科学复习:为思维而教

7～9年级学生正处于由具体形象思维向抽象思维发展的一个重要阶段,教师要重视学生科学思维的培养,在科学教学中注重引导思考事实依据和科学结论之间的关系,逐步形成质疑、反思的科学思维习惯.“心灵必须通过理性,运用思维,以思维为工具,才能在认识过程中获得真知”[1],在科学教学中,“为思维而教”有着十分重要的地位.然而,在不少现实的课堂教学中,“知识点”往往是教师最为关注的,为了获得知识的完整性,教师在新授课时很容易“节约”思维的时间带着学生直奔知识,而复习课更容易倾向于强调知识的完整性而忽视思维.这种现象应该引起我们的注意.那么,我们应该如何在复习课中凸现“为思维而教”呢?

笔者有幸听了湖州八中郎莉萍老师执教的一节生态系统复习课《神奇的生态瓶》.课中,郎老师引导学生思维的教学给笔者留下了十分深刻的印象.以下笔者从对这堂课的感受出发,谈谈在科学复习课教学中应该如何引导学生进行思维.

一、思维基于知识,产生于问题

知识与思维的关系非常密切,“没有知识经验就不会有人类的思维活动等知识经验是以内容的资格参加到思维问题中去的”[2]236.可见,重视学生对于科学知识的把握是必须的,因为这是培养学生科学思维的前提.但是,知识的把握却又不等于思维的发展,特别是依靠机械地反复强化去巩固记忆性知识的教学过程,并不能促进学生分析与综合能力的发展,因为“知识的多少不能成为衡量思维能力强弱的标准”,教学中更为重要的是需要培养学生“对知识的理解、运用和转化的能力”[1].简言之,科学思维的培养需要以知识为基础,但是又不可停留在具体的知识点上,而是需要通过思维在一系列知识点上不断地深入.那么,科学课教学怎样才能在已有的知识基础上引发学生的思维呢?

“人们通常检测设,人的思维和问题解决是紧密联系的”[3],“思维基于知识,却又由问题产生,并因为问题而得到持续不断深入的发展.思维的最终目的也不停留于知识,而在于使问题得以解决,做出有所创新的发现”[1],而且,“教育的最终目的就是教学生解决问题”[4].可见,有问题才有思维,有思维的课堂必然是有问题的课堂.上好复习课的关键就是要把机械的“重复”变成生动积极的“再现”和“运用”,而将“重复”变生动的路径就是精心设计问题,引导学生运用知识去解决问题.

郎老师的《神奇的生态瓶》（后面简称《瓶》）这节课,首先体现了“从问题进,又从问题出”的设计思想.她教学设计的第一个环节是“观看视频,引发思考”,视频是一个自制生态瓶的过程,需要学生思考的是：生态瓶有什么作用?生态瓶中有哪些成分?要让小鱼活下去哪些成分是必须有的?她设计的最后一个环节是“再看生态瓶,引发新思考”.这样的安排,正如杜威所言：“在每一堂课终了的时候,要检查学生已经完成的作业和学到的知识,在学生的思想中,对某些未来的课题,应有针对地寻问,到底是什么,许多问题仍然是悬而未决的,这正如结构清晰的故事或戏剧中的每一片段,都会使人期待着,渴望循着线索继续看下去.”

其次,《瓶》这节课教学核心部分的设计思路是“链接问题,展开复习”,用如下三个大问题呈现了与生态系统有关的三块内容：

问题1：你能理清种群与群落、生态系统与生物圈等容易混淆的概念吗?

问题2：你知道生态瓶中的成分吗?

问题3：什么样的生态瓶能使小鱼生活的时间最长?

问题1要解决的是生态系统的基本概念；问题2要解决的是生态系统的结构与成分；问题3要解决的是生态系统的物质循环和能量流动.然而,每一个大问题的解决都有一系列小问题作为脚手架,前面一个大问题又是后面一个大问题的脚手架.例如在问题2的解决中,在学生呈现生态瓶中的成分之后,郎老师不断追问“细菌属于生态系统成分中的什么”“可不可以说是微生物”“为什么”等.巩固练习之后再次追问：“上题中提到微生物对自己的物质循环起到重要的作用,是怎么回事呢?”然后出示生态瓶中的碳循环示意图,让学生指出分解者.有了碳循环为基础,氧循环的建模迎刃而解,解决问题3所要运用的知识也已经储备好了.有效教学的奥秘就在于,教师清楚地知道学生的认知水平与教学目标之间的距离,并清楚地知道从学生现有水平出发,到达教学目标之间要架设的脚手架的位置与个数.正是由于脚手架选择的适切,整堂课中大部分学生都处在积极思考并努力解决问题的状态中.绝大部分时间都是学生在争着表述,而教师只是一个不断有问题发现的引导者和倾听者.

