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生物问题解决的策略探究

(2006-05-18 15:41:05)
分类: 学习方法
[摘要]:生物问题解决是生物教学的一个重要组成部分,对于深化学生的认知过程,培养学生分析和解决问题的能力都有十分重要的作用。生物问题解决中离不开科学的思维,本文通过实例,介绍分析、综合、比较、分类、联想等科学思维方法在问题解决中的作用,并总结提高学生问题解决能力的策略
[关键词]: 问题解决  科学思维 
生物问题解决是生物教学的一个重要组成部分,对于深化学生的认知过程,培养学生分析和解决问题的能力都有十分重要的作用。生物问题解决中离不开科学的思维,下面就学生解决问题的策略谈些粗浅的看法,与同仁共勉。
关于问题解决
问题解决是一个心理学的术语,它指的是由一定的情境引起的运用一系列的认知操作解决某种疑难的过程。生物问题解决则是指当面临一个具有一定新意的生物问题时,力图寻找有关的概念、规律、方法去解决这一问题的一个心理过程。学习的过程就是运用获取的知识解决问题的过程,虽然中学生物中所研究的问题都是在一定的科学背景下已解决的问题,从科学探索的意义上,它们已不成其为问题。但是由于学校教学过程中学生认知活动的特殊性,对于学生而言,这些仍作为一个个未知的问题提出。当学生在运用知识解决问题这一环节上存在着严重困难时,许多教师常常采用“题海战术”试图来克服这一困难,但这种方法往往耗费师生大量精力时间,而且对于培养学生分析、解决问题能力却收效甚微。因此有关问题解决的研究已成为现代教育研究的重要课题。有研究表明,优等生与中等生的最主要区别不是基础知识,而是科学的思维方法。因此研究生物问题解决的意义在于寻找一条从根本上战胜“题海”,有效地培养学生分析问题和解决问题的能力的途径。
生物问题解决的科学思维方法
当遇到一个具体的生物问题需要解决时,往往需要充分激活和联系相关知识。将当前的问题映射到原有的知识结构中,从而带着理解去解决问题。为引发当前问题解决经验与原有的与此有关的背景知识,以此为基础,理解当前的问题情景,进而通过分析、综合、推理、联想等科学思维方法,寻找解决问题的方案。熟练掌握这些思维方法,并能灵活运用于生物问题解决的实际活动中,必将提高问题解决的能力和效率。
2.1  分析和综合来解决问题
分析和综合是同一思维过程的两个方面。一个具体的生物问题首先要从整体上把握,然后研究部分,研究部分之间的关系,部分与整体的关系,最后综合为整体地解决问题。

[例1]北京、上海和广州的纬度分别为40°、31°和23°。请回答以下问题:
(1)菊花必须在每日光照短于15小时的条件下生活40-50天才能开花。生长在北京、上海和广州三地自然状态下的菊花,开花时间的早晚顺序是     、    和   
(2)在上海于5、6、7月种植某品种大豆,但它们都于9月开花。在这里,影响开花的主要外界条件是什么?为什么?
(3)假定夏至当天温度、日照光强度等都相同,种植于北京、上海和广州的某种植物的该日光合作用产物积累,从大到小的顺序是       
[解题思路] 此题是一道跨学科综合信息题。解题时首先要审明题意,然后再联系相关知识,认真分析与综合,从而做出正确的判断。菊花属短日照开花植物,一般于秋季开花。在北半球,夏至日过后,白天渐短,黑夜渐长;秋分日以后,纬度越高,昼越短,夜越长。因此,秋季的日照时间北京短于上海,上海又短于广州,三地自然状态下菊花开花时间的早晚顺序为北京、上海、广州。大豆也是短日照开花植物,且只有当日照射时间缩短到一定范围内并达到一定日照天数时,才能诱导大豆开花结果。同一品种大豆虽然分别于5、6、7月播种,其营养生长期不同,但在同一地区,对大豆开花起决定性作用的短日照出现的时间(9月)是相同的。因此,不同播种期的大豆同时于9月开花。夏至这天,日照时间北京>上海>广州。因此,某植物的光合作用产物积累量的大小顺序是北京>上海>广州。
2.2  比较和分类来解决问题
比较是在思想上确定事物同异关系的思维过程和方法,它是理解和解决问题的基本。分类是通过比较,按照事物的异同程度而在思想上加以分门别类的思维方法。比较与分类可以将几个貌似相同或相近而却根本不同的生物问题进行区别,澄清易混淆的模糊概念,以免导致解题错误。如要判断下面三个图分别是细胞分裂的哪个时期,通过比较可以透过现象看本质,揭示它们的共性和特性。
2.3  联想和推理来解决问题
这是根据事物之间都具有接近、相似或相对的特点,进行由此及彼、由近及远、由表及里的一种思考问题的方法,通过两种以上事物之间存在的关联性与可比性,去扩展人脑中固有的思维,使其由旧见新,由已知推未知,从而获得更多的设想,预见和推测。

