科學思維培養(yǎng)視域下的高中生物課堂教學

林海燕

摘 要：為了保障生物教學的整體質量，教師需要將現(xiàn)代化的高階思維教育和科學思維融入生物學習的課堂教學中，通過這種教學方式能夠有助于教學質量的提升，在開展教學時教師可以將假說演繹法應用于教學活動中，引導學生在學習過程中發(fā)現(xiàn)并提出問題，最終解決問題，通過這種方式能夠對學生的科學思維進行培養(yǎng)。

關鍵詞：科學思維;生物學課堂;核心素養(yǎng);假說演繹法

在開展基于科學思維的高中生物學課堂教學時，教師需要了解在這樣的教學環(huán)境中，學生的教學需求以及思維培養(yǎng)的重要性，積極開展靈活化的教學，通過這種方式能夠使學生的綜合素質得到提升。美國教育學家布魯姆將思維的步驟劃分為6個不同的目標，也就是記憶、理解、應用、分析、評價和創(chuàng)造。

一、科學思維培養(yǎng)課程教學的含義

科學思維培養(yǎng)課程教學作為現(xiàn)今一種新型的生物教學模式，不但能有效提高學生的生物思維能力，而且對培養(yǎng)學生社會參與力有著非常重要的作用?？茖W課題教學開展的目的是，讓學生把生物課本上所學的內容與現(xiàn)實問題相結合，記憶和理解以及應用被歸類為低階思維，而分析、評價和創(chuàng)造被稱為高階思維，高階思維所指的是認知在更高水平層次上的心智活動或者較高層次的認知能力，所以在進行現(xiàn)代化的素質教學時，教師在對學生進行培養(yǎng)時，需要關注學生的高階思維和認知能力的培養(yǎng)[1]，而不是單純地針對學生的記憶和應用的低階思維進行評價，通過這種方式才能夠使學生的綜合素質得到提升。科學素養(yǎng)主要體現(xiàn)了對科學本質的理解，它的核心是指一個人具有的科學世界觀、科學探索精神和科學方法。一般認為，科學素養(yǎng)被看作社會公民應具有的最基本的對科學技術的理解。一般來說，公眾同時達到對科學知識、過程和科學技術對社會影響的基本理解，就可以被認為具備了基本的科學素養(yǎng)[2]。這一教學理念的應用與多方面因素密切相關，而為了保障學生的學習質量，教師需要了解在生物課堂教學環(huán)境中的特點，并分析高中生學習的個體化特征，通過這種方式使生物教學的整體質量得到提升，使學生的綜合生物學習能力得到進一步的優(yōu)化。

隨著近年來教學環(huán)境的不斷變化，尤其是在我國開展現(xiàn)代高中教育實踐中，由認知立意到能力立意，最后在學習過程中學習理念逐漸發(fā)生轉變。各種題目在進行設計時，所考驗的也不僅僅局限于學生的第一和應用的能力，同時也要求學生在題目中不斷思考，引申出更高層次的科學認知?？茖W素養(yǎng)主要體現(xiàn)了對科學本質的理解，它的核心是指一個人具有的科學世界觀、科學探索精神和科學方法。一般認為，科學素養(yǎng)應被看做社會公民應具有的最基本的對于科學技術的理解?？茖W素養(yǎng)的概念并不是指對科學已經(jīng)達到一種很好的理解，而是指一種基本的程度。一般來說，公眾同時達到對科學知識、過程和科學技術對社會影響的基本理解，就可以被認為具備了基本的科學素養(yǎng)。

在開展學生的教學時，教師需要針對學生的個體狀況進行培養(yǎng)，科學思維所指的是尊重事實和證據(jù)，并且在學習過程中以嚴謹和務實的求知態(tài)度，應用科學的思維來認知事物，解決實際問題的思維能力和習慣，而對學生來說科學思維則包括批判性思維等。通過學習理解科學知識的本質，在和環(huán)境交流時，能準確運用合適的科學概念、原理、定律和理論采用科學的方法解決問題，作出決策，增進對世界的了解。

