基于科學(xué)思維培養(yǎng)目標(biāo)的高中生物教學(xué)策略探究

肖正清

摘 要：在高中生物教學(xué)中，基于發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)、深化知識理解、提高問題解決能力的需要，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維具有必要性。現(xiàn)階段的生物教學(xué)中，教師以講授為主的教學(xué)方式、以“刷題”為主的鞏固方式以及學(xué)生探究意識和能力薄弱，這些都影響了學(xué)生科學(xué)思維能力的提升。高中生物科學(xué)思維培養(yǎng)可從三個方面展開：一是強(qiáng)化問題情境的創(chuàng)設(shè)，以“問題”或“問題串”貫穿教學(xué)始終，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力提升；二是立足教材，開展多元化的生物實驗或?qū)嵺`活動，以實踐為主線培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維以及動手實踐能力；三是引入STSE試題教學(xué)策略，嚴(yán)格按照新課改和新高考的要求設(shè)計生物試題，改變漫無目的的“刷題”現(xiàn)狀，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力提升。

關(guān)鍵詞：高中生物；科學(xué)思維；培養(yǎng)對策

中圖分類號：G633.91? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1673-8918（2023）11-0145-04

一、 引言

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》明確了“科學(xué)思維”系生物學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一。在高中生物的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，有助于學(xué)生的生物邏輯判斷能力得到提高，使學(xué)生解決實際問題的能力也得到培養(yǎng)，從而更好地促進(jìn)學(xué)生“終身發(fā)展”。

高中階段，生物學(xué)是建立在實驗基礎(chǔ)之上的自然科學(xué)，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方面具有顯著的優(yōu)勢。然而，教學(xué)實踐中，傳統(tǒng)以講授為主的教育模式，導(dǎo)致學(xué)生在課堂上主動思考較少，思維不夠靈活，甚至出現(xiàn)定勢思維的現(xiàn)象。這種思維定勢，不僅影響學(xué)生對生物學(xué)基礎(chǔ)知識的理解，更影響學(xué)生解決生物實際問題能力的提升。文章中，筆者立足近年來關(guān)于生物學(xué)科學(xué)思維的研究，探索基于科學(xué)思維培養(yǎng)目標(biāo)的高中生物教學(xué)對策。

二、 高中生物科學(xué)思維概述

（一）科學(xué)思維的內(nèi)涵

《辭海》對“思維”的定義為“理性認(rèn)識的過程、結(jié)果”；著名哲學(xué)家馬克思和恩格斯認(rèn)為“思維是人腦的產(chǎn)物，是客觀事物在人腦中的反映”，這一表述方式顯得更為直觀。綜合學(xué)者們關(guān)于思維的概述，筆者認(rèn)為：思維是一種運(yùn)用已有經(jīng)驗對現(xiàn)實問題的高級認(rèn)知和加工過程，從而建立對事物更為直觀的認(rèn)知和理解，在此過程中也解決實際問題。

在“思維”前面加上“科學(xué)”二字，構(gòu)成了“科學(xué)思維”，其目標(biāo)性和指向性也就更強(qiáng)。關(guān)于科學(xué)思維的內(nèi)涵，研究者們基于研究視角的差異也有不同的理解。筆者認(rèn)為：所謂科學(xué)思維，是學(xué)習(xí)者基于現(xiàn)實問題，運(yùn)用科學(xué)的原理和方法，通過大腦的高級認(rèn)知和加工而認(rèn)識事物、解決問題的理性思維方式。文章中，筆者所指的科學(xué)思維，是基于核心素養(yǎng)的高中生物科學(xué)思維，是構(gòu)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要維度。

（二）科學(xué)思維的方法

科學(xué)思維是一種高度理性的思維，具體包括五種思維方法。

1. 歸納與概括

所謂歸納，是從個別到一般的過程，是歸攏使之有條理，是學(xué)生在生物學(xué)習(xí)中通過對個別事物的分析與總結(jié)，推導(dǎo)出一般概念、結(jié)論的思維方式，是一種“抓要點”的過程。例如，在學(xué)習(xí)了細(xì)菌、衣原體、支原體的相關(guān)知識之后，將其歸納為原核生物。

