思维是指尊重事实和证据,崇尚严谨和务实的求知态度,运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。[2]赵占良老师将科学思维定义为:是基于事实证据、运用科学概念、通过科学推理和论证对客观事物的本质、规律及其相互关系作出判断和解释、对事物客观发展变化作出预测的认识方式。[3]

一般认为,科学思维的核心是理性思维,此外还有直觉、灵感、顿悟等。在科学课程中能够训练的科学思维,主要是理性思维。理性思维以逻辑为基础,表现为推理、论证。

概念是科学思维的“细胞”;对概念进行判断构成命题,所有推理都是以命题的形式进行的。推理主要包括归纳和演绎两大类。在生物学教学中,我们所遇到科学思维方式,很少表现出完整的形式逻辑,而是以论证的方式出现。论证包括理由和论断两部分,科学论证所依据的理由主要是科学事实;连接理由与论断的是隐性的论证方式(归纳或演绎)。

2. 科学思维——教材如何设计?

实验版高中生物教材已经重视了科学方法、科学思维训练,2019年出版的高中生物学新教材则进一步强化了发展科学思维方面的素养。

高中生物学新教材重视科学思维的培养,注意引导学生学习科学思维方法并应用于实践。高中生物新教材中,科学思维的有关内容,有显性化的科学方法、思维训练、批判性思维等栏目,也有的隐含在正文叙述、学生活动、课后阅读、习题检测内容里。

教材中的科学方法,有很多就是科学思维的方法,因此,科学方法、思维训练这两个栏目的内容都是教材科学思维显性化呈现的内容。跟实验版教材的相比,新教材这两个栏目有不少的充实。科学方法增加“归纳法”“加法原理与减法原理”等。思维训练补充了“运用证据与逻辑评价论点”“综合概括”“区别假设与预期”“质疑与理由”“验证假说,预测结果”“分析循环因果关系”“溯因推理”“辨别偷换概念”“评估论断的可信程度”“评估获取证据的难度”等。总之,新教材中的科学思维方法包括证据的获取与甄别、数据的处理与解释、辨别假设、展开推理、评估论断等多个方面。除了上述显性化的栏目,新教材在文字叙述、学生活动设计等方面,也更加重视呈现科学事实,注意从事实到结论的推理严密性,注意在潜移默化中训练学生的科学思维。

需要说明的是,生物学课程内容主要是概念体系,教科书是以生物学概念体系为框架组织的,科学思维训练的内容结合概念的学习嵌入。同时,几乎每个生物学大概念的建立都会综合运用各种科学思维方法。教材在生物学概念学习中嵌入科学思维的内容,只是能选择某个科学思维侧重点来凸显,而不是全面介绍其中所运用的科学思维。因此,虽然在编写教材时对科学思维的内容有整体设计,但是在呈现时却是以“点”的形式存在。科学思维训练的内容之间存在的内在关系,是隐含的,需要放到整套书的框架内去思考才能发现。

 

二、如何基于教材开展科学思维训练

教材是静态、普适的的文本;教学是生长的、鲜活的、充满个性的对话。因此,从教材到教学,需要教师创造性的活动。

生物学课堂教学时,教学内容的主体也是生物学概念,但是,在概念建构的过程中,却总在自觉或不自觉地运用着思维。然而,如果没有提炼、总结,对科学思维的感悟就比较模糊,更难以达到自觉。因此,利用教材显性化的栏目适当提炼非常必要。在进行科学思维训练时,学生需要将当前所学的思维方法与已有经验、已有思维技能建立联系,是原有技能的延伸和生长,同时,也是概念、方法、思维技能等素养要素整合的过程。简而言之,在进行科学思维的教学时,既要与概念学习结合,又要有针对性地训练科学思维、提炼总结科学思维的要点;教材有关内容可以重新组合,既用足又用活,既有点又有面;既要利用教材,也要考虑学生的经验和素养的整体性。

1. 把教材资源用足

教学时,教材中显性化的科学思维训练内容,以及教材安排的探究实践中的思维运用,都应该让所有学生都有收获;教材引入的科学史素材、科学探究活动等,也应该努力挖掘其教育价值。

科学思维是概念建构的工具,凡是运用科学思维而建构的概念,理解更为深刻。教科书中科学思维、科学方法的内容,对理解概念来说有意义,在理解概念的同时,理解方法、训练思维。从这个意义上看,教科书中的科学方法、思维训练栏目的内容也应该用足。

2. 把教材资源用活

教学中重视教科书并不是拘泥于教科书,而是将教科书用活。其关键有两点。

一是整体把握,串点成线。应整体把握全套书中的科学方法、科学思维的内容,特别是应全面梳理教材里显性化的思维训练、科学方法的内容。这样,在面对每一处具体的科学思维时,知道它在全套书中的位置。在开展每一处科学思维教学时,都应该考虑如何与已有的思维技能建立联系,把各处的思维点串起来。

二是显性为“骨”,隐性为“肉”。显性化的科学思维训练,起骨架作用;但是科学思维训练不能只靠这些内容。科学思维训练还需要结合探究实践活动、科学史素材等,结合概念建构过程来训练、来运用,使之丰满、充实。

当然,作为用教材教,一定不能只拘泥于教材提供的素材。适当补充教材以外的资源来支持科学思维的教学,显然也是需要的。

 

