甘耀平

在学生发展的核心素养体系中，理性思维是核心素养的重要组成部分，也是高中生物学科核心素养的构成要素。理性思维是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维方式。通过生物学课程的学习，学生应逐步发展和形成理性思维习惯，学会运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创新性思维等方法探讨生命现象及规律，审视或論证生物学社会议题。生物学实验为培养学生理性思维的自觉能动性创造了良好的实践环境和条件。教师可通过利用以下教学策略，在生物学实验教学中渗透和培养学生的理性思维能力。

1 由表及里，培养学生归纳与概括思维能力

归纳和概括是把个别事实抽象成一般原理的过程。生物学实验离不开实验现象的观察和统计。观察实验现象、积累事实是学生进行归纳和概括的基础。因此，教师必须引导学生亲自动手操作实验和有目的观察实验，使学生获得感性认识。当学生获得较丰富的事实依据和较典型的事实表象后，引导学生对实验现象进行交流和讨论，使学生掌握基本的生物学规律和原理。

例如，在学习孟德尔遗传定律时，学生对于F1产生配子时非等位基因如何发生自由组合以及为何会发生自由组合难以理解。在进行“两对相对性状的模拟杂交实验”时，教师可给每组学生提供4个大信封，分别写上“雄1” “雌1” “雄2” “雌2”，前两个信封内放入“黄Y” “绿y”的卡片各10张，后两个信封内放入“圆R” “皱r”的卡片各10张。然后从“雄1” “雄2”两个信封中随机取出1张卡片组合在一起，模拟F1产生雄配子的种类，从“雌1” “雌2”两个信封中随机取出1张卡片组合在一起，模拟F1产生雌配子的种类。再将4张卡片组合在一起，模拟受精作用产生F2的类型。之后，教师提问：① 每一次模拟实验后，需将卡片重新放回原信封吗？② 从“雄1” “雌1”和“雄2”“雌2”4个信封中分别取出的Y、y数量以及R、r数量相等吗？学生通过观察和统计F1产生的雌雄配子类型和F2类型，就可归纳和概括出自由组合定律的实质是非等位基因自由组合了。通过实验，教师在帮助学生突破难点的同时，培养了学生归纳与概括的思维能力。

2 由此及彼，培养学生演绎与推理的思维能力

演绎与推理是从一般性前提出发，通过推导，得出个别结论的过程。生物科学作为一门自然科学，严谨的逻辑性是主要特征。在高中生物学的学习过程中，演绎与推理思维能力要求学生能够运用已经学过的生物学规律，通过观察、实验、猜想等活动，预测和探讨相关的生命现象，并能用恰当的方式阐明自己的想法。

例如，在学习“物质出入细胞的方式”时，通过质壁分离实验，学生已知：成熟的植物细胞是一个完整的渗透系统，当细胞液浓度小于外界溶液浓度时，细胞会因为失水而发生质壁分离现象。之后，教师可继续引导学生思考：① 若用一定浓度的甘油或KNO3溶液代替蔗糖溶液，会出现不一样的实验现象吗？学生依据质壁分离的一般原理进行分析和猜想后，教师可提供甘油和KNO3两种试剂，学生通过实验验证自己的猜想是否正确。② 洋葱外表皮细胞是否会发生质壁分离，如何观察洋葱外表皮细胞的质壁分离现象？学生根据洋葱外表皮颜色浅、不易观察的特点，猜想可采用之前所学的红墨水染色的方法。之后，教师提供相关材料，让学生通过实验进行验证。相比于直接告诉学生答案的学习方式，通过演绎推理方式更有利于学生主动、深入理解生物学概念，形成严谨的理性思维。

3 由繁化简，培养学生模型与建模的思维能力

模型是对所认识事物的概括性描述，可以分为物理模型、数学模型和概念模型等几类。模型构建则是运用模型的方法将抽象的、不可测的事实或过程借助身边的材料、用具或应用数学方法、图像等加以描述、概括总结的一种活动。在中学生物学教学中，教师要充分挖掘教材实验内容，鼓励学生运用模型建构的方法，经历思维与行动的相互协调，可有效引导学生进行学习活动。