而概括則是通過對事物共同特點的分析與總結(jié)，以簡明扼要的方式描述其內(nèi)涵和特點。例如，在原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的學(xué)習(xí)之后，學(xué)習(xí)者可以對兩種細(xì)胞的共同特點進(jìn)行概括，即可概括出兩者均具有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和以DNA為遺傳物質(zhì)的特點。

在生物學(xué)習(xí)中，歸納與概括是重要的科學(xué)思維方式，兩者相互關(guān)聯(lián)，密不可分。

2. 演繹與推理

演繹與推理是與歸納法方向相反的思維方式，是從一般到特殊的推理方法。演繹與推理的推理要求前提和結(jié)論兩者之間具有必然的關(guān)聯(lián)性，因此是一種確實性的推理。例如，學(xué)生學(xué)習(xí)真核生物后，結(jié)合其對真核生物內(nèi)涵的理解，明確真核生物包含植物、動物以及真菌等。

3. 模型與建模

作為一種重要的科學(xué)思維方式，模型與建模要求學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中能抓住事物的主要特點，找準(zhǔn)事物間的關(guān)系和規(guī)律，確定自變量和因變量，從而將復(fù)雜事物簡單化，形成一種可推演的模型。生物學(xué)習(xí)中，生物學(xué)模型主要分為三類：①概念模型；②物理模型；③數(shù)學(xué)模型。針對不同的模型分類，建模的方法也有所不同。如建立物理模型可以通過制作實物模型的方式將復(fù)雜的問題簡單化；而數(shù)學(xué)模型的建模，則可以利用數(shù)學(xué)公式表示生物學(xué)規(guī)律。

4. 批判性思維

批判性思維是一種重要的科學(xué)思維方式，是指學(xué)生在生物學(xué)學(xué)習(xí)過程中，敢于提出質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。培養(yǎng)批判性思維，對提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題的能力具有積極的意義。例如，教師在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)基因食品的過程中，可以聯(lián)系生活中的食品安全問題，引導(dǎo)學(xué)生辯證地就轉(zhuǎn)基因食品的“安全性”進(jìn)行思考和討論。

5. 創(chuàng)造性思維

創(chuàng)造性思維具有發(fā)散性特點，所以也稱為發(fā)散性思維，是指學(xué)生在生物學(xué)習(xí)中，不局限于某一種解決問題的方式，而是可以多方面思考問題，從而探索出更多的解決問題的方法。在生物學(xué)習(xí)中，開展調(diào)查研究等學(xué)習(xí)活動，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識具有積極的意義。

三、 高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的必要性

（一）發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)的需要

近年來，伴隨著教育改革的不斷深入推進(jìn)，核心素養(yǎng)已經(jīng)統(tǒng)領(lǐng)了時代教育思想。高中生物核心素養(yǎng)中，科學(xué)思維占有重要的席位，因此，在高中生物教學(xué)實踐中，教師要把科學(xué)思維的培養(yǎng)置于重要的位置。為了更好地發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)，高中生物教師應(yīng)當(dāng)突破傳統(tǒng)教育瓶頸，強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)，以全面提高教學(xué)實效。由此可見，基于科學(xué)思維能力培養(yǎng)的高中生物教育，教師不斷優(yōu)化教學(xué)方式，提高學(xué)生歸納總結(jié)、演繹推理、批判性等理性思維能力，將更有助于發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)。