三、以“归纳”为例探讨用教材教

2019年出版的高中生物学新教材明确阐述了归纳法。在科学发现中,在生物学概念的学习中,归纳几乎是不可或缺的。下面以归纳为例,来阐述如何用好教材来做好科学思维的教学。

1. 梳理教材中有哪些归纳思维的内容

教材在《分子与细胞》模块第一章第一节“思考·讨论”《分析细胞学说建立的过程》中,介绍了施莱登、施旺提出细胞学说后,结合这一科学史提炼出归纳法。此后,教材在很多地方还会涉及归纳法。例如,在说明细胞是基本的生命系统时,是基于细胞是冷箭竹、熊猫心脏结构的基本单位,是光合作用、血液对氧气运输功能的基本单位,是神经调节的结构和功能基础等事实的基础上,其中也蕴含着“归纳”。在阐明细胞具有统一性时,教材引导学生观察几种细胞的照片,自己在显微镜下观察细胞之后,再“归纳”细胞的统一性。在介绍氨基酸的结构通式时,教材也提供了四种氨基酸的结构式,让学生比较其共同点,由此“归纳”出氨基酸结构通式。在“思考·讨论”《细胞核有什么功能》中,教材呈现众多事实,让学生基于事实归纳出结论。在“探究·实践”《探究植物细胞的吸水和失水》中,教材在介绍生活中有关植物吸水和失水的现象后,引导学生提出问题、作出假设,并明确要求作出假设要很据已有知识和经验合理推断,这里的“合理”显然也不能离开“归纳”。

在其他册次的教材中归纳也经常出现。例如,在《遗传与进化》模块第一章第一节,教材介绍了孟德尔根据7对豌豆性状的杂交实验提出假说,由于假说无法直接验证,因此就根据假说演绎推论,最后设计实验验证推论,这是已经周知的假说演绎法。在提出假说的过程中,就需要以归纳为基础。

上文所介绍的教材中涉及的归纳是“归纳概括”,也就是从个别实例归纳、概括成具有普适性的结论。

在科学研究过程中,常用的归纳还有“归因归纳”。归因归纳的方法包括求同、求异、求同求异、剩余、共变,是寻找原因、结果关系的关键分析方法。教材中虽然未明确说怎么进行归因归纳,但有很多地方涉及。例如,所有对照实验都是在进行求异归因;在探究实践活动的分析实验结果得出结论时,也经常运用归因归纳。此外,教材还有很多与归因归纳有关的内容。例如,必修2《遗传与进化》里介绍的对照实验设计的加法原理与减法原理,可以看做是求异归纳的具体方法。《生物与环境》模块在思考·讨论《非生物因素对种群数量变化的影响》活动中,教材提供的郁闭度与草本植物种群密度的关系,就是非常典型的归因归纳。

可以说,能反映归纳思维的例子,在教材里几乎是俯拾皆是。

需要注意的是,教材中所涉及的归纳,所依据的基本都是科学事实。科学家所做的研究结果、学生自己开展探究实践获取的事实,都是进行归纳推理、形成科学结论的事实基础。

在科学研究中,在设计实验、分析结果、得出结论时,往往不是孤立地运用某一种推理,经常会表现出归纳与演绎的结合。假说—演绎法是这样,“对细胞膜成分的探索”中推理过程也是既有归纳也有演绎。

2. 教学时如何进行归纳思维能力的培养

首先,结合教材中介绍细胞学说建立过程,总结“归纳法”的特点。在这里,让学生一方面结合有关历史理解细胞学说是怎么形成的,从而达成对知识的深刻理解;另一方面了解归纳法及其在科学发现中的作用,为后面进一步学习、运用归纳法打下基础。

第二,结合概念教学,让学生温习“归纳法”。比如,可以结合细胞是基本的生命系统、细胞的统一性的学习,点明这里也涉及归纳法。在学习氨基酸结构通式时,可以再次提醒学生这里也是用归纳法。其他关于归纳概括的内容如果不太典型,则未必要在教学中一一点明。有的素材,则可以作为检测学生对归纳概括的掌握情况的素材来运用。

第三,关于归因归纳,在学生设计对照实验时,可以考虑说明这是在“求异”归纳,帮助学生将对照实验设计与科学思维建立联系。生物科学史的素材,有不少是体现归因归纳的,如光合作用的探索历程、酶本质的探索过程、植物生长素的发现过程,可以结合有关内容分析其中所隐含的归因归纳。

第四,注意归纳与演绎的关系,避免孤立地看归纳法。例如,在开展孟德尔的豌豆杂交实验内容的教学时,可结合假说演绎法的学习,提示学生注意归纳法在提出假说过程中的关键作用,帮助学生将归纳与演绎建立联系。

第五,注意思维方法的应用和习惯养成。教材涉及科学思维的内容有限,科学思维的应用却有无限可能。教师可以利用多种机会引导学生运用归纳法,并在自觉运用的过程中养成科学思维的习惯,形成尊重逻辑的态度。

 

参考文献

[1] 谭永平. 试议高中生物教学中的用教材教”. 中学生物教学,2014年第3期:4-6.

[2] 中华人民共和国教育部制定. 普通高中生物学课程标准(2017年版). 人民教育出版社,2018:4-5.

[3] 赵占良. 对生物学学科核心素养的理解(二)——科学思维及其教学. 中学生物教学, 2019年第10期:4-7.

 


(转自《生物学教学》2020年第9期)




 0  已被阅读了40次  楼主 2020-09-30 12:17:37
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