以培养学生理性思维的探讨

段紫星

摘要：运用交互式电子白板进行教学，通过创设问题情境、依据问题建构模型、运用模型进行类比推理与模拟实验，引导学生积极参与问题探究，提升学生的分析、归类、联系、发现范型、观察、解释、排序、预测等多种理性思维能力，进一步提升学生的生物学学科核心素养。

关键词：电子白板;类比;模拟;理性思维

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

坎贝尔提出，教学应当重视发展学习者的“理性思维”能力，并按以提问促进理性思维发展的方式，将理性思维分为如下20种：分析、提问、归类、交流、比较、联系、对照、精细加工、评价、推测、解释、测量、观察、运作、发现范型、预测、排序、总结、综合、确证。交互式电子白板具备书写、画图、拖动、放大等功能，用于生物学教学中，通过类比和模拟的方法，引导学生主动地参与探究，展示相关的形态结构、生理过程，可有效地激发学生的思维。

1类比

类比是由两个对象的某些相同或相似的性质，推断它们在其他性质上也有可能相同或相似的一种推理形式。将人们熟悉的事物与不熟悉的事物相类比，能给人留下深刻的印象，新事物的特征也往往在比较中显现出来。因此，当学生所学知识较难或较抽象时，解决这个问题的有效途径之一就是教师在学生己学知识和新学知识之间运用类比模型。

1.1结构功能类比，促进分析、归类、联系思维发展

显微镜的结构比较复杂，由于很多学生都用过放大镜。在学习显微镜的结构时，教师可将显微镜与放大镜进行类比：显微镜和放大镜都具有放大的作用，由此推出显微镜和放大镜放大原理是一样的，也具有类似的结构。

教师先在白板上展示一只蝴蝶，提问：如果要观察蝴蝶的更细微结构，可以用什么工具？学生会想到放大鏡，教师将事先缩小的放大镜图片放大，让学生拖动到一个合适的位置。学生结合自己使用放大镜的经历，想到放大镜要和物体有一定的距离。教师提问：放大镜能够悬空吗？学生想到为了解放自己的双手，可以用一个架子来固定放大镜（图1甲）。教师再给，学生介绍桌面台式放大镜，附带LED补光灯，可方便在夜间或光线昏暗的地点正常使用（图1乙）。最终学生得出放大物像应具备放大镜、调节焦距、光源、支架等结构。教师呈现显微镜图片，介绍各结构和功能，要求学生将所有的结构进行归类（图1丙）。

大脑一次性接收的信息量有限，由于显微镜具有多个结构，一一呈现出来会让学生觉得太复杂。教师将显微镜和放大镜进行类比，采用结构化的信息处理方式，在显微镜的所有结构中筛选出关键信息，归纳，整理并提炼出结论。学生只需记得显微镜具备四个方面的结构，这四要素构成了类似金字塔形式的信息结构。学生将信息以这样的方式储存到大脑里，不仅清楚了显微镜的结构，而且也理解了各结构之间的逻辑关系。结构功能类比促进了学生理性思维的发展：①分析，放大物像必须满足的条件;②归类，将显微镜各结构组织成一个个类别;③联系，各结构之间有什么联系。

1.2生理过程类比，促进发现范型、归类、联系思维发展

尿液的形成对于学生来说是个难点，学生可以记住尿的形成包括过滤和重吸收两个过程，但是对这两个过程中物质的变化理解比较困难。教师创设生活情境，引导学生解决现实问题，构建类似肾脏的模型。

教师创设问题情境：假设你承包了一个鱼塘，现在鱼塘里的有大黄鱼和小黄鱼，其中小黄鱼死掉了一部分，现在你要卖掉所有的死鱼和一小部分活的小黄鱼，如何最快地捕捞到这些鱼？

接着，在电子白板上展示一个鱼塘，并按照题意将所有的鱼分成两组：一组是大黄鱼和部分活的小黄鱼，另一组是死的小黄鱼和部分活的小黄鱼。学生讨论怎样才能将所有的鱼分成这样的两个组。教师引导学生分成两步：①先将大黄鱼分出来;②让一部分活的小黄鱼也过来（图2甲）。针对第一步，学生很容易想到用渔网，渔网可以把大鱼捞起来或者是可以让小鱼通过渔网，运用电子白板的拖动功能，学生可以演示所有的小黄鱼通过渔网的过程（图2乙）。针对第二步，学生会考虑要设置一个障碍，死鱼不能绕过这个障碍，活鱼却可以通过（图2丙）。

活动结束后，教师展示尿液的形成，血液流经肾脏后，尿素、多余的水分和无机盐形成尿液，经输尿管流入膀胱暂时储存（图2丁）。尿液形成过程与以上捕捞鱼的过程类似，先让血液中较大的组分通过，再按人体所需吸收营养物质。完成这两个过程需要相应的结构，肾脏中就具有类似渔网和障碍的结构。

