核心素養(yǎng)導向下生物科學師范生“科學思維”培養(yǎng)現(xiàn)狀和提升策略研究

黃湘茹 范麗仙 蔣 丹 許 波

（云南師范大學生命科學學院 云南昆明 650500）

1 引言

為了全面深化課程改革，落實立德樹人根本任務(wù)，2014年教育部對研究制定各學段學生發(fā)展核心素養(yǎng)體系提出了明確要求?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版）》（以下簡稱《高中課標》）首次以核心素養(yǎng)作為課程宗旨，將科學思維規(guī)定為生物學學科四大核心素養(yǎng)之一。2020年5月，教育部頒布的《高等學校課程思政建設(shè)指導綱要》明確指出，“理學類專業(yè)課程，要注重科學思維方法的訓練和科學倫理的教育，培養(yǎng)學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感”。2022年4月頒布的《義務(wù)教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《初中課標》）同樣也將科學思維納入初中生物學課程的核心素養(yǎng)。

科學思維是學生對感性材料進行加工處理的有目的的思維活動，也是學生在認識世界和解決問題時的一套思維方法和推理過程。發(fā)展科學思維是培育科學精神的重要途徑。教師在生物學科不同學段培養(yǎng)學生的科學思維，不僅能夠全面落實立德樹人根本任務(wù)和核心素養(yǎng)的基本宗旨，也能充分發(fā)揮生物學課程的育人價值，培養(yǎng)全面發(fā)展的人。生物科學師范專業(yè)以培養(yǎng)中學生物學教師為主要目標，因此生物科學本科師范生科學思維的培養(yǎng)至關(guān)重要。

下文以中學生物學核心素養(yǎng)的科學思維為導向，通過分析現(xiàn)行的生物學課程標準、生物學教材和生物科學師范專業(yè)開設(shè)課程，探討高等師范院?，F(xiàn)行培養(yǎng)模式下，生物科學師范專業(yè)學生的科學思維與從教后落實中學生物學學科核心素養(yǎng)的適切度，為高等師范院校的教學改革和師范生科學思維的培養(yǎng)提供參考。

2 中學生物學核心素養(yǎng)“科學思維”的分析

2.1 《初中課標》關(guān)于“科學思維”內(nèi)容分析

《初中課標》緊跟課程改革的步伐，將從前的“知識、能力、情感態(tài)度價值觀”三維課程目標更新為以核心素養(yǎng)為中心的課程目標，并將科學思維列為義務(wù)教育生物學課程所要培養(yǎng)的四大核心素養(yǎng)之一，反映了生物學科的自然科學本質(zhì)和生物學課程的育人價值?！冻踔姓n標》對于科學思維的定義可以簡單概述為學生對于事物進行思考和分析、批判與質(zhì)疑，甚至提出創(chuàng)造性見解的能力與品格，要求學生通過生物學課程的學習后能夠初步掌握比較和分類、歸納和演繹、分析與綜合、建模等科學思維方法，同時具備一定的科學思維習慣和能力，能夠參與探討生物學問題和社會科學性議題。此外，《初中課標》在闡述核心素養(yǎng)時，還引入了教育領(lǐng)域的相關(guān)研究成果，將中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)中的科學精神與生物學課程核心素養(yǎng)中的科學思維聯(lián)系起來，并闡述了兩者的內(nèi)在聯(lián)系。

2.2 《高中課標》關(guān)于“科學思維”內(nèi)容分析

《高中課標》將“科學思維”定義為：尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力?？茖W思維充分體現(xiàn)了高中生物學課程作為自然科學課程的學科特點和育人屬性。根據(jù)《高中課標》的描述，學生要在學習過程中逐步發(fā)展科學思維，最終形成科學思維的習慣，能夠?qū)ι飳W議題進行思考和論證?！陡咧姓n標》所要求的科學思維方法是義務(wù)教育階段基礎(chǔ)上的進一步發(fā)展，包括歸納與概括，演繹與推理，模型與建模，還引入了批判性思維和創(chuàng)新性思維。同時，《高中課標》對科學思維的培養(yǎng)提出了更高層次的要求，對學科核心素養(yǎng)水平進行了描述，將科學思維劃分為逐級遞進、相互聯(lián)系的四個水平。

