基于高中生物学论证教学的科学思维培养路径

吕国裕

摘   要：基于高中生物学论证教学，从概念视角剖析了归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创新性思维等科学思维，提出了相应的多元培养路径。

关键词：论证教学;科学思维;路径

论证式教学主要包含提出问题、收集证据、论证反驳、得出主张等阶段[ 1 ]。《普通高中生物学课程标准（2017年）版》中提出了高中生物学核心素养，其中科学思维是以事实和证据为基准，通过严谨务实的态度，运用科学的思维方法，解决问题的思维习惯和能力[ 2 ]。科学思维旨在培养学生归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创新性思维等方面。剖析这些概念内涵，紧扣教材资源，与同仁进行论证教学下的科学思维培养路径多元化的商讨。

1  基于论证教学，通过枚举法、列表比较法、观看视频等进行归纳与概括

概念剖析：归纳的推理顺序是由个别到一般，包括完全归纳法和不完全归纳法。前者包含所有的研究对象，要穷尽全部对象。完全归纳推理具有合理的论证作用，是一种必然性推理，蕴含结论主张，在论证教学中可用来证明观点，反驳谬误。不完全归纳法只是包含部分研究对象，虽不是全部对象，但也是科学的，通常可用简单枚举法和科学归纳法。在论证教学中较常用到不完全归纳法，前提和结论主张是或然的关系，即前提条件是真实的，推出的结论不一定真实，因此论证教学时要引导学生对结论主张进行质疑和反驳，不畏权威。概括是运用对比比较的方法手段，抽象出事物共同的本质特征，是论证的有力手段之一。

培养路径：论证教学是讲究证据意识，证据可以是一种事实、实验、数据等，但证据不可能穷尽，只能举个别典型实例，然后通过归纳与概括推理，得出主张。培养归纳和概括的路径可以有：可通过学生举例后进行归纳总结，如研究蛋白质的种类和功能;可通过列表等形式进行对比，如学习细胞器的种类和作用、不同细胞的细胞周期;可通过使用高倍显微镜等实验仪器观察，如概括出原核细胞和真核细胞的结构区别;通过观看视频、动画、图片等资源进行概括推理，如观看胰腺泡细胞分泌蛋白质过程视频，概括出分泌蛋白质的合成和运输相关的细胞器;结合数学法，由简单到复杂进行不完全归纳推理，如依次讲解二肽、三肽、四肽、五肽……多肽，然后归纳出氨基酸数目、肽链数目之间与形成的肽键数和脱去的水分子的关系。

2  基于论证教学，通过角色扮演、假说-演绎法、类比推理法等进行演绎与推理

概念剖析：演绎的推理顺序是一般（普遍）到个别（特殊），一般有三段论、假言推理和选言推理等形式。从一个命题出发，运用逻辑的规则，推导出另一命题的过程，与个别到一般的归纳逻辑思维方向相反。推理根据已知判断直接或间接推导出新判断，由前提条件得出结论主张的过程，也可从结论主张倒推其必须的前提条件。推理的语言表述通常为因果关系的复句，如“因为……所以……”“由此可见”等作为推理的系词。推理主要形式有演绎推理、归纳推理和类比推理，区别之一在于逻辑推理方向不同，运用条件不同，但对于论证教学都是有力的论证手段。

培养路径：在论证教学时，演绎推理是十分常见的思维方式，假说-演绎法是人教版高中生物必修2重要的学科方法之一。在论证教学时，演绎推理主要贯穿在从事实到主张的推理过程中，在支持与反驳环节也常用到。培养演绎与推理的路径可以有：通过角色扮演等活动形式进行演绎，如细胞免疫和体液免疫教学时运用角色扮演形式演绎不同种类的细胞的作用;通过假设-演绎法进行探究活动，如论证孟德尔的基因分离定律和基因自由组合定律等;通过类比推理法进行推理，如论证基因在染色体上。

3  基于论证教学，分析系统的结构和功能以及内在关系等，运用所学知识进行建模

概念剖析：模型是为了达到表达概念的性质等目的，作用是把主观意识变成客观阐述的形态结構，表现形式有实体或虚拟结构。如果一件事物发生变化，由此构建的模型也会随之改变，具有一定的动态性，并不是一成不变。模型从构成形式、展示形式、分类等不同标准，分为实体模型和虚拟模型、平面展示和立体展示、数学模型、物理模型、结构模型、概念模型、思维模型、仿真模型等。建模就是为了研究事物而建立模型的过程，是一个为了帮助理解事物之间关系而抽象的过程。建模的作用可以用来解释已有的事物现象，也可以基于事物发展过程的连贯性规律预测事物的未来发展趋势，对实际事物实行最优化控制。

培养路径：论证教学强调论证手段和方法，实现论证的形式多种多样，模型与建模是论证手段之一，有利于支持主张。培养模型与建模的路径有：通过分析系统的结构和功能，根据系统的内在关系建模，如构建细胞膜流动镶嵌模型、真核细胞亚微镜结构模型等;通过分析系统的运行规律，根据系统的作用机理建模，如血糖平衡调节模型、水盐平衡调节模型等;通过对实验探究分析或实验结果处理，运用已学的知识建模，如构建酵母菌种群数量的变化模型、构建数学模型研究土壤中小动物类群丰富度等。

