素養視域下高中生物學教學中科學思維培養模式初探

任延麗

（廣州市第八十六中學 廣東·廣州 510700）

《普通高中生物學課程標準(2017版)》（以下簡稱《標準》）中明確提出：“科學思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，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。”科學思維有歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創造性思維等幾種思維模式。若能使每一個學生通過學習生物學，在工作學習生活中建立起良好的思維模式，無疑會對學生的終生發展有益。

在教學中，如何培養高中生的思維方式問題亟待解決。由于教師對科學思維深度理解水平有限及教學壓力大等多種因素影響了對學生科學思維的培養。但深化課堂教學改革以來，對教師的要求已從“教書型”向“研究型”轉變，教師應對課堂教學進行深度研究，讓科學思維的培養不再流于形式，真正使學生從中受益，為他們的終身發展服務。課堂教學方法多，形式多樣，如果教師能夠將課題進行分類，采取適合該課題的方式方法培養學生的科學思維，將會事半功倍。鑒于此目的，筆者分別探索如何通過生物科學史中經典實驗培養學生的批判性思維，通過模型建構如何培養學生的發散性思維，希望拋磚引玉，給一線教師啟發。

1 通過生物科學史中經典實驗培養學生批判性思維

長久以來，學生思維定式現象普遍存在，認為老師和課本永遠是對的，缺少批判的勇氣，缺乏批判性思維。高中生物學是一門實驗性科學，通過實驗不僅可以讓學生發現自然規律，了解實驗過程，體驗科學探究的樂趣，也可以利用實驗調動學生的積極性，激發學生的探索欲望，創造良好的批判機遇，引發學生與教師的“思維互動”，讓學生勇于批判，樂于批判。而對于生物科學史中的經典實驗，更應成為實驗教學中不可或缺的重要部分。這些內容切不可枯燥帶過，亦或是簡單敘述，而應在適當的啟發之下，讓學生將實驗過程還原，真正體驗到實驗的樂趣，體會科學家探究歷程的艱辛。這對學生生物學素養的培養至關重要。如《生長素的發現歷程》這一實驗，教師通過引導學生解決“花生幼苗為什么具有向光性”這一問題為契機，讓學生通過發現問題-提出問題-作出假設-設計實驗-觀察實驗-得出結論幾個環節，充分鼓勵學生學會批判。課前，教師帶領學生培養花生幼苗，并在教師指導下解剖幼苗，尋找花生幼苗上可能與向光性有關的結構，探索激素產生的部位。得出胚芽鞘尖端是激素產生的部位后，繼續提出“激素是如何到達作用部位”這一問題，讓學生作出假設。學生的假設多種多樣：有人認為“有一種拉力將激素從尖端下部向上拉”，也有人認為“存在特殊物質會幫助生長素的運輸”，還有人認為“激素從剪短運輸到尖端下部，在尖端下部起作用”。假設越多培養批判性思維的契機也就越多。教師引導學生將胚芽鞘尖端切下，放在瓊脂塊上，將接觸過尖端的瓊脂塊置于去掉尖端的胚芽鞘上，幾天后觀察記錄結果。學生根據觀察結果發現，原來花生幼苗胚芽鞘的生長確實是因為尖端產生激素向下運輸起作用的。繼而得出結論：生長素能從產生部位運送到作用部位，從而使花生幼苗生長。

教師在開展科學史中經典實驗教學時，一定要對學生作適當的啟發引導。可以在恰當的時機向學生介紹一下與探究活動有關的背景知識并提出要求，掃清學習新知識的障礙，為學生的理解打下良好基礎，同時為學生營造良好的環境。在生物學課堂教學中，教師是課堂的引導者、組織者，只有在“啟發”上多下功夫，想方設法把學生的積極性和主動性充分調動起來，主動參與教學活動才能達到理想的教學效果。教師更應事先準備好問題串，提出的問題也應該由淺至深環環相扣，經過思維的碰撞，引發學生求知思考的欲望，讓學生成為課堂的主人。

