基于科學(xué)思維培育的單元化教學(xué)實施策略

陳望春 左開俊

科學(xué)思維是指尊重事實和證據(jù)，運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，認識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。高士其曾言“思維科學(xué)是培養(yǎng)人才的科學(xué)”，但現(xiàn)實教育情境中的思維培育生態(tài)，卻常見教師只注重學(xué)生的淺層思維訓(xùn)練，而往往忽視了高階思維的深層次培育。如何有效地培育學(xué)生的科學(xué)思維，深度提高學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)？借助鐘啟泉教授創(chuàng)設(shè)的單元化教學(xué)模式論，即“核心素養(yǎng)—課程標準—單元設(shè)計—課時計劃”教學(xué)架構(gòu)可以輔助實現(xiàn)。單元化教學(xué)中的“單元”不是教材上的單元知識內(nèi)容，而是教師圍繞某一主題，在整體把握教材的基礎(chǔ)上，打破教材章節(jié)知識的原有框架，把其中具有內(nèi)在聯(lián)系的知識進行整合、重組，形成新的結(jié)構(gòu)單元。這種體現(xiàn)整體性和系統(tǒng)性的教學(xué)方法，有利于學(xué)生構(gòu)建完整的認知結(jié)構(gòu)和思維體系，提升學(xué)生綜合運用所學(xué)知識去解決實際問題的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

細胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，生物體的新陳代謝活動幾乎都在細胞內(nèi)進行?！凹毎眱?nèi)容在高中階段的占比非常大，相關(guān)的知識點非常多，幾乎橫跨整個高中生命科學(xué)的三冊書和拓展型教材。本文以“細胞”為主題建構(gòu)復(fù)習(xí)單元，以癌細胞與抗癌為教學(xué)主線，從創(chuàng)設(shè)真實情境、重構(gòu)相關(guān)概念、注重科學(xué)探究三個方面來研究如何在單元教學(xué)的實踐過程中，有序地實現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維的進階。

一、創(chuàng)設(shè)真實情境，調(diào)動思維的延展性

真實情境是發(fā)現(xiàn)或理解的動力模式，是遷移產(chǎn)生的原因。創(chuàng)設(shè)真實情境就是借助新知識傳授的驅(qū)動力，將原先的學(xué)習(xí)與新的學(xué)習(xí)情境之間共同存在的、并不是完全相同的零碎成分，構(gòu)建成共同的模式、完型或關(guān)系。思源于疑，要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，首先必須調(diào)動學(xué)生的思維積極性。鐘啟泉教授指出，核心素養(yǎng)不是直接由教師教出來的，而是在問題情境中借助問題解決的實踐培育起來的。問題情境是在真實的學(xué)科背景下凝練成的學(xué)科問題。因此教師要創(chuàng)設(shè)真實的生物學(xué)情境，將學(xué)科要解決的問題與社會的生產(chǎn)實際和學(xué)生的日常生活緊密聯(lián)系在一起，這不僅有利于激發(fā)學(xué)生的探究熱情，更有利于學(xué)生學(xué)以致用來解決現(xiàn)實情境中的問題。

在以“細胞專題”為單元的整合復(fù)習(xí)課中，通過2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的漫畫版資料——“癌癥的免疫療法”切入到社會熱點“癌細胞”。教師展示癌細胞形成的圖片，講授癌細胞的概念，提出問題：癌細胞的主要特征是什么？學(xué)生根據(jù)圖片和概念，得出癌細胞的特征之一是能夠無限增殖進行有絲分裂，從而自然而然地導(dǎo)入到本節(jié)課的第一部分——有絲分裂的復(fù)習(xí)中。教師陸續(xù)拋出以下問題：能否根據(jù)癌細胞的特點，利用有絲分裂的知識來研制抗癌藥物呢？有沒有方法可以特異性地殺傷癌細胞？學(xué)生回答可以利用課堂伊始介紹的癌癥的免疫療法，從而自然地為本節(jié)課中的第二部分——免疫的復(fù)習(xí)做好了鋪墊（見圖1）。

在建構(gòu)單元化教學(xué)的知識體系中，盡管從學(xué)生的角度來說，知識是陳舊的，但課堂的情境卻是全新的、真實的，以這種形式呈現(xiàn)的知識體系，既富有趣味性，又能啟發(fā)學(xué)生積極運用生物學(xué)的知識和方法，關(guān)注社會議題，參與討論從有絲分裂和免疫的角度，理性思考抗癌的原理，解釋或解決現(xiàn)實情境中的問題。

二、重構(gòu)關(guān)聯(lián)概念，關(guān)注思維的邏輯性

專題復(fù)習(xí)中，重構(gòu)關(guān)聯(lián)概念是有意義學(xué)習(xí)、保持和組織過程的一部分。當新知識與認知結(jié)構(gòu)中原有的概括水平較高的觀念建立聯(lián)系時，學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)中原有的概念發(fā)生變化。當這樣的學(xué)習(xí)多次進行時，學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)便由上而下逐漸分化。培養(yǎng)學(xué)生思維邏輯性的實施基礎(chǔ)是尊重事實和證據(jù)。重構(gòu)關(guān)聯(lián)概念一方面需以科學(xué)思維為內(nèi)動力，另一方面邏輯思維培育又必須依托借助關(guān)聯(lián)概念為實施載體。在進行科學(xué)思維的教學(xué)活動中，關(guān)聯(lián)概念的形成首先采用分析法關(guān)聯(lián)必需的知識和技能，然后按難易程度、邏輯關(guān)系等加以有序編排，通過有效的教學(xué)與訓(xùn)練，使學(xué)習(xí)者的生物學(xué)素養(yǎng)水平達到專業(yè)化程度。