4  基于论证教学，通过提出问题、评价质疑等方式发展批判性思维

概念剖析：批判性思维是一种高阶思维，离不开低阶思维的支持，为了改善思维品质，可按照一定的标准来评价他人或自己的观点、行为或思维过程，对司空见惯的现象，运用不同的思维角度、方向等进行质疑、反思和矫正，重新审视自己的思维。它是一种与常规思维倾向不同的思维技能，通过分析、比较和综合等充分的论证，往往使认识更准确、更全面。批判性思维是当今社会急需的一种创新思维，可以通过论证教学得到很好地发展。

培养路径：论证教学每一个环节都可进行评价质疑，如提问是否有效、证据是否可靠、评价是否恰当、支持是否有力、主张是否正确等。培养批判性思维的路径可以有：通过提问训练，掌握提问的模式和方法，锻炼批判性思维，如针对去年全球出现的引起肺炎的新型冠状病毒，6问法（Who、What、Where、When、Why、How）就是一套很好用的提问模式——它是一种SARS变异病毒吗？人会传动物吗？病毒从哪里来？什么时候会消失？为什么会大爆发？喝高度酒可杀死病毒吗？等;通过评价环节发展批判性思维，如教师提供关于免疫治疗加靶向治疗的效果与传统的化疗效果的资料，学生得出提高免疫治疗加靶向治疗的效果比传统的化疗效果好的观点，判断证据与观点是否正确关联？可引导学生提出质疑：作出判断的依据是数据、实验研究还是猜想？资料来源是权威杂志还是一般网络资料？

5  基于论证教学，通过培养发散思维、直觉思维等方式发展创新性思维

概念剖析：创新性思维离不开记忆、理解、联想等低阶性思维能力，表现为开拓新领域或开创新成果，不受固有知识的限制和传统方法的束缚，能运用新角度、新观点、新方法、新设想，从不同的层次、不同的结构去发散性、创新性解决生活实践或学习探究情境的问题[ 3 ]。思维有时是直觉、顿悟、灵感，批判性思维是创新性思维的基础，创新性思维是批判性思维的必然。创新性思维范畴很广，如对立思维、发散思维、逆向思维等，具有独特的批判性、深刻的灵活性，它是论证教学追求的最高境界。

培養路径：中学生迁移创新能力表现不佳，低水平的占93.4%，高水平仅占6.6%[ 3 ]。创新性思维不是先天的，后天训练可形成，它发展于一般思维又有别于一般常规思维。论证教学就是创新性思维培养良好的教学模式之一，由证据到初步主张需要学生大胆猜测，发挥学生想象力，调动学生思维的发散性和创新性。培养创新性思维的路径可以有：大胆猜想，小心求证，分析推断。如尝试提出不同于教材的新的细胞衰老学说、生物进化学说、遗传定律等;充分发散，扩大思维宽度。如防治艾滋病的新思路有免疫疗法、陷阱法、RNA降解法等;依托直觉思维，发挥瞬息即逝的直觉灵感。如根据教师提供的史实，构想细胞膜结构模型演变过程。

与常规教学比，论证教学使科学思维不停留在某个环节，而是向思维深度不断推进，形成完整的证据链。如论证教学不能戛然而止于归纳概括后得出主张，还必须寻找证据来支持，引导学生提出质疑。“基因控制性状”一节，通过囊性纤维病和镰刀型细胞贫血症两个实例归纳概括，得出初步主张：基因可通过控制蛋白质的结构直接控制性状。如何通过实验验证？证据：水熊是地球上生命力最顽强的生物，抗辐射能力是人类的千倍之多。将水熊的抗辐射基因Dsup、Dsup基因且抑制蛋白组转入人类细胞，实验分为无辐射处理组和辐射处理组。实验结果略。分析：转入Dsup基因但同时抑制蛋白质合成，人的细胞仍然会迅速死亡，表明即使有基因存在，没有蛋白质，人细胞仍没有抗辐射的能力。质疑：是否是唯一途径？通过实验结果对照和白化病实例，完善最终主张。

科学思维要严谨求真，运用实证性逻辑思维应对各种问题[ 4 ]。科学思维不仅仅局限以上五个方面，具有更广的内涵，在论证教学单课时中不可能只是单独培养某个维度，也不可能全部涵盖，必然具有单元整体综合性，培养科学思维路径是多元的，论证教学与科学思维两者关系研究的越深，培养路径就越丰富，成效也就会越大。

参考文献：

[1] 杜爱慧.论证式教学：一种有效的探究教学模式[J]. 教育导刊：上半月，2011（9）.

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

[3] 王健.基于学生核心素养的生物学科能力研究[M].北京：北京师范大学出版社，2018：99.

[4] 教育部考试中心.中国高考考评价体系[M].北京：人民教育出版社，2019.

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