高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的實踐研究

席長君

[摘? ?要]在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，首先要培養(yǎng)學(xué)生尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，促進(jìn)學(xué)生形成運用科學(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;其次，要培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑、重證據(jù)、重邏輯的理性思維，促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展;最后，要培養(yǎng)學(xué)生基于生物學(xué)事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學(xué)方法的能力，使其在生活、學(xué)習(xí)和工作中能創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)思維;高中生物;求知態(tài)度

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2020）20-0083-03

生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué)，也是農(nóng)業(yè)科學(xué)、醫(yī)學(xué)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)及其他有關(guān)科學(xué)和技術(shù)的基礎(chǔ)，對社會、經(jīng)濟和人類生活產(chǎn)生越來越大的影響。生物課程的學(xué)習(xí)對每個公民來說是不可或缺的，其學(xué)習(xí)成果是公民素養(yǎng)的基本組成。教育部制定的《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確了高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任四個大方面?？梢?，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。學(xué)校教育的目的是為學(xué)生未來的人生做準(zhǔn)備，如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，新知識的出現(xiàn)層出不窮，僅讓學(xué)生掌握知識是不夠的，也不易實現(xiàn)教育目標(biāo)，而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展是實現(xiàn)學(xué)校教育目標(biāo)的有效途徑?？茖W(xué)思維是自然科學(xué)課程最應(yīng)給予學(xué)生的東西，所以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是高中生物教學(xué)的重要任務(wù)。那么，在高中生物教學(xué)實踐中，如何更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維呢？

一、培養(yǎng)學(xué)生尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，許多生物學(xué)理論和觀點的形成都是建立在實驗的基礎(chǔ)上的。通過運用實驗手段和科學(xué)手段搜集到客觀事實作為推理或歸納的證據(jù)，才能推動生物學(xué)的發(fā)展。如果沒有尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，生物學(xué)這門科學(xué)就無從發(fā)展。如果沒有尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，是學(xué)不好生物學(xué)的。由此可見，尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，是研究和學(xué)習(xí)生物學(xué)的基本態(tài)度和方法。

在高中生物教學(xué)中，首要任務(wù)就是培養(yǎng)學(xué)生尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度。每個人生來就會思考，這是人與生俱來的天性。然而，我們?nèi)粘Ｋ伎忌锍ＷR方面的知識和信息時，留給自己的往往是摻有偏頗、扭曲、局部甚至無知的結(jié)果。例如，我們看到植物生長在土壤中，就認(rèn)為其生長過程中有機物的積累主要來自土壤，這只是我們的主觀感受，沒有運用科學(xué)手段予以驗證，并不是科學(xué)事實。又如，某種激素能促進(jìn)植物果實發(fā)育的實驗，其結(jié)果只能作為這種激素能促進(jìn)植物果實發(fā)育的證據(jù)，而不能作為它能促進(jìn)人體發(fā)育的證據(jù)，因此，所謂吃了激素催熟的水果就會影響兒童的發(fā)育的說法，就是在證據(jù)的認(rèn)定上出現(xiàn)了偏差。究其原因，是人對事物的判斷會受到年齡、生活環(huán)境、生活經(jīng)歷、學(xué)習(xí)經(jīng)歷等的影響，這也說明尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度不是與生俱來的，而是需要后天培養(yǎng)的。

高中生物教學(xué)中，進(jìn)化論的發(fā)展過程就是培養(yǎng)這方面素養(yǎng)的好材料。拉馬克在對植物和動物的大量觀察的基礎(chǔ)上提出了生物是進(jìn)化的，廢棄了當(dāng)時的神創(chuàng)論和物種不變論，對進(jìn)化論的發(fā)展起到了很大的推進(jìn)作用，但他在應(yīng)用“用進(jìn)廢退”解釋生物進(jìn)化的原因時，僅憑主觀臆想，沒有確鑿的證據(jù)做事實依據(jù)。達(dá)爾文經(jīng)過五年航海旅行，仔細(xì)觀察和收集了各地不同時期的大量動植物化石，并對化石這一事實證據(jù)進(jìn)行比較分析，通過嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實的邏輯推理，提出了著名的生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說，被當(dāng)時的科學(xué)界廣為接受，成為十九世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的三大發(fā)現(xiàn)之一。在教學(xué)這部分內(nèi)容時，通過對學(xué)生提問“請對兩位偉大的科學(xué)家所提出的觀點進(jìn)行科學(xué)評價，說明它們偉大在哪里？不足之處又在哪里？”將引導(dǎo)學(xué)生水到渠成地得出：兩位科學(xué)家對生物進(jìn)化原因的解釋，達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說更站得住腳，這是因為他更尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度。由此可見，偉大科學(xué)理論是建立在尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度的基礎(chǔ)上的。高中生物教學(xué)需從培養(yǎng)學(xué)生尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度開始。