在開展生物教學時，教師需要針對學生的教學狀況進行分析，了解不同學生的需求并開展對應的教學方案，這樣才能夠使學生的綜合能力得到培養(yǎng)，使高中教育工作更為順利地開展，借此提高學生的生物學科的綜合素質。將科學課題教學應用于生物課堂上，改善了以往單調、枯燥的教學氛圍，使生物課堂更具活力，可以使學生在較為開放、愉快的氛圍中學習生物知識，進一步促進學生的課堂參與度。

二、科學思維培養(yǎng)課程教學的過程

（一）合理設置科學課題

教師想要合理設置科學課題，必須對教材有充分的理解與把握，要根據(jù)教學中的重點和難點確定科學課題，例如：在《細胞膜—系統(tǒng)的邊界》一課中，幾乎每個單元后都有相應的綜合探究[3]，這實質上就是對所學內容的拓展和延伸，具有較高的教學價值，教師就可以此為科學課題，組織學生開展探究。教師一是需要帶領學生學習關于細胞膜的含義，也就是任何系統(tǒng)都有邊界，而細胞是一個基本的生命系統(tǒng)，細胞的邊界就是細胞膜。細胞膜的組成，包含脂質和蛋白質，其中還有少量的糖類。而在為學生講解關于細胞膜的基礎知識后，教師可以設置課題要求，學生學習不同的細胞膜是否存在差異。二是教師作為科學思維培養(yǎng)課程教學的組織者，除社會熱點以外，生活中的各方面的內容，也是科學課題設置的一個主要方向，通過將課程內容與生活相結合，從而將課堂理論知識與生活內容相結合。

（二）科學搜集信息

確定科學課題后，就要根據(jù)科學課題搜集信息，這需要全體師生的努力。在進行信息搜集時，不能局限于教材或教輔資料，需要結合日常生活的環(huán)境和新聞環(huán)境。例如：教師在開展教學活動時，可以嘗試將各種與生物有關的熱點新聞儲存在網(wǎng)盤中，并將其作為教輔工具[4]，在課堂中進行展示。例如：《細胞的癌變》一課，在課堂導入階段，教師首先可以向學生提出一個初步的課題：“人類在食物鏈中是否存在天敵，以及在我們的認知中腫瘤是否就是癌癥?！边@樣能夠使學生初步認知腫瘤與癌癥兩者之間的差異性，形成對癌癥的初步認知，隨后教師可以將正常肝細胞與海拉宮頸癌細胞展現(xiàn)給學生，要求學生進行對比分析，使學生正確認識癌細胞的特征。通過這種方式能夠使學生充分掌握書本的知識內容，同時還可以使學生對外界豐富的生物世界有大致的認知，幫助學生建立生物的科學思維，對課題教育工作的科學思維來說，有十分積極的作用。

（三）師生探討科學課題

高中生物教師在進行科學課題的選擇時，需要針對課題內容分析科學課題。確定科學課題是否與高中生物的課程相掛鉤。教師在開展教育前，需要對課程的教學步驟進行細致的劃分，確定在課堂上每個不同的時間點應當如何開展科學課題教學。在確認了某一課題具有教學價值后，高中教師應當與學生進行交流，在交流期間，教師需要向學生提出教學要求，學生需在這一階段分為不同小組，以小組為單位，對科學課題進行討論。當不同的小組的學生獲取科學課題后，就可以小組為單位開展資料的收集，并在課后開展小組的線上線下交流活動，使科學課題的討論和總結更加完善。除此之外，教師在開展課前的科學課題指導時，需要建立對應的學習群，每一個小組都需要建立一個學習群，而教師需要在每一個學習群中給予學生相應的指導。

（四）合理利用科學史，提升學生的思維能力

生物科學的發(fā)展史，在生物教學活動中有十分積極的作用，而利用科學史開展教學活動，能夠使學生在學習過程中了解生物學漫長發(fā)展進程中，各個重要生物學者總結出的科學規(guī)律，使學生對基礎理論有深入的認知。生物科學發(fā)展史中不僅記錄著豐富的生物知識發(fā)現(xiàn)和形成過程，同時也包含諸多科學家實事求是和不懈探索的科學精神，這也是現(xiàn)代科學教育中的寶貴財富。教師在開展教學時，可以深入挖掘教材中能夠與科學史相關的內容并巧妙地結合與應用，使學生的學習與科學理論的產(chǎn)生方法和過程相結合。在這一教學課題，學生可以科學家的視角再次進行一次科學發(fā)現(xiàn)活動，學習積極探索和解決問題的方法有助于培養(yǎng)學生的辯證唯物主義和歷史唯物主義觀念，幫助學生培養(yǎng)良好的思維能力。