对于抽象问题的解决，教师通常利用动画或制作实物模型等使之形象化，帮助学生形成感性认识，但不能有效激发学生的思维。教师利用电子白板建立事物的模型，运用模型将生命活动展示出来，要求学生动手动脑。捞鱼的模型只是肾单位原型的简化，不可能也没必要把肾单位的所有细节都列举出来，但是它保留了系统原型的一些本质特征。学生通过类比模型的建构，亲历了思维的探究，过滤和重吸收两个过程是对血液成分进行分类处理，要完成什么样的功能就需要相应的结构。

生理过程类比促进了学生理性思维的发展：①发现泛型，生命活动和社会生产活动等不同对象之间有相似的地方;②归类，将血液中的成分按照不同的依据进行分类;③联系，结构和功能之间的联系。

2模拟

模拟是对真实事物或者过程的虚拟。在教学过程中，有时难以直接拿研究对象做实验，可以用模型来做实验，即模仿实验对象制作模型，模仿实验的某些条件进行实验，也可以对事物的内部结构、运动变化过程进行模拟。

2.1模拟生理过程，促进观察、解释、联系思维发展

在学习基因的显性和隐性时，举例说出相对性状和基因的显隐性之间的关系，并运用图解方式描述控制相对性状的一对基因的传递特点，这对学生来说有一定的难度。教师在白板上用一方形的卡片作为模型来表示基因，利用白板的拖动功能模拟基因的传递过程可有效突破难点。

教师创设问题情境：纯种红花豌豆和纯种白花豌豆杂交，子一代表现为红花。假设纯种红花豌豆基因组成为AA，白花豌豆的基因组成为aa。它们的基因是如何传递给子代的，子一代的基因组成是什么？

教师展示图3甲，说明其中红色的卡片表示基因A，能够控制合成红色素，无色的卡片表示基因a，不能合成红色素。学生通过拖动卡片来展示基因的传递过程，亲代基因AA产生的生殖细胞基因是A。由于会产生很多的生殖细胞，所以要多拖动几次，把相同的基因重叠在一起。当生殖细胞形成受精卯时，A和a组合在一起，学生可以很直观地看到两张卡片重叠在一起时，基因A决定了子一代能够合成红色素，使子一代表现为红花（图3乙）。

以上模拟活动充分还原了基因传递的动态过程，表现出了选定的抽象系统的关键特性，即亲代通过生殖过程把基因传递给子代，性状是由基因控制的。将显性基因、显性性状和显色的卡片对应起来，有利于学生的理解。通过模拟生理过程，促进了学生理性思维的发展：①观察基因的传递特点以及不同的基因组成所表现出来的性状;②解释不同的基因组成所表现出来的性状;③联系显性基因、隐性基因和相对性状之间的关系，思考在这个情境中因果关系是什么。

2.2模拟探究实验，促进分析、排序、预测思维发展

在生物课堂上直接进行实验，或者是不可能的，或者是得不偿失的。教师根据实际问题建立模型，并利用模型进行试验，比较不同后果，选择可行方案，不失为有效的代用方法。

在“探究光是不是绿色植物制造有机物的必要条件”时，如果直接呈现绿叶在光下制造有机物的实验步骤，然后让学生分析暗处理、遮光和脱色的目的，学生的思维比较被动。如果让学生设计一个简单的实验方案（表1），用电子白板的画图功能将学生的实验方案呈现出来，并提出疑问，通过学生对问题的讨论解决来逐步完善实验方案，则能激发学生的探究能力。

教师画一片绿叶，用黑色纸片挡住一半，放在阳光下，形成对照实验（图4①）。教师提问：按照这种方案，会出现什么实验结果？该实验是否符合对照实验的单一变量原则？如何保证甲组制造的有机物是在这个实验过程中产生的？学生会想到叶片原本就因为进行了光合作用而储存了淀粉。那么，如何排除原有淀粉的干扰？在这个步骤之前还得再加一个步骤，即将叶片进行暗处理，以耗尽原有的淀粉（图4②）。在检测结果的时候，教师在甲组叶片上画一个蓝色的圆圈，表示淀粉遇碘变蓝（图4③），询问学生：能否看到明显的实验现象？如何使实验现象更明显？学生根据生活经验，会想到将圆圈的绿色背景去掉，圆圈的蓝色才会更明显（图4④）。教师介绍叶片会呈现绿色的原因，以及使用酒精脱色的方法（图4⑤）。最后，学生将5个步骤进行重新选择并排序，完善实验方案。

针对科学探究，学生通常能够选出控制变量，但要列出所需要的材料与用具，设计完整的实验步骤却有一定难度。学生对实验进行模拟，可以演绎实验的结果，并对结果进行分析，根据可能出现的不足之处，进行步骤上的完善。教师对实验过程进行分解、排序、组装，从而锻炼学生的逻辑思维，培养学生发现问题、解决问题的能力。通过模拟探究实验，促进了理性思维的发展：①分析——分析实验的步骤包括哪些;②排序——将这些步骤用线性方式加以排列，应先做什么，再做什么，最后做什么。③预测——依据现有的方案预测实验结果。

运用电子白板可建構具有动态性的图片模型，既具有FLash动画的形象直观性，又具有实物模型的可拆卸、组装的功能，操作更简便，在学生探究问题、动手建模的过程中，提升了学生的生物学理性思维能力。