[例2] 如图是我国农村采用的一种沼气池的剖面示意图,使用时由进料口放进农作物的废弃物如秸杆、杂草、树叶等以及人、畜、家禽的排泄物,然后加满水到一定位置以留下贮气空间。经一段时间的发酵之后,便有沼气产生。
(1)在沼气发酵过程中,有一种微生物具有除臭的作用,这种微生物是什么?是如何除臭的?
(2)在沼气发酵的过程中,进行着非常复杂的微生物代谢活动。其呼吸类型有好氧型,厌氧型和兼气型(如酵母菌)三种。试分析这三类微生物的数量在沼气池中的消长规律。
 
[解题思路]  此题看似问题较为隐蔽,解题的关键是要知道发酵池中的臭味是何种物质造成的,根据填入发酵池中的人畜、家禽的排泄物中有NH3产生,并联想到化学课中所学的NH3的化学性质,首先要确定下来这种臭味是NH3造成的,除臭就是除去NH3,哪种微生物可以作用于NH3呢?这时要想到硝化细菌,硝化细菌是一种自养型的微生物,它可以把NH3氧化成HNO2并能把HNO2进一步氧化成HNO3,从而达到除臭目的。第(2)题解题的关键是要清楚水中含氧量的变化及按异化作用来分的三大类微生物代谢类型的特点。沼气发酵的开始阶段好氧型(有氧呼吸型)和兼气型微生物大量活动和繁殖,但随着水中氧含量的下降,好氧型微生物的活动受到抑制而兼气型和厌氧型微生物活动加强,最终好氧型微生物大量死亡而厌氧型微生物大量繁殖。
2.4  数学思维来解决问题
数学思维方法常用于定量研究生物学问题,应用有关的数学技巧来解答生物问题,有时会使问题的解答变得更为简单。例如在解决遗传的问题中:计算基因型、表现型出现的概率,常用概率论中的加法原理和乘法原理,并且还可以借助图像把遗传中一些抽象问题直观化、具体化。再如代谢部分有关光合作用、呼吸作用物质和能量的计算,可以依据比例的性质在化学反应方程下列比例求解。

[例3] 将基因型为AaBbCc 和AABbCc 的向日葵杂交,按基因自由合规律,后代中基因型为AABBCC的个体比例应为:
A、1/8        B、1/16     C、1/32     D、1/64
[解题思路]  AaBbCc ×AABbCc可以看作由Aa×AA、Bb×Bb、Cc×Cc组成的。 Aa×AA产生的AA比例为1/2,Bb×Bb产生的BB的比例为1/4,同理Cc×Cc产生CC的比例为1/4,所以AaBbCc ×AABbCc产生AABBCC的比例为1/2×1/4×1/4=1/32。

[例4] 由120个碱基组成的DNA分子片段,可因其碱基对组成和序列的不同而携带不同的遗传信息,其种类数最多可达:
A、4120        B、1204         C、460           D、604       
[解题思路] 本提由120个碱基组成的DNA片段,可组成60对碱基对,而每一个碱基对有4种可能,根据数学概率论的乘法原理,其排列顺序有460 。
提高学生问题解决能力的策略
3.1  培养学生学会反思
认知心理学认为:只有认知因素才是决定学习效率和学习结果的直接因素,而认知因素主要是指学生头脑中的认知结构和学习时学生头脑中的信号加工过程。在一些练习和反馈中,教师不只是告诉学生正确答案,还必须帮助学生从认知过程上寻找错误根源程序,反思自己的思路,学会有效的认知策略。许多时候学生正确解答了习题,并不等于真正掌握了抽象的概念,很可能是机械地模仿老师的例题,所以对于正确的答案,也应要求学生反思思路。思考和评价自己解题背景知识的掌握情况,思考自己解题的思路、方法的特点,适用条件等,认识他们的价值,概括出条件化、策略化的思维规律,比较和借鉴他人的解题思路,从中吸取有益的启迪,改进自己的思维。

3.2  注重培养学生独立思考,独立解答问题的能力
过早地去给学生列举一类类错误辨析,过早地给学生总结出一套套的方法、类型,让教师的经验代替学生的思维过程,从表面看似乎可以提高学习的效率,但离开学生独立思考,独立解答,错误的修正,错误的认识过程,只能是机械记忆和模仿,最终阻碍学生能力的发展,所以应该从一些最基本、最简单的问题开始,训练学生的思维技能,让学生通过独立的问题解决而得到能力的培养。

3.3  教师注意解题思路的讲解
在实际教学中,教师往往忽视了让内潜的探索解题途径的思维过程外显化,很少讲解题的关键点是什么,突破口在哪里,以及各种思路的评价及决策等,使学生在“新题”、“难题”面前无所适从,不知所措。教师应重视解题思路的教学,暴露其解决问题的思维过程,使学生通过追寻教师的思维轨迹,体会解决问题的方法和思路,从而内化为自己的思维方式。

3.4  教师需要形成问题库
教师在教学中注意收集各种问题,形成自己的问题库,并做认真选择,根据所教学生的实际,将最具有典型意义、最具针对意义、对当前教学最具实际意义的问题鉴别出来,组成一个最必需的、最少量的习题库,以使学生能通过最少量的习题练习,取得最好的效果,这对于提高生物问题解决效益具有直接的重要意义。

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