（二）深化知識理解的需要

近年來，教育改革不斷深入推進(jìn)，以深度學(xué)習(xí)理念為指導(dǎo)的教學(xué)課堂，要求學(xué)生對知識的理解建立在高階思維的基礎(chǔ)之上，而非停留于低階思維的淺層認(rèn)知。停留于低階思維的淺層認(rèn)知，學(xué)生因?qū)χR的深入理解不足，因此常常采取死記硬背的方式達(dá)到記憶知識的目的?；诳茖W(xué)思維培養(yǎng)的高中生物教學(xué)，教師將立足五種科學(xué)思維培養(yǎng)的方法，不斷優(yōu)化教學(xué)方式，這不僅能夠促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展，同時也有助于深化學(xué)生對生物科學(xué)知識的理解。例如，教師在高中生物教學(xué)實踐活動中有意識地培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的歸納與概括思維能力，能夠促使學(xué)生在生物學(xué)習(xí)中，用科學(xué)的思維總結(jié)、歸納和概括相關(guān)的生物概念、規(guī)律等，歸納概括的過程也就是學(xué)生深入理解知識本質(zhì)內(nèi)涵的過程。除此之外，批判性思維、創(chuàng)造性思維等的培養(yǎng)，均有助于促進(jìn)學(xué)生高階思維的形成，最終為構(gòu)建深度生物學(xué)習(xí)課堂奠定基礎(chǔ)。

（三）提高問題解決能力的需要

應(yīng)用所學(xué)習(xí)的理論知識解決實際問題，是教育改革背景下教師教學(xué)的重中之重。學(xué)以致用，方是教育的出發(fā)點和落腳點。就傳統(tǒng)生物教學(xué)課堂來看，學(xué)生習(xí)慣于接受，思維的活躍度不夠，定勢思維影響了學(xué)生問題解決能力的提升。同時，為了提高學(xué)生的解題能力，部分教師采取了題海戰(zhàn)術(shù)的訓(xùn)練方式，在加重學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)的同時，也影響了其科學(xué)思維能力的提升?；诳茖W(xué)思維培養(yǎng)的高中生物教學(xué)，教師將采取多元化的思維訓(xùn)練方式，不斷活躍學(xué)生的生物學(xué)習(xí)思維，尤其是批判性思維與創(chuàng)造性思維；而學(xué)生思維能力的提升，將有助于促使其在解決實際問題的過程中，更加靈活多變，解決問題的能力也將得以有效的提升。

四、 影響高中生科學(xué)思維能力提升的主要因素

（一）以講授為主的教學(xué)方式

知識的講解以單向的講授為主，學(xué)生一直處于“聽”“記”的狀態(tài)，這是高中生物教學(xué)中影響學(xué)生科學(xué)思維能力提升的主要因素之一。在以教師講授為主的教學(xué)模式下，學(xué)生的主動學(xué)習(xí)思維并沒有得到有效地激發(fā)，而是一直處于被動接受的狀態(tài)。這種狀態(tài)持續(xù)久了，學(xué)生會怠于思考和探索，而習(xí)慣于接受的學(xué)習(xí)狀態(tài)，將會直接影響學(xué)生科學(xué)思維能力的提升。

（二）以“刷題”為主的鞏固方式

在高中生物教學(xué)中，學(xué)生知識的鞏固方式也在一定程度上影響其科學(xué)思維能力的形成與提升。就當(dāng)前的高中生物教學(xué)而言，以“刷題”為主的知識鞏固方式普遍存在。而“刷題”，即我們常說的“題海戰(zhàn)術(shù)”，學(xué)生通過大量做題來達(dá)到鞏固知識的目的。當(dāng)學(xué)生的課余時間都沉浸在“題?！敝校渥灾魉伎嫉臅r間和空間將會受到極大的制約，從而影響學(xué)生科學(xué)思維能力的提升。

（三）學(xué)生的探究意識和能力較為薄弱

學(xué)生的生物科學(xué)思維，與其探究的意識、能力息息相關(guān)。若學(xué)生在生物學(xué)習(xí)過程中有較強(qiáng)的探究意識和能力，其科學(xué)思維能力將會得到顯著地增強(qiáng)。而教學(xué)實踐中，筆者發(fā)現(xiàn)：由于習(xí)慣了接受，學(xué)生在生物課堂、日常生活實踐中探究的意識和能力處于較為薄弱的狀態(tài)。例如，部分教師在生物教學(xué)課堂中構(gòu)建小組合作探究的教學(xué)模式，但學(xué)生的合作探究意識、能力有待提升，導(dǎo)致小學(xué)合作學(xué)習(xí)模式的構(gòu)建往往難以取得理想的教學(xué)效果，甚至難以實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