2.3 生物學教材關(guān)于“科學思維”內(nèi)容分析（以普通高中教材為例）

課程標準對科學思維的學業(yè)要求貫穿2019年人教版普通高中生物學的五本教材，教材涉及的“科學思維”方法主要包括歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維和創(chuàng)造性思維等（表1）。

表1 科學思維相關(guān)的主要高中生物教學內(nèi)容

通過對教材內(nèi)容的梳理可知，科學思維作為一種思維習慣和認知方式，在高中生物學教材中主要以“正文”“思考·討論”和“生物科學史話”3種內(nèi)容形式落實呈現(xiàn)。必修課程作為發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，在科學思維的培養(yǎng)與訓練中占比較大，發(fā)揮著不可替代的作用；選擇性必修中有關(guān)科學思維的內(nèi)容篇幅較少，主要以呈現(xiàn)生物科學史為主?！陡咧姓n標》中所要求的科學思維方法在教材中都有所體現(xiàn)，且類型多樣，對中學生物教師的學科素養(yǎng)和教學水平提出了更高要求。

3 生物科學（師范）專業(yè)學生培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

下文以云南師范大學2019版生物科學師范專業(yè)的培養(yǎng)方案為例，分析探討生物科學師范專業(yè)學生的培養(yǎng)現(xiàn)狀。表2呈現(xiàn)了云南師范大學2019版生物科學師范生學科專業(yè)教育課程計劃表。

表2 生物科學師范生學科專業(yè)教育課程計劃表（以云南師范大學2019版培養(yǎng)方案為例）

3.1 課程設(shè)置

生物科學本科生的專業(yè)課程主要包括必修課程和選修課程兩大部分，其中必修課程的設(shè)置主要針對生物學的專業(yè)知識學習，分為學科基礎(chǔ)課程和專業(yè)核心課程，總體的課程安排較為合理，能滿足學生學習生物學專業(yè)知識的需求，同時開設(shè)的專業(yè)課程覆蓋了中學生物學教科書的絕大部分內(nèi)容，培養(yǎng)了生物科學師范生的學科知識素養(yǎng)。在選修課程的安排上，在《人體組織解剖學》等生物學分支學科課程的基礎(chǔ)上，還特別開設(shè)生命科學進展的相關(guān)講座，使學生在了解生物學科的前沿動態(tài)，不斷豐富自身知識體系的同時，學習相關(guān)的生物科學史內(nèi)容，在一定程度上有助于學生科學思維的發(fā)展。

3.2 授課方式

大多數(shù)理論課程只開設(shè)一學期，因此教師需要在有限的時間內(nèi)完成教學任務(wù)。一些理論課程難度較大，學生理解起來具有一定困難，教師大多數(shù)時間都是采用傳統(tǒng)的講授方式將重要內(nèi)容傳遞給學生。在講授式的課堂中，學生由于參與度不高，只是一味地接收知識，無法達到思維訓練的目的。必修課程和部分選修課程都設(shè)置了相應的實驗課，并且采用分組授課的形式，上課人數(shù)一般不超過30人，一定程度上保證了實驗教學的需要和學生基本實驗操作技能的培養(yǎng)。但實驗課的課題以驗證性實驗和綜合性實驗為主，且部分實驗課的終結(jié)性考核仍然以實驗理論為主要考核內(nèi)容，因此師范生的實驗操作和解決問題的能力不足。