二、培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑、重證據(jù)、重邏輯的理性思維

當(dāng)今社會處于信息大爆發(fā)的時代，在日常生活中，人們會在電視、網(wǎng)絡(luò)、報紙雜志等媒體中接觸到大量與生物科學(xué)相關(guān)的信息，諸如保健品、營養(yǎng)品、減肥藥、美容產(chǎn)品、長壽藥物等方面的商業(yè)廣告推銷可謂鋪天蓋地，產(chǎn)品營銷者充分抓住消費者愛美心切、健康心切、長壽心切的一些不切實際的甚至違反規(guī)律的心理，夸大產(chǎn)品功效。部分人會不惜花費半生積蓄，大加購買，最終不僅掏光了個人積蓄，卻未能實現(xiàn)自己的夙愿，反而還因減肥、美容等留下后遺癥，導(dǎo)致痛苦不堪。

究其原因，主要是人們在面對大量信息時，人云亦云，隨大流，盲從，缺乏辨別信息真?zhèn)魏秃Y選對自身有用信息的素養(yǎng)，缺乏在鑒別信息和消費理念上的理性思維。要解決這一根本問題，就要提高人們的科學(xué)素養(yǎng)。從教育層面來講，最好就是在學(xué)校教育中培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑、重證據(jù)、重邏輯的理性思維。

在高中生物教學(xué)中，只要認(rèn)真挖掘教材，就會發(fā)現(xiàn)教材中有很多培養(yǎng)理性思維的好素材，教師在教學(xué)時，不能只把教材內(nèi)容作為教學(xué)的核心內(nèi)容，還應(yīng)把教材上升為素養(yǎng)培育的載體，突出培養(yǎng)學(xué)生理性思維的教育。比如，在教學(xué)高中生物必修2第二章第二節(jié)《基因在染色體上》時，不僅要讓學(xué)生了解摩爾根是如何選用果蠅做遺傳學(xué)雜交實驗，又是怎樣通過實驗得到“基因在染色體上”這一結(jié)論的，還要挖掘他為什么想到做這個實驗。雖然孟德爾通過可靠的實驗數(shù)據(jù)總結(jié)出了兩大遺傳規(guī)律，薩頓也通過類比推理法認(rèn)為基因在染色體上，但摩爾根并未被動接受這兩位偉大科學(xué)家的結(jié)論，而是針對孟德爾所用實驗材料的有限性對遺傳規(guī)律產(chǎn)生了質(zhì)疑，對薩頓缺乏實驗依據(jù)的類比推理結(jié)論持懷疑態(tài)度。于是在強烈求知欲的指引下，他找到理想的實驗材料——果蠅，勤奮地做了一系列新的實驗。當(dāng)大量果蠅實驗的結(jié)果確證了孟德爾的遺傳規(guī)律之后，他不僅接受驗證了前兩位科學(xué)家的結(jié)論，還發(fā)現(xiàn)了新的定律。由此可見，很多科學(xué)新發(fā)現(xiàn)都是從大膽質(zhì)疑、重證據(jù)、重邏輯的理性思維開始的。

因此，在教學(xué)中教師要充分挖掘教材典例，鼓勵學(xué)生質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生“不唯上，不唯書，只唯實”的問題意識。這樣，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，還能助推他們以理性思維辨別生活中所接觸的信息是否科學(xué)，進(jìn)而能夠健康幸福地生活。

三、培養(yǎng)學(xué)生基于生物學(xué)事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學(xué)方法的能力

生物學(xué)研究過程中，除了要具有尊重事實和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度外，還需要使用恰當(dāng)?shù)目茖W(xué)方法進(jìn)行加工處理和提煉才能形成科學(xué)理論和觀點。僅通過科學(xué)手段搜集的科學(xué)事實和證據(jù)，是零散的、無活力的，猶如一堆鐵礦石，如果沒有經(jīng)過高爐的冶煉，是成不了工業(yè)建造的精華材料的?？梢?，科學(xué)方法對于人的學(xué)習(xí)和研究的重要性。

高中生物教學(xué)需要培養(yǎng)學(xué)生基于生物學(xué)事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學(xué)方法的能力。對此，筆者從教材中挖掘經(jīng)典案例，在教學(xué)中適時運用，以培養(yǎng)學(xué)生的相關(guān)能力。例如，細(xì)胞學(xué)說的教學(xué)案例是培養(yǎng)學(xué)生運用歸納概括方法的好材料。起初，德國植物學(xué)家施萊登在研究植物生長發(fā)育過程中通過對植物組織的大量觀察，獲得大量的事實證據(jù)，并進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)它們都有一個共同點：都由細(xì)胞這個單位組成。施萊登把這一事實告訴了正在進(jìn)行脊椎動物脊索和軟骨結(jié)構(gòu)研究的動物學(xué)家施旺，施旺受到啟示，以相似的方法同樣得出了“動物也由細(xì)胞構(gòu)成”這一事實證據(jù)。于是兩位偉大的科學(xué)家分別通過各自大量觀察所獲得的事實證據(jù)共同歸納和概括出了細(xì)胞學(xué)說，揭示了“動植物都由細(xì)胞組成”這一統(tǒng)一性。教師在教學(xué)中需要運用這樣的經(jīng)典案例，并以故事的形式引導(dǎo)學(xué)生掌握歸納概括的方法，及通過一系列事實歸納概括出一般結(jié)論的方法，學(xué)會運用比較思維提煉出事物間的內(nèi)在共性，然后再遷移到其他知識（諸如概念和生理過程）的教學(xué)中，讓學(xué)生運用比較思維，歸納概括出相關(guān)知識或生理過程的共同點和不同點。比較思維也是高中生物學(xué)習(xí)需要掌握的常用方法。

