高中生物學(xué)探究性實驗教學(xué)中批判性思維的培養(yǎng)策略

豐 蓉，何 苗，婁志義，陳延松

（1.合肥師范學(xué)院，安徽合肥 230000；2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬中學(xué)，安徽合肥 230000）

普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》中明確提出學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中發(fā)展科學(xué)思維，運用批判性思維方法探究事物的內(nèi)在規(guī)律、審視或論證生物學(xué)議題、解決實際問題。生物學(xué)探究性實驗強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實踐探究中體會自主發(fā)現(xiàn)問題、嘗試解決問題的科學(xué)思維過程，是培養(yǎng)高中生批判性思維的重要途徑?；诖?，筆者圍繞人教版高中生物學(xué)教材探究性實驗，結(jié)合批判性思維要素提出批判性思維培養(yǎng)策略，旨在為生物學(xué)教師培養(yǎng)高中生批判性思維提供參考。

一、探究性實驗與批判性思維的概念界定

（一）探究性實驗

探究性實驗是指在實驗結(jié)果未知的前提下實驗者針對探討的研究課題，提出相應(yīng)的問題，再對其作出合理的假設(shè)，以假設(shè)為前提設(shè)計實驗方案并進(jìn)行實驗獲取實驗數(shù)據(jù)，用于論證或推翻假設(shè)，最終形成科學(xué)結(jié)論的一種實驗方式。探究性實驗教學(xué)是訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維能力的重要依托。

（二）批判性思維

批判性思維最早可追溯到古希臘時期蘇格拉底提出的“探究性質(zhì)疑”，也就是“助產(chǎn)術(shù)”，通過詰問的方式使對方對自己已有的認(rèn)知產(chǎn)生懷疑，并促使其探尋正確的知識。批判性思維的定義一直在發(fā)展中，學(xué)者們對于批判性思維概念的觀點不同，但都包含了強(qiáng)調(diào)人的主觀能動性、批判的過程需要有充足的證據(jù)。鐘啟泉教授將“批判性思維”界定為：基于論據(jù)具有邏輯性的思考、有意識地琢磨、反思性地審思自身的思維過程，旨在更好地適應(yīng)目標(biāo)與情境的目標(biāo)指向性思考。

二、高中生物學(xué)探究性實驗與批判性思維的關(guān)系

科學(xué)思維的訓(xùn)練通常伴隨著科學(xué)探究，前者是內(nèi)在本質(zhì)，后者是外在表現(xiàn)。批判性思維與探究性實驗相輔相成。批判性思維是實驗探究的基礎(chǔ)和前提，能幫助學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)厮伎己团袛嗫茖W(xué)證據(jù)，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)之間的聯(lián)系、規(guī)律和作用。探究性實驗重視知識的發(fā)生、發(fā)展及發(fā)現(xiàn)過程，包含諸多批判性思維的傾向和技能要素，為培養(yǎng)批判性思維提供重要支撐。以新人教版普通高中教科書生物學(xué)必修1 教材為例，筆者梳理了探究性實驗的分布，分析教材呈現(xiàn)的參考案例結(jié)合批判性思維要素，歸納得出探究性實驗的主要批判性思維要素如附表所示。探究性實驗教學(xué)重視在探究中培養(yǎng)批判性思維，巧用批判性思維解決探究問題，二者聯(lián)系緊密。

附表 人教版必修一高中生物學(xué)探究性實驗主要批判性思維要素

三、高中生物學(xué)探究性實驗教學(xué)中批判性思維的培養(yǎng)策略

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)批判性思維傾向

孔子提出：“疑是思之始，學(xué)之端。”在探究性實驗教學(xué)中，由教師創(chuàng)設(shè)探究型問題情境，引導(dǎo)學(xué)生對情境進(jìn)行分析、推理、判斷并提出探究問題，是學(xué)生激發(fā)批判性思維傾向的有效途徑。例如，在“探究植物細(xì)胞吸水和失水”這一實驗開始前，教師可以展示農(nóng)作物施肥之后出現(xiàn)“燒苗”的情境，引發(fā)學(xué)生對情境產(chǎn)生質(zhì)疑，激發(fā)學(xué)生的求知欲，探討導(dǎo)致植物“燒苗”的原因是什么。教師可以繼續(xù)補(bǔ)充鹽堿地植物不易存活的資料，促使學(xué)生從多角度思考和闡明自己的觀點，同時要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的“水進(jìn)出哺乳動物紅細(xì)胞的原理”進(jìn)行類比和分析，作出合理的推理，提出探究問題：水分進(jìn)出植物細(xì)胞是通過滲透作用嗎？在學(xué)生已掌握水進(jìn)出細(xì)胞的原理的前提條件下，可以作出假設(shè)：“水進(jìn)出植物細(xì)胞是滲透作用”。此外，由于學(xué)生已經(jīng)掌握了植物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的知識基礎(chǔ)，根據(jù)原生質(zhì)層的定義，學(xué)生也較為容易提出探究問題“植物細(xì)胞的什么結(jié)構(gòu)相當(dāng)于半透膜”，并做出相應(yīng)的假設(shè)。在問題情境的思辨過程中，學(xué)生注重尋找現(xiàn)象與結(jié)果之間的內(nèi)在邏輯，從而提升自我的認(rèn)知成熟度。