3.3 學時安排

學科專業(yè)課程共計970個學時，其中理論課程共582個課時，實驗課程共388個課時。大部分課程周課時都為3課時，由于生物化學、遺傳學等課程難度較大，將每周課時分別延長至5課時和4課時。對于植物學、動物學課程，由于教材知識繁雜，內(nèi)容較多，因此分為上、下兩學期開設(shè)，基本保證了授課時長。學生實驗課程的周課時較短，一周僅安排2課時，而一些探究性實驗等步驟較為復雜，需要學生動手操作并動腦思考，所需時長難以滿足。因此，學生缺乏充足時間在實驗探究過程中完成現(xiàn)象的觀察、數(shù)據(jù)的收集及外部信息的加工處理，難以達到提高科學思維能力的目的。

4 高等師范院校關(guān)于培養(yǎng)生物師范生科學思維的建議

生物師范生擁有雙重身份，既是高校中學習生物專業(yè)知識和學科教學能力的學生，又是未來承擔生物學課程教學的老師。課程改革對準生物學教師的素質(zhì)提出了更高要求。為了培養(yǎng)新型高質(zhì)量教育人才，高等師范院校對生物師范生科學思維的培養(yǎng)在原有基礎(chǔ)上仍需加強，應從調(diào)整傳統(tǒng)的師范生培養(yǎng)模式入手，優(yōu)化課程體系、加強教學改革，構(gòu)建新型課堂，更好滿足新課程改革背景下對生物學科教師的新要求。

4.1 發(fā)掘課程育人價值

重視課程思政，尤其是“科學精神”這一維度?？茖W精神的主要特征包括堅持理想信念、把握實證方法、秉承批判態(tài)度和遵循試錯模式。因此，生物科學本科課程應深挖課程蘊含的育人價值，加強各學科課程科學史的教學，從科學史入手，使學生體會科學家的科研堅守以及解決問題的思路和方法。同時，還要發(fā)揮高中生物學教材的育人作用，在學習課程標準與教材分析的基礎(chǔ)上，由教師帶領(lǐng)學生深入學習教材中的科學故事，特別是書中的“科學家訪談”和“生物科學史話”欄目，將課程思政滲透到教學全過程，從而樹立師范生的科學精神，為師范生在今后教學中更好落實高中生科學思維奠定基礎(chǔ)。

4.2 建立“思維導向型”課堂

師范院校首先應該完善培養(yǎng)方案，重視對師范生生物學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，將落實科學思維的要求融入人才培養(yǎng)目標中；其次，設(shè)置包括基礎(chǔ)知識、思維發(fā)展、責任培養(yǎng)等多維度的課程教學目標；同時，不斷創(chuàng)新和實踐課堂教學新模式，提高學生的課堂參與度和思維活躍度，同時轉(zhuǎn)變教學方法和策略，開展一些自主和探究學習活動。此外，在課程的過程性評價和終結(jié)性評價環(huán)節(jié)適當引入開放性題目，如實驗設(shè)計和問題探究，由學生自主或者合作完成，完善課后答疑環(huán)節(jié)，幫助學生學習課堂上的重難點知識，形成完整的思維過程。

4.3 轉(zhuǎn)變實驗教學模式

在實驗探究過程中，學生的科學思維得以深入發(fā)展。師范院校應該重視實驗課程的開設(shè)，改進教學模式，合理規(guī)劃實驗課教學時間，可以利用周末等空余時段安排學生分組進行集中實驗，適當延長實驗課課時，保證實驗過程的連續(xù)性，同時向?qū)W生開放部分實驗室，使學生都有機會動手操作，提高實驗基本技能，培養(yǎng)創(chuàng)新和實踐能力。其次，應優(yōu)化實驗內(nèi)容，在已有的驗證性和綜合性實驗基礎(chǔ)上，增加探究性實驗和設(shè)計性實驗，充分發(fā)揮學生的主動性，由學生自行查閱文獻、設(shè)計方案、尋找答案和解決方法，并在探究過程中加強對學生的指導，激發(fā)學生深入思考，進一步鍛煉學生的科學思維。