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形式要件分析法在高中生物实验教学中的应用

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  摘要以逻辑推理理论为依据,提出形式要件分析法,并将其运用到高中生物实验教学的案例分析中,形成系统的实验教学手段,以期充分体现教师的主导作用和学生的主体地位。
  关键词 形式要件 生物实验 实验教学 生物学教学
  中图分类号G633.91 文献标志码B
  生物学是一门以实验为基础的学科,实验方法和逻辑方法是透彻理解生物学知识的必备手段。在高中生物教材中,为了培养学生的理解能力、实验探究能力、获取信息能力和综合运用能力,运用大量篇幅编写实验内容。同时在高考命题中,实验直接相关内容分值超过50%(2017年全国2卷统计)。由此可见,实验为基础的学科特征或教学观贯穿于整个生物教学过程。然而,在教学实践中,教师由于缺少有效的教法,就事论事,只见树木不见森林;学生则由于对实验问题的解决方法和逻辑认识比较肤浅和零散,理解能力得不到提高,觉得生物课很难。
  基于以上教学问题的分析,笔者尝试将形式要件分析法运用于高中生物实验教学,通过形成系统的实验教学手段,以期充分体现教师的主导作用和学生的主体地位。
  1研究背景
  实验教学是高中生物教学的重难点,关于这一内容的教学方法的设计和运用,大都还处在实践探索阶段,系统的有针对性的教学方法还没得到充分的研究。在CNKI(中国知网)上运用主题组合式检索,不难发现针对高中生物实验教学方法的文献共有57篇,大多侧重实验方法的介绍,而实验教学的逻辑方法相关文献少之又少,即使是在提到这些方法应用的论文中其说明也不够清晰直白。这说明以实验方法和逻辑方法为基础的生物学教学方法没有得到足够的重视。基于以上研究背景,笔者以逻辑推理理论为依据,提出形式要件分析法,并将其运用到高中生物实验教学的案例分析中。
  2方法和理论依据
  科学研究由四个部分组成:(1)科学事实或对自然现象的发现;(2)对科学事实的试探性解释或对自然现象背后原因的猜测;(3)以这些解释或猜测为前提推演出有关定律、公式、结论和预言;(4)对这些定律、公式、结论或预言等进行检验。而其中(1)和(4)部分主要依赖实验方法,(2)和(3)部分主要依赖逻辑方法,所以,实验方法和逻辑方法就成了科学研究中最基本的方法。
  归纳推理原理提出:只要依据一定的原则对事物进行分类,同一类事物必有共同属性(规则或规律)。同类事物不但有共同的客观属性,还具有认知(或理解)思维的共同性,这些共同性是由一些思维的关键节点构成,这些关键节点称为形式要件。归其原因,用相同观点去认识同一事物,必然可能存在着相同的处理方式,也就有了形式逻辑要件,简称形式要件。形式要件是指包含事物、知識和理论的逻辑(思维)中的可用于认知的关键节点的类属名称。举一反三就应该依据这样的原理。
  在对高中生物众多实验案例分析,就可看到:生物实验无论是与设计有关还是与操作有关,都具有相同或相似的形式要件。如果把它的范围扩大到生活中的“完成任务”,也能得到相同的形式要件。例如,“酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物”。这是给“酶”所下的定义,也可以认为是关于酶的知识。其中可分出“活细胞产生的”“具有催化作用的”和“有机物”三个节点,它们的类属名称就是来源、属性和类属或者更宽泛地命名为范围、特征和实质。分析教材中对其他的事物的定义,都能找到相同的形式要件,也就是形式要件具有一定的普遍适用性。因此,把下定义(实际教学中,多称为形成概念)的形式要件归纳成范围、特征和实质三个。这样就会使学生对定义的记忆和理解变得相对简单了些,并能起到举一反三的作用,符合教育学的直观性、启发性原则。这就是设计针对生物实验内容的“形式要件教学法”的原理。