在進行教學時，教師需要努力提高學生的科學思維能力，在這一過程中需要教會學生正確形成生物學習的思維模式，教學過程中可以運用分析、綜合、判斷、比較、歸納、推理、演繹等多種方法，積極訓練學生的抽象思維與邏輯思維。教師可以首先讓學生了解生物科學的漫長發(fā)展歷史，領悟科學家的嚴謹態(tài)度與創(chuàng)新精神，激勵學生以此為榜樣，不斷培養(yǎng)學生的正確思維模式。其次，通過幫助學生將所學習的思維和知識內容進行歸納總結，能夠使學生在頭腦中形成屬于自己的生物知識網(wǎng)絡，培養(yǎng)學生的科學思維能力[5]。除此之外，還需要鼓勵學生積極思考并勇于提出關于知識的各種疑問，使學生能夠在解決問題中形成正確的思維。

三、基于科學思維的生物學課堂設計方案

（一）假說演繹法

假說演繹法在現(xiàn)代科學研究中是十分重要的一種思維模式，主要是指在觀察和分析的基礎上提出問題，并通過想象和推理，最終對問題進行解釋，形成一種假說，隨后再根據(jù)假說進行演繹推理，并通過實驗對演繹推理的結果進行論證。如果在開展實際的實驗后發(fā)現(xiàn)最終的實驗結果與預期結論相符，則說明假說是正確的，反之則確定假說是錯誤的，這一方式是現(xiàn)代科學研究中不可或缺的一種研究方法，并且整個過程需要極高的科學性和嚴謹性。

（二）基于假說演繹法的科學思維生物學教學工作的開展方向

1.引導學生觀察實驗現(xiàn)象并提出問題

在進行教學時，為了使生物學教學的整體教學質量得到提升，教師可以以摩爾根的果蠅雜交實驗為例。在開展教學時，摩爾根讓偶然出現(xiàn)的白眼的雄果蠅與紅眼的雌果蠅進行雜交，隨后將F1雌雄果蠅進行隨機自由交配，在研究結果中發(fā)現(xiàn)F1果蠅無論雌雄，最終的后代都是紅眼，而在F2果蠅中紅眼與白眼之間的數(shù)量占比大約為3：1，在觀察到這樣的實驗現(xiàn)象后，教師可以引導學生進行深入思考，這樣的表現(xiàn)是否與分離定律相符合，而如果與分離定律相符合則又說明了什么？在進行課堂引導時，發(fā)現(xiàn)這一類現(xiàn)象是符合分離定律的，而最終所表現(xiàn)的結果說明紅眼和白眼對于果蠅來說屬于一對基因控制的，而這一對基因又是什么？在通過提示后學生即可了解果蠅的紅眼和白眼，是受到一對等位基因控制的。這一實驗方式以及教學方式所關注的，不僅是學生在學習過程中的步驟，也關注學生在學習期間的自主思考。通過這樣的教學方式能夠使生物教學的整體質量得到提升。但值得注意的是，如果在開展教學時導致學生無法答出問題的情況，一方面說明，教師需要在預先備課時做好問題難度的調整，另一方面還需要在課堂教學時針對學生的問題做出相應的引導，借此保障學生的教學質量。除此之外，在學生了解第1個問題后，教師可進一步提出第2個問題，例如，白眼的性狀表現(xiàn)為何與果蠅的性別總是有一定的關聯(lián)性，而這與白眼的位置是否有關系？這一問題相較于第1個問題來說更加簡單，大部分學生能夠答對，也就是白眼基因可能位于果蠅的性染色體以上，所以果蠅在后代的雜交過程中，白眼的形狀往往表現(xiàn)出慢性遺傳的特性。

