批判性思维模式在细胞生物学课程改革应用的几点思考

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　　摘要：批判性思维模式首先要知道学生现阶段知识点的了解程度，其次要重视过程教学，让学生真正使用思辨型模式思考科学问题，教师应该真正以学生为中心上好一门专业课程，最后在教学的评估模式上，可以加入形式多样的不同层次的问题来真正把批判性思维模式贯彻到整个教学环节中。
　　关键词：批判性思维模式；细胞生物学；以学生为中心
　　中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）26-0114-03
　　曼德拉曾经说，教育是改变世界最有力的武器。爱因斯坦曾经说过教育不是学习已知的内容，而是教会思考的方式。批判性思维（Critical Thinking）作为一种普遍的人类现象，不仅提升了人类的创造能力，也促进了人类社会的进步。人们通过“质疑—探索—更高层次地质疑—更深层次地探索”这种模式来理解我们身边的各种事物[1]。现代批判性思维之父”杜威（John Dewey）于1910年首次指出“思维就是探究、调查、深思、探索和钻研，以求发现新事物或对已知事物有新的理解。总之，思维就是疑问”。格拉泽（Edward Glaser）在1941年使用“批判性思维”一词，他认为批判性思维包括三个方面：质询态度：有效推理、抽象、概括的知识：应用以上态度和知识的技能[2]。这促使批判性思维研究进入实证阶段，提升了批判性思维研究的系统性。美国大学教学科研人员一致认为，提高学生的推理技能是教师最重要的目标之一。[3]在使用批判性思维讲授细胞生物学课程的过程中，本人有以下几点思考：
　　一、授课前了解学生对细胞基础知识掌握的程度
　　大多数学生都在初中和高中阶段学习了生物学课程，每个学生都对生物学都有先验知识。因此，他们永远不会被视为是从零知识开始、对细胞生物学知识一无所知的学生。然而，教师通常很少花时间深入地了解学生已经知道的内容，大学教师不知道学生知道哪些内容。除此之外，细胞生物学一般是大二大三开始的专业核心课程，随着现在的课程改革，对于江苏的参加高考的学生来说，来读生物专业方向的本科生，在高中时候大部分选择生物作为高考课程，这些学生对细胞分裂、孟德尔遗传定律、细胞周期、基因这些概念已经有先验知识积累。而这些概念是否能够真正准确的理解，和是否能够理解到大学所要掌握的深度，就不得而知。甚至对有些概念可能会存在对于概念变革的教学要求，学生在他们的先前知识和他们自己的世界观的背景下考虑新信息，并且通常必须发生这些现有和新想法之间的对抗并且要解决以便实现理解的问题。例如对基因概念的不断更新，在两三年前学习的知识点可能目前认为就不一定是完全正确的。
　　因此，在理解细胞生物学中的主要概念和实现学生的概念变化的教学中，首先必须了解学生的先验知识，检查它，识别混淆，然后提供新旧思想碰撞的机会。在教授概念变革时，简单地覆盖更多材料并提供大量新想法而不让学生参与他们自己的元认知分析会适得其反。正如许多科学教育改革文件所倡导的那样，基于探究的科学教学可以被视为教育概念变革的一种策略，因为探究使学生完全相同地质疑一个人的先入为主和挑战自己的知识，这是两者的特征。概念上的变化和科学的心理习惯。在这个意义上，从根本上讲，科学家每天都在实验室里做着从事概念变革的工作，但这通常不是学生在课堂上做什么的常态。如果教师要成功地改变学生对生物如何运作的方式，就像生物学家继续革新我们对同一主题的想法一样，那么学生和教师一起必须获得先前的知识，发现误解和不完全的理解。也许矛盾的是，学生的“错误答案”可能是我们制定学习经验的最佳工具，这会使他们朝着“正确”的答案迈进，至少“正确”，因为他们更好地与当前的科学证据保持一致。然而，通常不是学生在课堂上做什么的标准。如果教师要成功地改变学生对生物如何运作的方式，就像生物学家继续革新我们对同一主题的想法一样，那么学生和教师一起必须获得先前的知识，发现误解和不完全的理解。所以，学生的“错误答案”可能是我们制定学习经验的最佳工具，这会使他们朝着“正确”的答案迈进，因为他们更好地与当前的科学证据保持一致。然而，通常不是学生在课堂上做什么的标准。如果教师要成功地改变学生对生物如何运作的方式，就像生物学家继续革新我们对同一主题的想法一样，那么学生和教师一起必须获得先前的知识，发现误解和不完全的理解。也许矛盾的是，学生的“错误答案”可能是我们制定学习经验的最佳工具，这会使他们朝着“正确”的答案迈进，至少“正确”，因为他们更好地与当前的科学证据保持一致。同样地，生物学家继续彻底改变我们关于同一主题的观点，然后学生和教师一起必须获取先前的知识并发现误解和不完全的理解。也许矛盾的是，学生的“错误答案”可能是我们制定学习经验的最佳工具，这会使他们朝着“正确”的答案迈进，至少“正确”，因为他们更好地与当前的科学证据保持一致。同样，生物学家继续彻底改变我们关于同一主题的观点，然后学生和教师一起必须获取先前的知识并发现误解和不完全的理解。也许矛盾的是，学生的“错误答案”可能是我们制定学习经验的最佳工具，这会使他们朝着“正确”的答案迈进，至少“正确”，因为他们更好地与当前科学证据保持一致。