問題情境的創(chuàng)設(shè)不是盲目和隨意的，在探究性實驗中良好的探究型問題情境是激發(fā)批判性思維傾向的有效催化劑。教師需要引導(dǎo)學(xué)生尊重事實依據(jù)，秉持求真、開放的思想，利用真實問題情境并結(jié)合已學(xué)知識提出探究問題。

（二）堅持科學(xué)論證，強(qiáng)化批判性思維技能

論證技能是批判性思維的核心要素。生物學(xué)論證式教學(xué)中常引用圖爾敏論證模型（簡稱：“TAP 模型”），該模型由六個成分組成，它是論證教學(xué)的重要理論基礎(chǔ)、論證學(xué)習(xí)活動內(nèi)容的重要組成部分。在生物學(xué)探究性實驗教學(xué)中，大多數(shù)教師所采用的實驗流程有6 個步驟：提出問題、作出假設(shè)、制訂計劃、實施計劃、得出結(jié)論、表達(dá)和交流。探究性實驗各環(huán)節(jié)都離不開科學(xué)論證。筆者整合了探究性實驗流程與TAP 模型的實踐步驟，二者聯(lián)系如圖所示。探究性實驗中堅持科學(xué)論證是強(qiáng)化批判性思維技能的有效途徑。

探究性實驗與TAP 模型的聯(lián)系

例如，在探究性實驗“影響酶活性的條件”中，學(xué)生立足于教材所給資料多角度的分析，提出“pH 對酶活性有什么影響，溫度對酶活性有什么影響”等探究問題，并在堅持實驗控制單一變量、設(shè)置對照組的原則下，根據(jù)可利用的實驗材料作出假設(shè)，找出實驗自變量和因變量，擬定實驗探究方案。以教材參考案例的方案為例，在探究性實驗實施計劃過程中，教師層層設(shè)問：（1）本實驗為什么建議用過氧化氫酶探究pH 對酶活性的影響而不用淀粉酶？（2）如果把過氧化氫酶替換成蛋白酶是否可行呢？學(xué)生始終會帶著“我的主張是什么，我能進(jìn)一步解釋我的觀點嗎，我的證據(jù)有哪些，這些證據(jù)可靠嗎”等質(zhì)疑不斷審視自己的實驗方案。在表達(dá)與交流時，學(xué)生能獨立思考，同時能對他人的觀點始終持開放態(tài)度，從而訓(xùn)練質(zhì)疑—篤定的思維過程，培養(yǎng)學(xué)生在探究性實驗中強(qiáng)化批判性思維技能。

探究性實驗離不開論證，論證是權(quán)衡和評估各種證據(jù)的真實性，審慎地作出判斷，驗證所提假設(shè)是否成立的過程。師生都需要重視科學(xué)論證的過程，在科學(xué)論證的過程中批判性地檢驗思想，形成和闡述自己有理有據(jù)的觀點，培養(yǎng)批判性思維技能。

（三）完善評價體系，塑造批判性思維品質(zhì)

評價是基于準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)做出判斷。高中生物學(xué)探究性實驗評價應(yīng)該包括兩個方面，不僅對學(xué)生探究性實驗操作過程進(jìn)行評價，也要對學(xué)生批評性思維能力進(jìn)行測量和評價，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。