以“細胞專題”為單元的整合復(fù)習(xí)課主要分為兩個版塊：有絲分裂與抗癌、免疫與抗癌。在第一版塊中，教師展示學(xué)生在課前繪制的有絲分裂各時期細胞內(nèi)的變化圖，引導(dǎo)學(xué)生找出錯誤并改正。這種糾錯活動，不僅能幫助學(xué)生理解“有絲分裂”這一概念，又訓(xùn)練了學(xué)生的批判性思維。在第二版塊“免疫與抗癌”中，癌癥的免疫療法用到了能與T淋巴細胞表面受體結(jié)合的抗體，教師順勢引導(dǎo)學(xué)生說出漿細胞分泌抗體的過程中，參與的細胞結(jié)構(gòu)有哪些；分析漿細胞和B淋巴細胞的結(jié)構(gòu)特點，比較兩者的不同之處；類比說出其他符合“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的例子；運用現(xiàn)代生物技術(shù)，設(shè)計出制備抗體的技術(shù)路線。整個過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生使用了分析、比較、歸納、類比等多種邏輯思維方法，并且將“特異性免疫”這一概念與其他章節(jié)中細胞膜、細胞器、基因工程、動物細胞融合等有關(guān)“細胞”的知識點一一串聯(lián)起來，幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識網(wǎng)絡(luò)，提升思維的邏輯性。教師充當學(xué)生思維過程的記錄員，在黑板上呈現(xiàn)出這些概念之間的關(guān)系（見圖2）。

在建構(gòu)單元化教學(xué)的關(guān)聯(lián)概念重構(gòu)中，要促使學(xué)生從事積極的科學(xué)思維活動，鼓勵學(xué)生充分考慮關(guān)聯(lián)性知識的涵義，學(xué)生間可通過辯論和在多種選擇中開展邏輯思維活動，并培養(yǎng)學(xué)生勇于說出個人的觀點。

三、注重科學(xué)探究，拓展思維的廣闊性

探究是一種有機體對自身環(huán)境了解和控制的需要?？茖W(xué)探究是科學(xué)思維的實證過程，激發(fā)學(xué)生對問題的探究精神是一種教學(xué)方法。教學(xué)過程中，科學(xué)探究和科學(xué)思維兩者應(yīng)該是相互滲透、密切聯(lián)系的關(guān)系。因此，在生物學(xué)課堂教學(xué)中，要求教師要注重啟迪學(xué)生的思維，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更多的主動學(xué)習(xí)的機會，以培養(yǎng)學(xué)生自我鉆研精神和自主學(xué)習(xí)能力為目標，拓展其思維的廣闊性。

在“細胞專題”單元復(fù)習(xí)課的具體教學(xué)情境中，借助科學(xué)探究，實施精致化教學(xué)過程見教學(xué)片段實錄1和2。

【教學(xué)片段實錄1】師：根據(jù)有絲分裂知識及癌細胞的特點，同學(xué)們能否總結(jié)出抗癌藥物的研制思路呢？生1：破壞癌細胞分裂周期中的任何一個環(huán)節(jié)，抑制有絲分裂。師：科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)槲皮素可將胃癌細胞的分裂阻斷在M期。你能推測槲皮素抗癌的原因嗎？生2：抑制紡錘體的形成。生3：抑制染色體的分離。生4：抑制細胞膜向內(nèi)凹陷。生5：……

教師要引導(dǎo)學(xué)生分析已有信息，根據(jù)自身的生活經(jīng)驗或事實和已學(xué)的相關(guān)知識，在分析、比較的基礎(chǔ)上作出合理的假設(shè)。學(xué)生在假設(shè)槲皮素抗癌原因的過程里，把握細胞在有絲分裂M期的各個行為，全面細致地思考和分析問題，拓展了思維的廣闊性。

【教學(xué)片段實錄2】師：癌癥的免疫療法提供了第二種抗癌思路，即利用抗PD-1抗體結(jié)合T淋巴細胞表面受體PD-1。小組討論：運用現(xiàn)代生物技術(shù)，設(shè)計出能快速、大量制備抗體的技術(shù)路線，并用文字、箭頭或圖表示。

生1：運用微生物基因工程（見圖3）。

生2：運用動物細胞融合技術(shù)制備單克隆抗體（見圖4）。

師：兩種技術(shù)生產(chǎn)出的抗體是否完全相同？為什么？

生3：不完全相同，因為同學(xué)1用到的受體細胞是大腸桿菌，為原核生物，唯一的細胞器是核糖體，沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，不能對合成的蛋白質(zhì)進行加工。在這個過程中，學(xué)生以抗體的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)為突破點，概括、遷移能力強，從不同角度、運用不同方法，并進行創(chuàng)造性的改進來解決問題，提升了思維的靈活性，達到了知識的活學(xué)活用目的。

單元化教學(xué)能夠避免課時教學(xué)造成的知識碎片化，使學(xué)生關(guān)注知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，提高學(xué)生對知識的整體認識，便于遷移應(yīng)用，是學(xué)科核心素養(yǎng)有效落實的載體。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，除了上述教學(xué)策略外，還可通過建構(gòu)模型、重歷科學(xué)史實驗、挖掘教材插圖、開展課題研究、訓(xùn)練表達能力、結(jié)合優(yōu)質(zhì)試題、糾錯活動、反思活動等策略，廣大教師需要在教學(xué)實踐中進一步探討。