　　二、重視过程思辨式学习。重视每一个科学实验的过程，而不仅仅是结论
　　开展以学生为中心的小组讨论，鼓励学生提问，以交流和讨论问题为学习的关键，老师作为引领方向为主，更注重过程教育。细胞生物学课程中有大量的经典案列，与细胞生物学相关的获得诺贝尔奖科学发现和其他进展中的研究，都可以作为讨论的关键问题，教师可以提出实验假设，同学们设计实验方案验证。或者教师摆出表型现象数据，同学根据已有数据提出相关科学问题。随着学生对细胞生物学研究方法掌握后，教师可以鼓励学生在课堂上提出问题，提出质疑，例如“作者的数据是否支持他们的假设和结论？为什么或者为什么不？这样的问题就是典型的批判思维模式下的问题，这是一个分析层面的典型问题：它要求回答者将关于实验结果的沟通分解为其组成部分并解释它们之间的相互关系。但是，如果在手稿或学生实验室报告的同行评审中询问，则问题可以采取另一种背景。在这种情况下，实验的方法可能会受到质疑，或者作者可能在解释其数据时采取了过于乐观或自信的观点。然后答案需要一些批判性评估（评估）以及在特定学科中传播关于实验结果的标准的知识。“体外受精过程中遗留下来的胚胎是否可以用作生物医学研究的干细胞来源？”这种问题，学生可以使用互联网快速搜索大量相关信息，进行思辨性的深入思考得出自己的解释。但是如果之前讨论或阅读过其他意见，而回答者只是概括了另一个人的意见，那么这个问题只涉及到理解。细胞生物学教学，甚至本科生物教育，并不是仅仅是对低级认知过程的关注，仅仅回忆和理解事实，无法使学生将知识转移到新环境或接近现实解决问题的挑战做好准备[4]。理解生物学的本质，参与科学实践[5]，使用证据和逻辑来得出结论对学习生物学至关重要[6]。我们相信学生应该在细胞生物学课程的开始而不是结束时就开始练习连接，转移和建模科学概念的技能。 　　三、以学生为中心，以小组讨论为主线
　　以学生为中心，寻找学生感兴趣的主题，调动学生的积极性，引导学生进行思考和研究，并开展多方向交流，可以通过email，课堂群，辅导课时间一对一和老师交流。更多的可以是学生们以小组讨论的形式进行交流。需要提供足够的开放性科学问题，比如可以说病毒是生命么？为什么是为什么不是？每一个行为都由基因决定么？为什么是为什么不是？当开放性科学问题提出后，给予学生足够的时间查询文献的时间，所以在时间安排上应该在授课之前给学生问题，至少学生有足够的时间在网上或者图书馆查询和思考，也要给予学生足够的时间分小组讨论，在小组讨论过程中，教師以旁听者身份进入，最后课堂上每个小组的代表发言时时间控制也非常重要，所以开放式讨论模式对课上课下时间的分配，小组个体和班级以及教师讲授之间的时间管理要求较高。
　　四、细胞生物学一堂金课的核心标准
　　如果上课只有老师讲满堂灌输，只讲教材和大纲内容，学生在听，就像在看电视，授课效果不好。如果上课老师提出问题，学生只是照书读，只是简单的回答对错没有更多语言，这种授课效果并不理想。当老师提出问题后，学生可以和老师进行语言交流，这种授课效果比上一种稍好，如果老师提出问题后，先让学生进行小组讨论，学生对老师的观点不认同，对老师进行质疑，这才是好的授课效果。而当老师对学生质疑的结果不认同，反馈给学生不认同的原因和理由，学生再次发表自己的观点，其他学生提出某些新的想法，在同一主题讨论下，进行深入交流，这样是理想的授课模式，也是批判性思维的核心所在。
　　五、改变标准化考试评估方式，精心设计口头交流问题
　　作为老师，是否向学生提问？什么时候问问题？学生是口头问题还是书面问题？教师出于什么目的提出问题？提前写出你问的问题，倾向于问什么样的问题？倾向于得到什么样的答案？如果改变了提出的问题类型，课堂会发生什么？如何收集数据并分析提问模式以及不同类型问题对学生学习的影响？可以使用什么标准来评估问题的有效性？“作者的数据是否支持他们的假设和结论？为什么或者为什么不？在各个层次和所有学科内，支持科学教育改革运动，是科学教学目标的明确转变，学生只需创建科学事实知识库，培养学生对科学中主要概念的更深入理解学科。例如，在不深入了解细胞呼吸的这些化学反应与生物体从食物中获取能量的需求之间的关系的情况下，对Krebs循环的化学反应的详细工作知识有何用途？他们发现学生在这些本科考试中遇到的问题中有70%—95%要求他们只考虑较低的知识和理解水平。下面是一些细胞生物学批判性思维口头问题。