演繹與推理是生物學(xué)研究的常用方法。在經(jīng)典遺傳學(xué)里，孟德爾用假說演繹法總結(jié)出了基因分離定律和基因自由組合定律兩大遺傳規(guī)律。摩爾根用假說演繹法確定基因在染色體上，奠定了遺傳學(xué)的基礎(chǔ)?？梢?，選擇正確的科學(xué)方法是取得科學(xué)成果的保證。遺傳學(xué)內(nèi)容的教學(xué)目的，除了讓學(xué)生了解遺傳學(xué)的相關(guān)知識外，更重要的是讓學(xué)生理解與掌握演繹與推理的方法，并運用這種方法解決遺傳學(xué)中的實際問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維。那么對這部分內(nèi)容該怎樣進(jìn)行教學(xué)呢？教學(xué)的重點是學(xué)習(xí)假說演繹法，包括“發(fā)現(xiàn)問題—提出假說—演繹推理—實驗驗證—得出結(jié)論”這五個步驟。教學(xué)中，筆者先讓學(xué)生了解這五個步驟。對于“提出假說”這個步驟，思維難度過大，這個環(huán)節(jié)的完成需要深厚的專業(yè)知識做支撐，同時需要想象力和靈感，對此，并非是誰都能輕易做到的，所以教學(xué)的重點應(yīng)放在“演繹推理”環(huán)節(jié)上，也就是通過提出對問題解釋的假說，進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯推理。比如，對分離規(guī)律，教材揭示了孟德爾利用一對相對性狀的豌豆作為雜交實驗材料，結(jié)果F1代全為高莖，F(xiàn)2代出現(xiàn)了3∶1的性狀分離比這一結(jié)果，課例中對此提出了“為什么”，于是提出了生物性狀是由遺傳因子決定的等四個假說，對于這些假說的提出大多數(shù)學(xué)生只能理解其巧妙性，但并不理解其本質(zhì)內(nèi)涵。要證明這些假說是否成立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是針對所提出的假說設(shè)計一個實驗進(jìn)行推理驗證從而得到一個相應(yīng)結(jié)論。那么所提出的假說就成為推理過程的“事實和證據(jù)”，推理過程需要強調(diào)符合客觀和合邏輯推，邏輯需要嚴(yán)密，強調(diào)實證。這樣的教學(xué)，可讓學(xué)生體驗當(dāng)科學(xué)家的感覺，讓學(xué)生通過假說證據(jù)推導(dǎo)出結(jié)論，訓(xùn)練學(xué)生邏輯思維的流暢性和嚴(yán)密性，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生演繹推理的科學(xué)方法的目的。

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所做的一種簡化的、概括性的描述。如物理模型就是借助于具體的實物或其他形象手段幫助理解抽象或微觀結(jié)構(gòu)。教材中呈現(xiàn)的典型物理模型有真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模型、細(xì)胞的流動鑲嵌模型、DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。在教學(xué)中，教師可讓學(xué)生利用實物去構(gòu)建真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模型和DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，采用畫圖的形式構(gòu)建細(xì)胞的流動鑲嵌模型，而后通過評獎等形式激發(fā)學(xué)生的建模興趣，讓學(xué)生在愉快的體驗中掌握建模的方法。此外，對于體液免疫和細(xì)胞免疫概念模型內(nèi)容，在教學(xué)中可采用概念模型圖解的方法呈現(xiàn)復(fù)雜的生理過程，進(jìn)行學(xué)生建構(gòu)概念模型的能力培養(yǎng)。在教學(xué)種群數(shù)量變化時，可結(jié)合“J”型增長和“S”型增長的數(shù)學(xué)表達(dá)式或坐標(biāo)曲線圖進(jìn)行數(shù)學(xué)模型方法的培養(yǎng)。

生物學(xué)作為一門自然科學(xué)，其發(fā)展離不開科學(xué)實驗，而科學(xué)實驗離不開科學(xué)方法的指導(dǎo)。在高中生物教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)方法的能力，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要任務(wù)。

總之，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，需要教師認(rèn)真研究教材，結(jié)合新課標(biāo)領(lǐng)悟教材的編寫意圖，深挖教材與培養(yǎng)科學(xué)思維的相關(guān)且豐富的素材，認(rèn)真?zhèn)浜谜n，在教學(xué)活動中適時地提出有利于學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的針對性問題，對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維的潛移默化訓(xùn)練，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，讓科學(xué)思維成為學(xué)生思考與解決問題的一種思維習(xí)慣。作為教師，應(yīng)努力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，樹立學(xué)生的科學(xué)世界觀和科學(xué)價值觀，從而讓他們能夠健康幸福地生活和工作。

（責(zé)任編輯 黃春香）