五、 基于科學(xué)思維培養(yǎng)目標(biāo)的高中生物教學(xué)對策

基于上述分析可以看出：在新課程改革背景下，高中生物教學(xué)把培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維列入重點考慮的內(nèi)容具有必要性。結(jié)合影響高中學(xué)生科學(xué)思維能力提升的主要因素，筆者認(rèn)為，把科學(xué)思維培養(yǎng)作為重要目標(biāo)的高中生物教學(xué)可以從如下幾個方面進(jìn)行。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，培養(yǎng)科學(xué)思維

在教學(xué)實踐中，“問題”與“思維”之間往往具有密不可分的關(guān)系。高中生物教師可以巧妙地通過創(chuàng)設(shè)問題教學(xué)情境的方式設(shè)疑、啟發(fā)和解惑，促進(jìn)學(xué)生深入探究、分析、總結(jié)，進(jìn)而達(dá)到全面提升生物科學(xué)思維能力的目標(biāo)。

例如，高中生物《分子與細(xì)胞》章節(jié)的教學(xué)中，本章節(jié)的教學(xué)涵蓋很多知識點，筆者以“細(xì)胞的能量‘貨幣’ATP”為例，在教學(xué)中，筆者立足核心素養(yǎng)的教育思想，緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重難點的設(shè)計。以下簡要闡述問題情境創(chuàng)設(shè)的過程：

首先，創(chuàng)設(shè)問題導(dǎo)入情境，激發(fā)興趣，激活思維。導(dǎo)入作為教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過創(chuàng)設(shè)問題情境作為課堂導(dǎo)入的方式，更有助于活躍教學(xué)課堂，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。本節(jié)課教學(xué)中，筆者以杜牧詩句為背景播放了螢火蟲飛舞的視頻，然后提出問題：①螢火蟲為什么會發(fā)光呢？②發(fā)光的過程，是否會產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)換？③其生物學(xué)意義是什么？上述三個問題，不僅有助于引入教學(xué)內(nèi)容，同時緊密貼近學(xué)生的生活。教師引導(dǎo)學(xué)生對上述三個問題的思考和解決，不僅能夠培養(yǎng)其科學(xué)思維，同時也有助于提高其生活實踐能力。

其次，創(chuàng)設(shè)問題情境，突破教學(xué)重難點。本節(jié)課的教學(xué)中，教師教學(xué)的重點在于科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生深入理解ATP的化學(xué)組成、特點以及在能量代謝中的作用；把握ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化。為了突破教學(xué)的重點和難點，筆者采取的方法如下：①學(xué)生自主閱讀課本并思考問題：ATP是什么？結(jié)構(gòu)簡式是什么？為什么其是高能磷酸化合物？如何構(gòu)建ATP模型？②閱讀教材中有關(guān)“ATP與ADP”相互轉(zhuǎn)化的素材，然后通過小組合作學(xué)習(xí)討論的方式分別填寫ATP水解與合成的反應(yīng)式、酶的類型、場所、能量來源與去向。

最后，以拓展性問題培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。不斷拓寬學(xué)生對知識學(xué)習(xí)的廣度和深度，是高中生物教學(xué)的重中之重。在本節(jié)課教學(xué)中，為了拓寬學(xué)生的知識面，筆者提出了拓展性的問題：結(jié)合生活實際思考還有哪些生命活動需要ATP功能呢？上述的問題具有啟發(fā)性，啟迪學(xué)生緊密結(jié)合生活實際思考問題，也能夠在一定程度上促進(jìn)其科學(xué)思維能力的提升。

從上述教學(xué)案例可以看出：以“問題”為核心和主線的教育模式，對學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)、學(xué)習(xí)主觀能動性的激發(fā)都具有重要的意義。因此，高中生物教師應(yīng)當(dāng)以核心素養(yǎng)為指導(dǎo)，通過“問題”或者是“問題串”的設(shè)計，巧妙地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，以發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)。