　　1.成熟的人类红细胞没有细胞核或线粒体。它主要由血红蛋白周围的一层膜组成，血红蛋白是一种携带氧气的蛋白质分子。说明人体红细胞组织如此简单的优点。
　　2.在西北地区家畜经常在食用了诸如黄芪之类野草后死亡。这种植物含有的化学物质对植物也是有毒的。这些野草是如何防止自己中毒的？
　　3.有时大雨过后，水会渗透到地下室的混凝土墙，房主必须用污水泵把水抽走。如何将这种情况与生活在池塘中的单细胞生物的行为进行比较呢？
　　4.当细胞通过内吞作用吸收物质时，细胞膜形成一个由内而外的囊泡。也就是说，细胞膜的外部变成了囊泡的内部。这说明细胞膜的结构是怎样的呢？
　　5.如果一个细胞暴露在一种毒素中，这种毒素会阻碍细胞制造ATP的能力，这会对细胞膜的转运过程产生什么影响？
　　6.一些植物细胞含有载体蛋白，可以同时将糖分子和氢离子运输到胞质中。这些载体蛋白将糖分子的梯度向上移动，就像氢离子的梯度向下移动一样。糖进入这些细胞会如何影响细胞外部环境的pH值？如果把氢离子从外部环境中除去，糖的运输会发生什么？
　　7.光合作用中使用的一种辅助色素是—胡萝卜素，这是一种在胡萝卜中高浓度存在的类胡萝卜素。当一个—胡萝卜素分子被一种酶分裂时，就会产生两个维生素A分子。从维生素a中去除一个氢原子会产生视网膜，这是一种与视觉有关的色素。解释为什么吃胡萝卜对视力很重要。
　　8.当浓密的森林、云层、火山喷发产生的灰尘或大火产生的烟雾阻挡了阳光，你认为这对光合作用有什么影响？它将如何影响大气中二氧化碳和氧气的含量？科学家可以在实验室里做什么实验来验证你的预测呢？
　　9.酵母可以通过发酵或有氧呼吸产生ATP，这取决于是否存在氧气。如果有氧气存在，酵母细胞消耗葡萄糖的速度要比没有氧气时慢得多。你如何解释这个观察结果？
　　10.一个人经过一段时间的剧烈运动后，会在一段时间内深深地、快速地呼吸。运动时间越长，强度越大，在运动结束后深呼吸持续的时间就越长。运用你对细胞呼吸的理解，解释为什么剧烈运动刺激在运动结束后继续深呼吸。
　　批判性思维和创造性思维是人的思维发展的高级阶段[7]，它是人类文明高级阶段的基石。中国要为人类文明做出贡献，批判性思维与创造性思维教育不可或缺。批判性思维模式首先批判性思维模式首先要知道学生现阶段知识点的了解程度，其次要重视过程教学，让学生真正使用思辨型模式思考科学问题，教师应该真正以学生为中心上好一门专业课程，最后在教学的评估模式上，可以加入形式多样的不同层次的问题来真正把批判性思维模式贯彻到整个教学环节中。
　　参考文献：
　　[1]费希万，P.，费希万，N.，蒂瓦里，E.，等.作为普通人类现象的批判性思维——中国和美国的视角.北京大学学报，2009，46（1）：55-62.
　　[2]Glaser，E.Experiment in the Development of Critical Thinking[M].New York：Bureau of Publications，Teachers College，Columbia University，1941：22-23.
　　[3]Kurfiss，J.G.Critical Thinking：Theory，Research，Practice and Possibilities[M].Washington DC：Association for the Study of Higher Education，1988：101.
　　[4]Handelsman et al.，2007.Handelsman J.，Miller S.，Pfund C.Scientific Teaching.New York：W.H.Freeman & Co；2007.
　　[5]Wood，2009a.Wood W.B.Innovations in teaching undergraduate biology a nd why we need them.Annu.Rev.Cell Dev.Biol.2009a；25：93-112.
　　[6]NRC，2007.NRC.Taking Science to School：Learning and Teaching Science in Grades K-8.Washington，DC：National Academies Press；2007.
　　[7]Alosaimi，Hamoud K.The development of critical thinking skills in the sciences[J].Theory Methodology Practice，2013，9（1）：91-97.
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