高階思維能力在高中生物教學(xué)中的培養(yǎng)與應(yīng)用

摘 要：以推動(dòng)高中生思維品質(zhì)進(jìn)階，落實(shí)核心素養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)與落腳點(diǎn)，從分析高中生在生物課程學(xué)習(xí)中所需形成的高階思維能力類型入手，探討學(xué)科核心素養(yǎng)視域下，在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的方法，包括任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、問題導(dǎo)學(xué)法和議題教學(xué)法等策略，旨在優(yōu)化傳統(tǒng)“知識(shí)本位”的高中生物教學(xué)模式，使學(xué)生善于運(yùn)用科學(xué)思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題，穩(wěn)步發(fā)展生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高階思維；高中生物；生物教學(xué)；思維能力培養(yǎng)

作者簡介：錢嘉雯（1994—），女，江蘇省南通市天星湖中學(xué)。

高階思維是相對低階思維而言的思維品質(zhì)概念，指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知方法。隨著《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（下稱《生物課標(biāo)》）的深入實(shí)施，在高中生物課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用高階思維能力學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)、運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題逐漸成為重要的教育教學(xué)研究課題。

一、高中生在生物課程學(xué)習(xí)中所需形成的高階思維能力類型

當(dāng)前，教育界未對學(xué)生所需形成的高階思維能力作出統(tǒng)一規(guī)定［1］，使不少高中生物教師在培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力時(shí)，容易出現(xiàn)育人方向模糊不清、教育教學(xué)精準(zhǔn)性低等問題。為切實(shí)改善因看法、觀點(diǎn)不一致而引發(fā)的教學(xué)低效問題，本文基于對“科學(xué)思維”概念的認(rèn)識(shí)和把握，分析歸納高中生在生物課程學(xué)習(xí)中所需形成的高階思維能力類型。

科學(xué)思維是高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的維度之一，指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力，與學(xué)生正確生命觀念的建立、科學(xué)探究能力的提升與社會(huì)責(zé)任感的形成有著內(nèi)在關(guān)聯(lián)［2］?！渡镎n標(biāo)》在“學(xué)科核心素養(yǎng)與課程目標(biāo)”中指出，學(xué)生應(yīng)“能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法”，這與布魯姆的認(rèn)知學(xué)習(xí)領(lǐng)域目標(biāo)學(xué)說有著異曲同工之妙。因此，在核心素養(yǎng)視域下的高中生物課程教學(xué)中，以發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維為錨點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，采取有針對性與精準(zhǔn)性的方法定向培養(yǎng)學(xué)生的歸納與概括思維、演繹與推理思維以及批判與創(chuàng)造思維，具有可行性與實(shí)踐價(jià)值。

二、在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的策略方法

（一）搭建任務(wù)支架，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)歸納概括

歸納概括思維，指的是學(xué)生在認(rèn)知事物時(shí)，通過比較與抽象，提煉出事物的共同本質(zhì)特征，并將這些共性推廣到同類事物上的思維方式［3］。例如，當(dāng)人們看到麻雀時(shí)，他們能夠?qū)⑵渑c其他動(dòng)物進(jìn)行比較，從而識(shí)別出麻雀的本質(zhì)特征（如能飛、卵生和有羽毛），在此基礎(chǔ)上，將麻雀的本質(zhì)特征歸納并推廣應(yīng)用到對其他動(dòng)物的認(rèn)知中，從而將所有具備麻雀特征的動(dòng)物統(tǒng)稱為鳥類。在高中生物課程中培養(yǎng)學(xué)生的歸納概括思維，教師可靈活運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)任務(wù)的引導(dǎo)下，自覺運(yùn)用歸納概括思維將相關(guān)的生物知識(shí)與問題整合，更好地認(rèn)清生物學(xué)知識(shí)的本質(zhì)，提升思維能力和學(xué)習(xí)效率。例如，在人教版高中《生物學(xué)》必修第一冊“細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性”一課中，筆者應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法帶領(lǐng)學(xué)生歸納概括各種細(xì)胞的本質(zhì)特征，加深他們對細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性的理解。

【任務(wù)一】觀察圖1中的四張細(xì)胞圖像，完成表格（表1）。

【任務(wù)二】小組合作，制作酵母菌細(xì)胞、水綿細(xì)胞、天竺葵葉片保衛(wèi)細(xì)胞與魚的紅細(xì)胞的臨時(shí)裝片，并用高倍顯微鏡進(jìn)行觀察。

（1）子任務(wù)1：總結(jié)使用高倍顯微鏡的步驟與要點(diǎn)。

（2）子任務(wù)2：繪制上述四種細(xì)胞的細(xì)胞模式簡圖，以表格的形式呈現(xiàn)這些細(xì)胞的共性與差異。

（3）子任務(wù)3：小組合作探討這些細(xì)胞存在差異的原因。

【任務(wù)三】科學(xué)家根據(jù)細(xì)胞內(nèi)有無以核膜為界限的細(xì)胞核，將細(xì)胞分為真核細(xì)胞與原核細(xì)胞兩大類型。根據(jù)這一分類原則，聯(lián)系已知的細(xì)胞類型，將不同細(xì)胞分類為真核細(xì)胞與原核細(xì)胞。

