由問題引領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

張 祥

科學(xué)思維是生物學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)提出的四大核心素養(yǎng)之一。它指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。［1］問題是思維的起點，當(dāng)前生物學(xué)教學(xué)的最大問題在于教師不善于將知識轉(zhuǎn)化為問題來引領(lǐng)學(xué)生思考，導(dǎo)致學(xué)生的問題意識淡薄。［2］所以，核心素養(yǎng)視域下的生物課堂中，教師應(yīng)該摒棄過去滿堂灌的知識教學(xué)觀，學(xué)會以知識為載體，通過問題引領(lǐng)、創(chuàng)設(shè)問題情境來發(fā)展學(xué)生的思維品質(zhì)，樹立從“知識本位”走向“素養(yǎng)本位”的教學(xué)觀，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

一、關(guān)注生物學(xué)原始問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法

“原始問題”是指直接來自自然界、社會生活、生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究，能夠反映科學(xué)概念、規(guī)律及原理的典型現(xiàn)象和事實的問題。從原始生物學(xué)問題入手，最終解決或了解生物學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)是生物教育教學(xué)的價值所在。［3］原始問題是相對于傳統(tǒng)抽象理論問題而言的，傳統(tǒng)抽象理論問題往往是教師或資料編寫者從教材中找出一些只需要學(xué)生記憶或簡單理解的問題，如“酵母菌的遺傳物質(zhì)是什么”“為什么說糖類是生物體生命活動的主要能源物質(zhì)”等淺層次的問題。這些問題因為是從原始問題的現(xiàn)象與事實中抽象剝離出來的，學(xué)生只需回顧課本的知識點，就能夠解決這類問題，但同時學(xué)生失去了面對復(fù)雜的真實情境時進(jìn)行直覺整體體驗、分析與判斷以及歸納提煉等科學(xué)思維的機(jī)會。

科學(xué)思維既是一種能力的培養(yǎng)，也是一種重要的思考方式，其培養(yǎng)必須基于邏輯推理（包括歸納、概括、演繹、推理、論證等）?；谠忌飳W(xué)問題引導(dǎo)學(xué)生思考、探究可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法，當(dāng)然這需要教師善于從平時生產(chǎn)、生活及自然界中挖掘有價值的問題。

例如，在學(xué)習(xí)“糖類的分類與功能”一節(jié)內(nèi)容時，教師可以引入糖尿病人的飲食作為研究學(xué)習(xí)的主線，讓學(xué)生課前先調(diào)查糖尿病患者的飲食結(jié)構(gòu)，然后在課堂上通過生活中的問題來引導(dǎo)學(xué)生思考。教師可以提問：糖都是甜的嗎？甜的食品都含糖嗎？糖尿病人是否所有的糖類食品都不能吃？哪些糖類糖尿病人可以多吃？糖類有哪些種類？它們在人體內(nèi)分別有什么功能？等等。之后，教師展示生活中常見的各種食材，讓學(xué)生討論它們都含有哪些糖類，還可以展示一些宣稱不含糖的食品廣告，讓學(xué)生討論糖尿病人是否可以任意吃。在學(xué)生討論結(jié)束后，給出醫(yī)生對糖尿病人的飲食建議。

二、設(shè)計遞進(jìn)式問題鏈，提升學(xué)生科學(xué)思維高度

所謂“遞進(jìn)式問題鏈”，就是根據(jù)本單元本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)生已有的認(rèn)知水平，在教學(xué)實施過程中將學(xué)生需要掌握的知識和能力借助課程資源轉(zhuǎn)化為具有系統(tǒng)性和挑戰(zhàn)性、相互獨立而又層層遞進(jìn)的教學(xué)問題組。它有利于學(xué)生圍繞一個重要概念展開思考，了解重要概念形成的來龍去脈，從而使學(xué)生掌握科學(xué)思維的方法，讓學(xué)生的思維活動從無序走向有序，從低階思維走向高階思維。

例如，在探究生物膜結(jié)構(gòu)的教學(xué)時，教師可以提供以下資料供學(xué)生思考：

資料1：1895 年歐文頓用500 多種化學(xué)物質(zhì)對植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行了上萬次實驗研究，他發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)的通透性不一樣，可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞中。1897 年，另有學(xué)者用紅細(xì)胞做了類似的實驗，也證明了分子穿膜的通透性與它在脂質(zhì)中的溶解度有關(guān)?；谶@些事實，1898 年，歐文頓提出了一個假說：膜是由脂質(zhì)組成的。

資料2：1925 年，荷蘭科學(xué)家戈特和格倫德爾利用脂質(zhì)單分子層技術(shù)測定了人的紅細(xì)胞膜中脂質(zhì)分子單層表面積，并且估算了紅細(xì)胞膜的表面積，發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)單分子層面積是紅細(xì)胞膜表面積的兩倍。

資料3：1959 年，德國生物學(xué)家羅伯特森通過電鏡看到了質(zhì)膜清晰的“暗—亮—暗”三層結(jié)構(gòu)。他結(jié)合其他科學(xué)家的研究，提出了生物膜是由“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”構(gòu)成的“三明治”模型，而且他認(rèn)為生物膜是靜止的結(jié)構(gòu)，化學(xué)成分不會改變。