高中生物學(xué)探究性實驗中利用評價量表或是工作單在一定程度上能促進(jìn)學(xué)生反思。評價量表應(yīng)有詳細(xì)的評價標(biāo)準(zhǔn)，要包括學(xué)生在探究性實驗中的各項表現(xiàn)，并提供反饋信息的空間。由學(xué)生自評、互評，幫助學(xué)生重視證據(jù)，注意自我思維過程，學(xué)會在反思中對探究實驗方案做出恰當(dāng)?shù)男抻?。例如，在“探究環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響”實驗中，實驗評價量表要包括設(shè)計實驗、實施實驗、收集實驗數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等實驗過程。由學(xué)生小組協(xié)作，寫下實驗方案，若以教材參考案例“探究光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響”為例，教師和學(xué)生應(yīng)該對探究問題的明確性、實驗方案的合理性、實驗操作的規(guī)范性、實驗反思的深刻性等進(jìn)行實作性評價。學(xué)生組內(nèi)評價之后再完成組間互評，在分析討論和評價中幫助學(xué)生內(nèi)省、做到互相學(xué)習(xí)，從而塑造批判性思維品質(zhì)。同時，批判性思維本身也存在一定隱匿性，通常需要借助一定的測量工具將其顯現(xiàn)化。由于批判性思維界定的豐富性，批判性思維測量工具也在不斷發(fā)展和完善中。目前，廣泛應(yīng)用的批判性思維測量工具主要是以選擇題為主的《加利福尼亞州批判性思維傾向測量量表》（CCTDI）和《加利福尼亞批判性思維技能測試》（CCTST），對受試者批判性思維各要素水平進(jìn)行評估。隨著國內(nèi)對批判性思維的不斷研究，本土化的批判性能力測量量表也應(yīng)運而生。在實際教學(xué)中，教師可選擇性地利用普適性的測量工具對學(xué)生的批判性思維進(jìn)行測量和評估。當(dāng)然，不少學(xué)者嘗試開發(fā)結(jié)合各學(xué)科領(lǐng)域特點的批判性思維測量工具，并進(jìn)行信效度的檢測。其中生物學(xué)學(xué)科批判性思維能力測量工具還有待進(jìn)一步開發(fā)。

（四）拓展探究實驗，提升批判性思維能力

一個批判性思維者不可缺少的條件就是對問題進(jìn)行批判性和具有創(chuàng)造性的思考，不僅要熟悉批判性思維的技能，還應(yīng)該知道如何運用批判性思維解決問題。學(xué)生利用已掌握的學(xué)科概念搜集并整合信息嘗試對探究實驗進(jìn)行拓展和改進(jìn)，能有效提升批判性思維能力。

例如，在“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實驗教學(xué)中，教師組織學(xué)生對教材實驗參考方案的不足之處進(jìn)行討論是必要的，思考該實驗是否有其他的方案，怎樣完善實驗方案。待學(xué)生分析討論之后，教師可提供實驗改進(jìn)案例，利用化學(xué)學(xué)科交叉知識即酒精沸點低、易揮發(fā)，嘗試采用蒸餾法對該實驗進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。由學(xué)生比較分析改進(jìn)前后的實驗具有哪些優(yōu)缺點，鼓勵學(xué)生結(jié)合其他學(xué)科所學(xué)內(nèi)容對本實驗進(jìn)行優(yōu)化，學(xué)會用批判性思維看待問題。此外，在人教版高中生物學(xué)必修2“探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響”實驗中，教材參考案例為創(chuàng)設(shè)數(shù)字化問題情境的方法來探究，在實驗探究中不難發(fā)現(xiàn)由于計算量大，計算的過程中學(xué)生容易出錯，如果選擇借助Excel 工具對樺尺蛾種群的基因型頻率進(jìn)行計算，能較好地輔助實驗探究，從而構(gòu)建出理想的數(shù)學(xué)模型。把理想化數(shù)學(xué)模型與真實情況相比較，學(xué)生更容易產(chǎn)生認(rèn)知沖突。引導(dǎo)學(xué)生用批判性思維思考問題解決認(rèn)知沖突，學(xué)生能夠聯(lián)系實際主動修正模型，深層次探討種群基因頻率與物種進(jìn)化間的關(guān)系，促進(jìn)了學(xué)生用批判性思維構(gòu)建正確的學(xué)科知識，樹立進(jìn)化與適應(yīng)的生命觀念。

在探究性實驗教學(xué)中，教師應(yīng)該充分挖掘課程資源，鼓勵學(xué)生發(fā)散思維、大膽質(zhì)疑、勇于求證，基于教材而不局限于教材，在拓展探究性實驗中提升學(xué)生批判性思維能力。

四、結(jié)語

批判性思維包含了邏輯思維的全部特點，是一種重要的高階思維。高中生物學(xué)探究性實驗教學(xué)蘊(yùn)含諸多批判性思維要素，是批判性思維培養(yǎng)的重要路徑。新課改背景下以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，教師應(yīng)充分利用生物學(xué)探究性實驗教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維。