二、思维产生于问题,拓展于变式

思维产生于问题,但常见的问题又容易产生思维定势.很多学生的答题错误往往不是由于知识的欠缺,而是由于思维定势造成的,如何克服学生的思维定势是教学中必须面对的问题.避免重复机械的题海战术是克服思维定势的一条路径,《瓶》这节课正是呈现了如何在日常课堂教学中克服学生思维定势的一条有效路径――课堂例题教学中的充分变式.“所谓‘变式’即指从不同角度、不同方面变换事物的非本质属性,揭示事物的本质特性,从而更好地掌握概念.” [2]236在问题1的解决中,郎老师准备了这样一道练习题：

杭州西溪国家湿地公园内生活着许多水生、陆生植物和野生植物,园内河流交汇,鸟语花香,形成了独特的湿地景观,该湿地公园属于（ ）

A.种群 B.生态系统 C.群落 D.生物圈

接着郎老师利用这个题目进行了一系列的变式：

如果选项是A（或C）,题目该如何提问?

该湿地公园内所有的青蛙属于 ；

该湿地公园内所有的生物属于 ；

该湿地公园内所有的植物属于 .

这是一个非常经典的横向变式,同一个题干不同的问题将生态系统的基本概念尽收其中.这不仅节约了学生读取题干信息的大量时间,也通过变式有效提醒学生一定要审题仔细,切不可因思维定势而盲目答题.解题教学不需要太多的题目,要的是思维含量,这应该成为我们的共识. 变式训练不仅可以克服思维定势,其中的纵向变式还可以实现思维的正向迁移和拓展.例如,生态系统的物质循环是重点也是难点,为了有效突破这个重难点,郎老师首先直接给出了生态瓶中的碳循环示意图（如图1）,图中A、B、C、D分别代表生态系统的成分,①～⑦代表碳元素的传递过程,请学生根据图回答：

（1） B是指 ,D是指 .

（2）碳元素在无机环境与生物之间以 形式进行循环的；碳元素通过 作用由生物进入无机环境.碳元素从B到C是以 形式传递的.

（3） 从物质循环的观点看,生物的碳元素究其根源来自于 .

经过这样横向纵向的多次变式,学生的思维得到了充分的拓展.

三、思维拓展于变式,提升于建模

教师在教学过程中有意识地适度超越学生的认知水平,引导学生在其学习的过程中逐步从一个个具体的案例所呈现的知识技能中跳出来,挣脱具体问题的束缚,努力地“跳一跳”去把握隐藏在现象背后的规律性认识,那么,学生仅仅依靠原有的认知就不能解决问题了,这样便引发了学生原有认知基础和当前学习所要求的思维水平之间的不平衡,这种“不平衡状态的产生酝酿了心智发展的可能”[5],学生在解决这种不平衡的过程中,思维水平也就能够获得进一步发展,从而为更好地学习新知提供了心智基础.科学课程标准强调要“帮助学生学习建立科学模型,由此培养学生的分析、概括能力和逻辑思维能力”,而学生建立模型的过程,正是把原有的认知提高到一个新水平的思维过程.

模型,中文原意即规范.按照我国著名物理学家钱学森的观点：“模型就是通过我们对问题的分析,利用我们考察来的机理,吸收一切主要因素,略去一切不主要因素所创造出来的一幅图画.”简单地说,模型是人们对认识对象所作的一种简化的概括性的描述,它是通过思维活动而对特定知识所作出的一种本质性规律性的反映.

对有些科学问题的探究既无法用真实模型,也无法找到替代模型,此时,科学家们想出了用人工模拟的方法来开展研究,如生物圈Ⅱ号、探究性状分离比的实验模型、探究生态系统稳定性的小生态瓶等.《瓶》这节课充分展示了建模思想,充分利用了生态系统的物质模型――小生态瓶,郎老师通过问题3“什么样的生态瓶能使小鱼生活时间最长”引发了学生对生态系统稳定性的一个思考.实际上,整节课郎老师都在通过小生态瓶帮助学生疏通思路,都是在用小生态瓶模拟真实的生态系统.

在复习课中,教师的任务不应是替学生找出各部分知识的现成结构,而是需要引导学生对前面所学的知识、规律、方法进行归纳整理,让学生通过自己的理解和加工建构可用的思维模型,因为“学习是一个把新旧信息结合在一起,构建出一个人自己独特的知识基础的过程”[6].这也体现在了《瓶》这节课中：（1）以生态系统为核心,将生态因素、种群和生物群落等基本概念,生态系统的成分与结构,生态系统物质循环和能量流动“分割”成三个知识块,并有序布局；（2）连接三大知识块相互联系的知识线,自然形成一个生物与环境的知识网；（3）纵观全局,再现整体,最后一个环节“再看生态瓶,引发新思考”的任务之一,就是通过三大知识块概念之间的内在联系构成生物与环境的知识网络,形成思维导图,建立了关于生物与环境关系的思维模型,使学生更好地理解了相关知识内容所构成的体系.

总之,《瓶》的教学设计理念是以学生熟悉且非常感兴趣的生态瓶为切入口,以解决学生疑难问题为准则,展开一系列有关生态系统的问题讨论,并在问题的讨论和解决中理清生态系统基本概念、组成成分、结构功能,感知物质循环和能量流动的重要性,解释生态平衡的现象和意义.在教学中,郎老师通过学生感兴趣的问题引发思维,通过充分变式顺利完成了建模,通过建模使学生的思维水平得到了有效的提升.这真正是“为思维而教”的令人难忘的一课.