學(xué)生在上述學(xué)習(xí)任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，以獨(dú)立自主或小組合作的形式深入探究與歸納細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性。在任務(wù)一中，學(xué)生遷移運(yùn)用所學(xué)知識(shí)寫出圖中四種細(xì)胞的名稱，依次為動(dòng)物成熟紅細(xì)胞、人口腔上皮細(xì)胞、洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞和洋蔥表皮細(xì)胞，并通過繪制對應(yīng)細(xì)胞模式簡圖，把握這四種細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的共性，初步感知細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性。在任務(wù)二中，學(xué)生以小組合作的學(xué)習(xí)方式，完成重要的生物探究活動(dòng)“用高倍顯微鏡觀察幾種細(xì)胞”。在總結(jié)高倍顯微鏡的使用步驟與要點(diǎn)時(shí)，學(xué)生能夠自發(fā)地將其與低倍顯微鏡的使用方式進(jìn)行對比；在繪制細(xì)胞模式簡圖，總結(jié)細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的共性與差異時(shí)，學(xué)生能夠?qū)?xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性形成進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。在任務(wù)三中，學(xué)生從真核細(xì)胞與原核細(xì)胞兩個(gè)角度，對已知的動(dòng)植物細(xì)胞、細(xì)菌細(xì)胞、真菌細(xì)胞進(jìn)行正確分類，在歸納概括過程中完善自身的生物知識(shí)體系。教師開展知識(shí)梳理與總結(jié)活動(dòng)，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的歸納概括思維，使他們在全面掌握生物學(xué)知識(shí)的同時(shí)提升高階思維能力。

（二）設(shè)置核心問題，以問題引領(lǐng)演繹推理

演繹推理思維，指的是學(xué)生在認(rèn)識(shí)事物、解決問題時(shí)，從一般性前提入手，通過類比推理、演繹推導(dǎo)的方式具體陳述事物的本質(zhì)，得出問題結(jié)論的思維過程［4］。在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的演繹推理思維，有益于學(xué)生思維嚴(yán)密性、邏輯性與一貫性的提升，這也是學(xué)生養(yǎng)成求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度與理性精神的先決條件。高中生物教師在培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力時(shí)，可以充分利用問題導(dǎo)學(xué)法，激活學(xué)生的思維。通過向?qū)W生提出層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生基于生物學(xué)事實(shí)展開演繹推理，使學(xué)生的思維方式實(shí)現(xiàn)從形象到抽象、從感性到理性、從低階到高階的進(jìn)階。

例如，在人教版高中《生物學(xué)》必修第一冊“酶的作用和本質(zhì)”一課中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生圍繞生物探究性實(shí)驗(yàn)“比較過氧化氫在不同條件下的分解”，探索酶在細(xì)胞代謝中的作用。教師可將核心教學(xué)問題融入學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程中，讓學(xué)生在問題的引領(lǐng)下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹傲私膺^氧化氫酶的作用”（大前提）和實(shí)驗(yàn)方法步驟（小前提）進(jìn)行演繹推理，得出“酶在細(xì)胞代謝過程中起到催化作用”的結(jié)論，逐步認(rèn)識(shí)酶的本質(zhì)。

首先，教師可為學(xué)生提供與本次生物實(shí)驗(yàn)有關(guān)的背景知識(shí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到動(dòng)物新鮮肝臟中富含過氧化氫酶，知道每滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液中Fe3+的數(shù)量約為每滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液中過氧化氫酶分子數(shù)的25萬倍。隨后，教師可以提出啟發(fā)性問題鏈，如：可以用哪些動(dòng)物的肝臟與藥品配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的FeCl3溶液？如何利用兩種溶液中Fe3+數(shù)量與過氧化氫酶分子數(shù)的數(shù)量關(guān)系完成本次實(shí)驗(yàn)？如何探索過氧化氫酶的作用？引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)背景與生物學(xué)知識(shí)，演繹推理出控制變量法與設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)的探究思路，并完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)（表2）。

其次，在學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案展開實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，教師可以走動(dòng)觀察，適時(shí)提出進(jìn)階性教學(xué)問題鏈，如：2號(hào)試管中的現(xiàn)象與1號(hào)試管有何不同？這一差異說明了什么？3號(hào)試管與4號(hào)試管中，哪支試管中的反應(yīng)速率更快？這說明了過氧化氫酶對細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的什么作用？為什么未加熱的3號(hào)與4號(hào)試管中也有大量氣泡產(chǎn)生？引導(dǎo)學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)與證據(jù)分析問題，深刻認(rèn)識(shí)到酶對細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的重要作用，并理解加熱能夠促進(jìn)過氧化氫的分解，過氧化氫酶與Fe3+能夠降低過氧化氫分解反應(yīng)的活化能，達(dá)到催化的效果。