  3形式要件教学法的典型案例
  首先通过典型实验方案分析,总结得出相对容易掌握的形式要件;然后以此为工具去认识和理解其他相关内容。
  3.1形式要件提取
  以“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验的过程设计(即方法步骤设计)为例。
  教师引导学生阅读人教版教科书P78“比较过氧化氢在不同条件下的分解”中的“方法步骤”内容,注意思考“方法步骤”设计的节点。从图1可以看出,整个实验的方法步骤设计可以分成“准备”“处理”“记录”三个大节点,每个大节点又分设几个小节点。学生要注意揣摩这些节点提取的合理性。同时由于学生首次接触实验设计的基本原则,教师在每项形式要件的提取中,要穿插讲解科学实验原则,如材料的合理性原则、单一变量原则、等量且适量原则以及试剂精确性等科学实验的严谨性要求的知识。
  通过以上实验案例的认识,可总结得出形式要件的提取方法由分析节点和命名两步。分析节点是一个由具体到理论的抽象思维过程,把抽象思维过程分步完成,从而培养学生的抽象思维能力。借用程序设计思想,总结为“把握全局,顶层设计;逐渐细划,最终完善”,即先大段划分,再细划完善,分成易于认知的必要节点,合情合理而不简单艰涩,也不繁芜丛杂。命名的原则是尽量具有普遍适用性和提示性。普遍适用性用于扩展,方便以后的学习;提示性有利于记忆。教学方式可采用教师引导、学生讨论的方式进行。
  3.2形式要件法的运用
  学会了提取实验中的形式要件,更重要的是要能够应用形式要件去解决实际的生物学问题。形式要件教学法不仅仅适用于实验教学,在基本概念和基础知识的理解上同样适用。例如,在细胞分裂的意义的总结教学中,可将其意义分析为“核心过程”“比较异同”和“寻找价值”三个形式要件,通过思考将细胞分裂的意义得以巩固(图2)。
  教材中关于生理过程的意义叙述很多,学生运用形式要件去分析,自己寻找表达的内容。学生先用自己的话说出来,再对照原文,既能找到自己表达过程中思维的严谨性差异,又能达到主动记忆和形象记忆结合后牢固记忆的效果,还能在以后遇到的各种事件,通过独立思考发现“意义”,真正达到叶圣陶先辈说的“教就是为了不教”的教学效果。
  以上案例的认识,形式要件教学法是以形式要件为工具,通过对教材进行形式要件提取、依据形式要件的思考自述和完成文本表达为核心操作的授课方式。(1)要件提出就是先学提取方法并领会要件,再回忆运用于同类事情中,达到知一两件事而通晓同类的目的;(2)思考自述就是让学生面对学习对象,依据形式要件逐条思考并用自己的语言表达出来,体现自知的学习过程;(3)文本表达是指把自己的述说和课本内容对比,形成理想的文本表达模式的过程。在实际教学中,要件提出会通过同类事件认识的积累而变得越来越容易,教师的提示是必要的;思考自述这是培养学生由理论到具体的抽象还原过程的能力,由学生自己完成,教师的讲要有搭桥的作用;文本表达主要由学生完成,是学生真正长知识和长才干的重要体现。
  4结语
  形式要件分析法,依据逻辑(思维)方法而设计,预期的目的如下:①通过培养学生的思维能力而达到理解和实验探究等能力提升。也可以理解为学会“做事”,使学生在学习、工作和生活上通过梳理头绪而变得有办法并发现乐趣,从而产生热爱学习的情感。②以形式要件为载体来理解记忆实验有关的知识变得相对容易,学生学会了“学习”就在理解的思维形成上具有了抓手,同时也让记忆会变得深刻牢固。综上所述,形式要件教学法具有思维培养功能、理解方法功能和帮助记忆功能。如果师生能够熟练掌握运用,就能够成为高效课堂的常用教学常用的教学方法和学生的重要的研习自学方法。
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