在開展教學時，教師通過引導學生觀察實驗現(xiàn)象并提出問題，隨后又要求學生通過自主思考的方式解決問題，雖然這一教學方式在開展過程中與假說演繹法的模式相反，但由于受到高中課堂教學條件的限制，教師無法真正地開展實驗，所以教師可以直接將實驗現(xiàn)象展現(xiàn)給學生，學生在觀察實驗現(xiàn)象后分析問題并解決問題，這也是一種假說演繹法的科學思維模式。

2.引導學生通過推理分析提出解釋問題的假說

在進行教學時，教師需要引導學生進行進一步的推理，在推理前需要要求學生閱讀教科書，并對學生進行啟發(fā)，使學生進行進一步的推理和思考，在高中教材中提出了摩爾根及其同事的設想，控制白眼的基因在X染色體上，所以Y染色體中并不含有其等位基因的假設。根據(jù)實驗結果來進行分析，可以基本確認白眼基因的位置只能位于X染色體上。當學生分析到這一層面后，教師可以繼續(xù)對學生進行引導，從摩爾根的果蠅雜交實驗進行分析，可以發(fā)現(xiàn)果蠅眼色遺傳與性別具有較為密切的關聯(lián)，說明果蠅白眼的基因直接位于性染色體上，但并不能夠說明其只存在于X染色體上，所以教師在課堂上應當引導學生對果蠅的染色體圖解進行觀察分析，并進一步對學生進行推理引導，使學生分析白眼基因的位置。而在開展教學時，教師需要針對這一內容進行進一步的引導，使學生做出相應的分析，并提出自己的假說。小組1假說：控制白眼的基因在Y染色體上，而X染色體上并不存在其等位基因;小組2假說：控制白眼的基因在X染色體上，而Y染色體上不含有它的等位基因;小組3假說：控制白眼的基因，在X染色體上而Y染色體上含有其等位基因。在不同的假說中教師可對學生進行小組劃分，要求學生以小組為單位，根據(jù)三種不同的假說做出相應的遺傳圖解，進而使學生在學習過程中以自主思考的方式分析不同假說的特點，進而提高學生的學習質量。

在學生制作出不同的遺傳圖解后，教師可對三種不同假說的圖解進行分析，首先可以直接判斷出假說一并無法解釋最終的實驗現(xiàn)象，所以說明小組1假說是錯誤的，而小組2假說和小組3假說都符合摩爾根的果蠅雜交實驗結果，但兩種結果是對立的，只能有一種結果是正確的，那么哪種結果是正確的，應該如何進行實驗設計證明最終的結果正確性，教師在這一教學過程中需要積極對學生進行引導，使學生了解不同的實驗在進行設計時應當如何進行調整，通過這種教學方式使學生能夠在面對結果時積極思考，以自己的能力設置對應的假說和實驗。

3.根據(jù)假說進行演繹推理

在進行實驗設計前，教師可以引導學生回憶在學習“孟德爾的豌豆雜交實驗”時是怎樣進行孟德爾的假說驗證的，教師在教學過程中需要強調，在假說設計時不僅需要能夠解釋已有的現(xiàn)象，還需要能夠預測新的實驗結果，通過這種方式才能夠說明假說的正確性和可行性，在進行驗證時，這種行為被稱之為測交。測交所指的是通過進行F1的個體選擇，并通過選擇隱性個體進行交配的一種雜交形式。但在教材中僅對這一實驗提到了一句，他們通過測交等方式進行了實驗的驗證，對其進行解釋，并沒有講解相應的教學方法，所以在教學過程中教師可引導學生進行思考，在目前的果蠅實驗中，應當如何設計測交實驗進行驗證。教師可以引導學生對已有的果蠅性狀進行觀察，學生可在研究中發(fā)現(xiàn)只有雄果蠅才具有白眼這一隱性性狀，所以在進行測交親本的選擇時，只能選擇F1中的紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅進行交配，只有這樣才能夠進行相應的假說驗證。