例如，在“制作DNA双螺旋结构模型”实验中，教师可将硬纸板作裁剪出若干不同形状的纸片，用五边形纸片代表脱氧核糖，圆形纸片代表磷酸，涂上不同颜色的长方形纸片代表四种不同的碱基。然后，教师引导学生用细铁丝将这些“零件”连接组装成若干个含有不同碱基的脱氧核苷酸模型，进而继续制作成碱基互补配对的两条脱氧核苷酸长链模型。再用订书钉连接碱基对，通过旋转最后得到DNA分子双螺旋结构模型。在DNA模型的建构过程中，学生经历了思考——尝试——错误——再思考——再尝试的思维过程，深刻地理解了DNA分子的结构特点，体验了模型建构的学习方法，提高了理性思维能力。

4 由信生疑，培养学生批判与质疑的思维能力

美国《国家科学教育标准》提出，科学是格物致知的一种途径，其基本特点是以实证为判别尺度，以逻辑作论辩的武器，以怀疑作审视的出发点。批判与质疑思维是指对所学内容的真实性、精确性、性质与价值进行判断，从而对做什么和相信什么作出合理的决策。拥有批判性思维的学生习惯于对自己或是他人的观点进行反思、质疑并进行分析，同时通过思考作出理性的决定。在实验教学中，教师可引导学生从实验原理、材料、方法等方面分析实验的不严谨之处，设计、分析、评价实验方案并进行修改和完善，分析实验的异常现象等，这些过程可充分锻炼和培养学生的批判性思维。

例如，在进行“探究酶的专一性”实验前，教师可提供唾液淀粉酶、过氧化氢酶（猪肝研磨液）等几种常见的酶以及其他所需的实验材料、用具等，引导学生自己设计实验方案，培养学生批判性思维能力。在实验过程中，教师可引导学生思考：能否利用I2-KI溶液替代本尼迪特试剂来探究唾液淀粉酶的专一性？由于I2-KI溶液不能判断蔗糖能否被水解，学生得出本实验应选用本尼迪特试剂的原因。实验之后，教师还可继续引导学生进行思维拓展，如果唾液淀粉酶加蔗糖的试管也呈现轻度阳性反应（出现红黄色沉淀），该如何解释，请设计实验验证自己的假设。从实验前的方案设计到实验操作与分析，再到实验后的思考与拓展，不仅增强了学生实验的积极性，让学生知其然、知其所以然，而且培养了学生大胆质疑的勇气，提高了学生的批判与质疑的思维能力。

5 推陈出新，培养学生创新性思维能力

创新思维是指突破常规思维的限制，以新颖独创的方法解决实际问题的思维活动。具有创新思维的学生能从多角度、多侧面、多层次去思考问题，寻求答案。生物实验课是培养学生创新思维和实践能力的主要阵地，把创新思维的教育融入实验教学是培养学生创新思维能力，发展学科核心素养的重要途径。

在实验前，教师应鼓励学生进行预习，同时鼓励学生自带适宜的实验材料进行实验。实验过程中，教师应营造相对宽松、自由的实验教学环境和氛围，引导学生认真操作，正确观察并如实记录实验结果，不能想当然地将实验现象作为“标准答案”。例如，在“检测生物组织中油脂、糖类和蛋白质”实验中，除了实验室提供的花生、苹果汁、豆浆三种材料外，学生自带的实验材料常有用动物脂肪和植物油检测油脂，用西瓜汁和番茄汁等替代苹果汁检测还原性糖，用鸡蛋清和豆奶检测蛋白质等。教师引导学生从生活中就地取材，并比较不同实验材料所得到的现象，培养了学生的创新思维。在实验过程中，针对花生种子切片难的问题，教师可鼓励学生思考是否有其他方法便于操作和观察。有的学生想到用刀片刮的方法。教师继续引导学生比较这两种制片方法观察效果的差异性，得出用刮取法易操作，但难观察到完整细胞的结论。教师在平常实验教学中有意识地多给学生思考和操作的时间和空间，激发学生的探究兴趣和创造性，有利于培养和提高学生的创新思维能力。

参考文献：

[1] 谭永平.批判性思维与中学生物教材教学[J].中学生物教学，2016（13）：10-12.

[2] 美国国家研究理事会.戢守志等译.美国国家科学教育标准[M].北京：科学技术文献出版社，1999：1-28.endprint