最后，在各組學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，教師可以設(shè)置挑戰(zhàn)性問題，如：為什么細(xì)胞代謝離不開酶？酶的化學(xué)本質(zhì)與無機(jī)催化劑有何不同？如果動(dòng)物肝臟中的過氧化氫酶催化效率降低，會(huì)對動(dòng)物活動(dòng)造成怎樣的影響？酶是否能像無機(jī)催化劑那樣催化多種化學(xué)反應(yīng)？鼓勵(lì)學(xué)生圍繞實(shí)驗(yàn)展開小組討論，通過類比推理實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象與結(jié)論，推導(dǎo)出絕大多數(shù)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，并認(rèn)識(shí)到酶的專一性，即只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。

教師設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣的問題鏈，不僅可以鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，提高學(xué)生的探究水平，還能培養(yǎng)學(xué)生的演繹推理思維，使學(xué)生掌握正確的學(xué)習(xí)方法，促進(jìn)其高階思維發(fā)展。

（三）提煉有效議題，以互動(dòng)帶動(dòng)批判創(chuàng)造

批判與創(chuàng)造思維，指的是學(xué)生通過反思質(zhì)疑、理性評判、提出不同見解與觀點(diǎn)等方式，獲得有效解決問題的對策的目的性思維過程。在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的批判與創(chuàng)造思維能力，教師需為學(xué)生營造一個(gè)民主和諧的交流互動(dòng)環(huán)境，確保學(xué)生能夠主動(dòng)提出觀點(diǎn)，發(fā)表個(gè)性化見解，審視他人的觀點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新與有效批判。為此，高中生物教師可以通過設(shè)置教學(xué)議題，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知矛盾與思維沖突，增強(qiáng)師生之間與生生之間的互動(dòng)交流，讓學(xué)生在求同存異的過程中形成善于批判、樂于創(chuàng)新的思維品質(zhì)［5］。

例如，在教學(xué)人教版高中《生物學(xué)》必修第二冊“自然選擇與適應(yīng)的形成”一課時(shí)，教師便可圍繞拉馬克的進(jìn)化學(xué)說與達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說，設(shè)置具有爭議性的議題：如何解釋枯葉蝶與翅色鮮艷的蝴蝶同時(shí)存在于同一自然環(huán)境中？這個(gè)問題能夠驅(qū)使學(xué)生從生物進(jìn)化或適應(yīng)的角度給出有理有據(jù)的科學(xué)解釋，讓課堂氛圍在學(xué)生各抒己見與暢所欲言的過程中活躍起來，促進(jìn)學(xué)生之間的思維碰撞與交流。在討論過程中，教師可以組織學(xué)生圍繞這一議題展開正反雙方的辯論，要求學(xué)生列舉自然界中生物完全適應(yīng)或不完全適應(yīng)環(huán)境的實(shí)例，幫助他們感知適應(yīng)的普遍性與相對性，體會(huì)適應(yīng)形成與生物遺傳、變異（內(nèi)因）、環(huán)境（外因）之間的相互關(guān)聯(lián)。由此在促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的同時(shí)，讓學(xué)生在批判他人觀點(diǎn)與提出創(chuàng)造性見解的過程中，培養(yǎng)高階思維能力，加深對知識(shí)內(nèi)涵與本質(zhì)的理解。

結(jié)語

總而言之，核心素養(yǎng)視域下，教師在高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，應(yīng)將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維核心素養(yǎng)作為錨點(diǎn)，正確分析高中生所需形成的高階思維能力類型。靈活運(yùn)用助學(xué)、促學(xué)價(jià)值突出的任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、問題導(dǎo)學(xué)法和議題教學(xué)法，優(yōu)化高中生物課程的教學(xué)形式和呈現(xiàn)方式，讓學(xué)生在積極挖掘生物學(xué)科本質(zhì)、深度參與生物學(xué)探究的過程中，逐步形成歸納概括思維、演繹推理思維、批判與創(chuàng)造思維，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)能力與生物學(xué)科核心素養(yǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

［參考文獻(xiàn)］

許大苗.核心素養(yǎng)視域下學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)策略研究：以高中生物教學(xué)實(shí)踐為例［J］.高考，2022（30）：76-78.

杜發(fā)利.高中生物教學(xué)中學(xué)生思維能力培養(yǎng)的教學(xué)模式研究［J］.智力，2022（24）：60-63.

申定健.培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力的高中生物學(xué)激趣教學(xué)實(shí)踐：以“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)教學(xué)為例［J］.中學(xué)生物學(xué)，2022，38（5）：8-11.

漆玉霞.高中生物課堂教學(xué)中學(xué)生思維能力的培養(yǎng)［J］.試題與研究，2022（5）：58-59.

彭仁.生物化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力［J］.生命的化學(xué)，2021，41（7）：1594-1599.