（二）開展實踐活動，培養(yǎng)科學(xué)思維

實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。生物作為一門以實驗為載體的自然科學(xué)，實驗活動的開展是教師全面提高學(xué)生科學(xué)思維能力的有效手段。在高中生物實踐活動的開展方面，筆者提出兩點建議：一是高中生物教師要嚴(yán)格按照生物教材的要求，積極開展生物實驗，以實驗為主線培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)思維；二是教師在生物教學(xué)中，可以巧妙地開展一些富有趣味性的生物實踐活動，引領(lǐng)學(xué)生在實踐探究的過程中形成生物科學(xué)思維。

以《分子與細(xì)胞》教學(xué)中“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”為例，從教學(xué)主題“探究”二字可以看出：本部分知識點的教學(xué)，應(yīng)當(dāng)以探究活動的開展為主，方能更好地助推教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)。因此，在本節(jié)課教學(xué)中，筆者嚴(yán)格按照教材中的“探究·實踐”教學(xué)思路，以小組合作的方式，引領(lǐng)學(xué)生積極參與了探究性的實驗活動。在實驗進(jìn)行的過程中，從制作臨時裝片、低倍鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)、滴加蔗糖溶液后低倍鏡下觀察全體過程，都由學(xué)生小組自主完成，教師僅僅是處于引領(lǐng)和指導(dǎo)的地位。在實驗活動開展的過程中，每個小組均有相應(yīng)的表格，學(xué)生需要自主觀察實驗現(xiàn)象、記錄實驗結(jié)果。

在實驗結(jié)束之后，教師提出問題，進(jìn)一步升華學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)效果：①質(zhì)壁分離的條件是什么？②什么細(xì)胞可以發(fā)生質(zhì)壁分離呢？③相同濃度的溶液，不同細(xì)胞質(zhì)壁分離是否相同？④同一細(xì)胞在不同濃度的蔗糖溶液中是否都能夠發(fā)生質(zhì)壁分離？針對上述問題，每個學(xué)生小組結(jié)合自己實驗的過程進(jìn)行深入的思考并解答。

（三）引入STSE試題教學(xué)策略，培養(yǎng)科學(xué)思維

在當(dāng)前的高中生物教學(xué)中，STSE試題是順應(yīng)新課改和新高考的新題型策略。作為高考生物試題中的熱點和亮點，這類試題不僅強(qiáng)化了學(xué)生基礎(chǔ)知識的鞏固與應(yīng)用，同時對學(xué)生模型轉(zhuǎn)化、思想方法等的考察也較為全面。為了有效地規(guī)避傳統(tǒng)“題海”式的知識鞏固方式，高中生物教師可以巧妙地引入STSE試題教學(xué)策略，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)思維。

例如，在“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”的教學(xué)中，為了幫助學(xué)生鞏固知識，筆者立足教材和教學(xué)目標(biāo)，充分利用教輔材料，結(jié)合光合作用的場所、過程、原理及應(yīng)用等，引入了STSE試題教學(xué)策略，相關(guān)的試題不僅具有針對性，同時也立足新課改和新高考前沿，有效地提高了生物知識鞏固的實效性。

六、 結(jié)語

教育改革背景下，高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，是深化學(xué)生對生物知識的理解、提升學(xué)生解決問題的能力、發(fā)展學(xué)生生物核心素養(yǎng)的必由之路和有效途徑。而傳統(tǒng)以講授為主的教學(xué)方式、“刷題”為主的鞏固方式以及學(xué)生薄弱的探究意識和能力，對高中學(xué)生生物科學(xué)思維能力的發(fā)展和提升形成了障礙。只有把培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維列入重點考慮的內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)問題情境引導(dǎo)學(xué)生思考，開展實踐活動引導(dǎo)學(xué)生歸納綜合，引入STSE試題教學(xué)策略有效訓(xùn)練學(xué)生思維，才能真正打開學(xué)生生物科學(xué)思維的大門，讓學(xué)生生物科學(xué)思維得到良好的發(fā)展，最終發(fā)展生物學(xué)核心素養(yǎng)。

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