教師在對學生進行教育時需要引導學生進行分析，詢問學生這樣的交配方式是否能夠獲得相應的教學目的，通過實驗演繹所推理出的結果，發(fā)現(xiàn)小組2假說與小組3假說的結果是一致的，這也就直接導致這一實驗并不能夠證明小組2假說或小組3假說兩者究竟誰是對的，在這樣的實驗結果中發(fā)現(xiàn)，最終又將陷入僵局，在學生發(fā)現(xiàn)一個實驗無法推導出最終的結果時，教師需要引導學生進一步地思考，詢問學生還能夠采取怎樣的方式來證明不同的假說的正確性呢？

教師在面對學生的提問時，可以引導學生繼續(xù)對實驗進行觀察，雖然通過這種交配方式并不能夠解決最終的問題，并不能證明假說的正確性或錯誤性，但通過以上的實驗可以獲得一種具有隱性性狀的個體，也就是白眼雌果蠅，而在獲得了白眼雌果蠅后，是否能夠設計一個新的測交實驗來進行相應的驗證呢？教師為學生提供了這樣的思路后，可以引導學生進行進一步的思考，要求學生繼續(xù)討論進行進一步的演繹推理，在進行實驗設計時需要選擇何種類型的紅眼雄果蠅進行交配，是否能夠選擇F1中的紅眼雄果蠅。學生在進行相應的討論后，可以發(fā)現(xiàn)F1中的紅眼雄果蠅的基因型為XY（假說2）或者XY，Y染色體上無該基因或者該基因為隱性結果并不會出現(xiàn)差別，所以不可進行選擇，回歸到本質上的問題進行分析，小組2假說和小組3假說的最終區(qū)別在于Y染色體上是否存在等位基因，所以在進行紅眼雄果蠅的選擇時，需要選擇野生型的紅眼雄果蠅進行交配，只有這樣才能夠保障實驗的可控性。

4.通過實驗檢驗演繹推理的結果

從果蠅測交實驗的遺傳圖解進行分析可以確認，小組2假說和小組3假說的結果并不一致，可以繼續(xù)通過實驗來對假說進行檢驗，確定哪種假說是正確的。由于學生在學習過程中并不具有直接進行實驗的條件，所以教師可以采用多媒體或計算機的方式進行實驗模擬，教師可以在實驗中讓白眼雌果蠅與紅眼雄果蠅進行交配，在交配結果中發(fā)現(xiàn)子代中的雌果蠅都是紅眼，雄果蠅都是白眼。當學生觀察到真正的實驗結果后發(fā)現(xiàn)最終的實驗結果與小組2假說是完全相符的，與小組3假說完全不相符，則說明小組2假說是正確的。通過這種方式對學生進行指導，不僅能夠使學生一步一步地對假說進行推論，還能夠使學生在學習過程中感受到其他研究人員在研究中所遇到的各種挫折以及問題，并再次通過提出問題并解決問題的形式來繼續(xù)進行假說和實驗。

其實在高中生物教學中，實驗教學是一項十分重要的教學活動。生物實驗對生物學科來說極為重要，教師和教育部門都需要提高對實驗的關注度，教育人員需要加大對實驗設施的資金投入，并盡可能使貧困地區(qū)的學校也有資金進行設備的購置。教師在教學前需要了解實驗的具體內容以及教學方式，合理地安排理論知識與實踐操作之間的時間，這樣能夠幫助學生的學習質量得到提升。教學工作之所以能夠更加順利地實施，教師與學生之間的有效配合是密不可分的，教師與學生若能夠積極有效地配合，則能夠使學生的綜合素質得到提升，而此時教師則需要注重與學生的課堂溝通。教師可以將現(xiàn)代化的各種網(wǎng)絡通信方式應用于教學中，學生在遇到學習和生活中的問題時，可以通過這種方式與教師進行交流，這樣能夠幫助學生隨時隨地解決學習和生活上的困難，有助于提高學生的綜合素質。

結束語

在進行生物教學培養(yǎng)學生的科學思維期間，既需要對學生進行有效的能力培養(yǎng)，同時還需要訓練學生的高階思維能力，發(fā)展學生分析、評價和創(chuàng)造的思維能力，而教師在開展教學活動時，需要精心地進行教學設計，并逐步利用合理且有效的手段對學生進行引導，培養(yǎng)學生的科學思維，讓學生在學習過程中自主地發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，既能夠使學生的綜合素質得到提升，同時又能夠訓練學生的高階思維。

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