依據(jù)以上幾則資料，教師可以通過設(shè)計以下遞進(jìn)式問題鏈來提升學(xué)生思維的層次：

（1）歐文頓為什么要做大量的重復(fù)實驗？歐文頓的結(jié)論是否一定正確？質(zhì)膜是否還含有其他成分？如何驗證我們的觀點？請設(shè)計實驗并驗證結(jié)果。這一問題鏈不僅讓學(xué)生體會到科學(xué)實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性，理解平行重復(fù)實驗可以使實驗結(jié)果更加真實、準(zhǔn)確，而且滲透了“邏輯與實證相吻合、結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”的觀念，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)造性思維能力。

（2）推測生物膜中磷脂分子的排布方式，嘗試構(gòu)建生物膜的結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)建構(gòu)的模型，討論分析模型和質(zhì)膜在生物學(xué)功能上的不同之處。這一問題鏈能夠啟發(fā)學(xué)生思考，通過動手建構(gòu)模型，訓(xùn)練學(xué)生的分析能力，不斷向?qū)W生滲透“結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一”的生命觀念。

（3）既然生物膜的“三明治”結(jié)構(gòu)與質(zhì)膜的許多功能相矛盾，為什么電鏡下看到的膜顯示出“暗—亮—暗”三層結(jié)構(gòu)？羅伯特森認(rèn)為生物膜結(jié)構(gòu)模型是靜止的，這和生物膜的功能不相適應(yīng)，請設(shè)計實驗探究構(gòu)成質(zhì)膜的分子是可以運(yùn)動的。這一問題有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究及發(fā)散性思維能力，同時激發(fā)學(xué)生能提出新的問題，讓思維活動貫穿課堂學(xué)習(xí)活動的始終。

三、創(chuàng)設(shè)多種問題情境，拓展學(xué)生科學(xué)思維深度

1.利用實驗操作失誤創(chuàng)設(shè)問題情境。

生物學(xué)是一門實驗學(xué)科，學(xué)習(xí)和掌握實驗技能是中學(xué)生物教學(xué)中不可或缺的部分。學(xué)生在實驗操作過程中，常常會出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致實驗現(xiàn)象不夠明顯，此時教師可以借此失誤來創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生探討錯誤操作與正確操作的差異及其原因，讓學(xué)生真正理解每一步操作的意義，在反思與糾正中培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方式，拓展學(xué)生科學(xué)思維的深度。

例如：在做“葉綠體中色素的提取與分離”實驗時，有學(xué)生在研磨綠葉前忘記添加二氧化硅或碳酸鈣，研磨后發(fā)現(xiàn)了，就想把研磨好的材料倒掉重做。此時，我們要求學(xué)生不要將研磨好的材料浪費了，不如做一個探究：看看如果不加二氧化硅或碳酸鈣實驗會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果，為什么會出現(xiàn)那樣的結(jié)果。通過對照實驗，學(xué)生就更能清楚地明白研磨時為什么要添加這兩種物質(zhì)。

2.根據(jù)生產(chǎn)生活現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)問題情境。

在真實的生產(chǎn)生活中，學(xué)生看到了很多的生物學(xué)現(xiàn)象，其中蘊(yùn)含了豐富的生物學(xué)知識，但學(xué)生卻很少思考其內(nèi)在的機(jī)理。教師如果善于在課堂上根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)和內(nèi)容，適當(dāng)?shù)貙碜陨钪械某Ｒ姮F(xiàn)象與所學(xué)內(nèi)容相聯(lián)系，不僅能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)生的思考與探究，而且有利于學(xué)生創(chuàng)造性地將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐，從而讓學(xué)生感到學(xué)有所用，體會到學(xué)習(xí)的價值。

例如：在學(xué)習(xí)“呼吸作用”一節(jié)內(nèi)容后，教師可以提出以下問題，拓展學(xué)生對所學(xué)知識的理解。（1）到了收割季節(jié)，農(nóng)民伯伯將稻子等糧食收獲后為什么要曬干后才放入糧倉儲藏？而且隔一段時間還要通風(fēng)透氣？（2）平時蔬菜水果采摘后該如何保鮮？（3）稻田中水稻根系為什么能長時間耐水淹？為什么隔一段時間稻田需要將水放干曬田？通過思考這些基于真實情境的問題學(xué)生加深了對所學(xué)知識的理解與遷移應(yīng)用，有效地提升學(xué)生內(nèi)隱的學(xué)科關(guān)鍵能力，促進(jìn)思維深度的發(fā)展。

除了這些，教師還可以從多重角度、多個層面恰當(dāng)?shù)貏?chuàng)設(shè)不同問題情境，如利用新聞熱點、運(yùn)用生物科學(xué)史、利用教材中的資料分析等，達(dá)到讓學(xué)生結(jié)合情境學(xué)習(xí)生物學(xué)知識、提升學(xué)科能力、培養(yǎng)高階思維的目的。

在課堂中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法和能力不僅是生物學(xué)新課程改革的內(nèi)在要求，也是學(xué)生終身發(fā)展和適應(yīng)未來社會生活的必然需求，學(xué)生的科學(xué)思維的提升不是靠零碎知識的堆積，而是需要教師在日常教學(xué)中通過多種方式，創(chuàng)設(shè)多種情境，不斷地激發(fā)學(xué)生探究和思考的欲望。唯此，才能真正發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。