2 通過模型建構培養學生發散性思維

《高中生物課程標準（實驗）》中指出：“了解建立模型等科學方法及其在科學研究中的作用，培養學生的建模思維和建模能力，領悟、建立數學模型等科學方法及其在科學研究中的應用，培養學生的建模思維和建模能力，獲得生物學的基本事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識。”這是首次在高中生物基礎知識目標中提到“模型”一詞，可見，建立模型在新課標中被提到較高的高度。它不但被列為一項技能目標，而且被作為高中學生必備的生物科學素養和將來從事科學研究的必備能力。

人教版高中生物教材模型構建的案例較突出，例如：DNA分子的雙螺旋結構，種群增長的“J”、“S”型曲線，血糖平衡調節的模型等。模型建構可以幫助學生深入理解核心概念，教師需引導學生在模型建構的基礎上學會變式，將零散的知識系統化、整合化，使它們具有多樣性。通過激發學生通過討論，交流，進行深度思考，找到解決問題的途徑。在引領學生靈活運用模型的過程中，使學生做到舉一反三，實現思維變通和發散。如在講授“血糖的來源與去路”時，筆者先請同學們思考，血糖的三條來源途徑需要哪些器官的參與，然后請同學們繼續思考，食物的消化吸收不需要激素的調節就可以自行完成，那么肝糖原的分解、脂肪等非糖物質的轉化過程不需要激素的調節可以完成嗎？在得到學生答案后引導學生將課本上的圖2-9進行補充，血糖的來源與去路概念圖構建過程，以血糖作為核心，既保留了原有課本上知識的完整性，又把與血糖調節相關的器官、激素有機整合在一起。即實現了教師在課堂教學中引導者的身份及作用，又讓學生在學習的過程中體驗到模型建構的樂趣，實現對知識的整合，將以往的疑難問題迎刃而解。隨后再次深入提問：胰島A細胞、胰島B細胞、胰島、胰腺之間的聯系是什么？為什么胰高血糖素、胰島素可以分別作用于肝臟細胞和肌肉細胞呢？讓學生對已有概念模型再次修改，最終形成一個涵蓋“激素調節”、“器官中血糖的來源”與器官中“血糖的去路”的整合型“血糖來源與去路”模型。

通過以上概念模型的構建過程，把學生原有認知結構中零散的知識碎片整合在一起，讓他們在體驗學習的快樂同時，真正領會血糖的來源與去路，以及肝臟、肌肉、胰腺等人體重要器官所扮演的角色。通過問題的層層深入，引導學生更加深入透徹的理解問題，幫助學生改變以往單純、表面化的思維習慣，讓學生善于思考、學會思考。而教師則充分扮演了教學設計者的身份，根據已制定的教學目標，以恰當的方式向學生呈現，采取靈活的教學手段指導學生學習。通過問題串引領學生參與到學習過程中來，真正成為學習的主人；通過物理模型的構建過程，讓學生對血糖平衡的調節產生感性認識，理解這是一個動態平衡的過程，并且體會到物理模型與概念模型之間的切換，模型與模型之間的聯系；通過小組分工協作與結果展示，調動每一位學生的學習熱情，給予每位學生平等的展示平臺，真正做到有教無類。問題的提出與深入完全切合學生的實際需要，符合學生的思維發展過程，體現了新課標對發展性評價的具體要求。

3 高中生物學教學中培養學生的科學思維仍需做到以下幾點

3.1 備課時要做到“三勤”

3.1.1 勤于思考

信息時代的今天，備課，再也不是看看書，寫寫教案就能夠滿足要求的。既然新課改對核心素養的培養提出了要求，那么作為課堂引導者的我們就要在備課之時多問自己幾個問題：什么樣的教學法適用于培養學生的科學思維？這節課可以培養學生的哪種科學思維？怎樣設計活動能夠調動學生的積極性達到培養科學思維的目的？這樣做，在實施教學過程時就可以更好的引導學生進行思維活動。例如：在講授“基因是控制生物性狀的遺傳物質的結構和功能單位”這一核心概念時，可以設置好問題問學生：“通過DNA和染色體的自我復制才能實現其控制蛋白質合成的功能。那么染色體、DNA、基因三者之間還有哪些內在聯系呢?”學生通過認真思考、歸納總結如下：染色體主要由DNA和蛋白質組成、染色體是DNA分子的主要載體、一個染色體會有一個DNA分子或兩個DNA分子、每個DNA分子上有許多基因，DNA是主要的遺傳物質、而基因是有遺傳效應的DNA片段。這樣促使學生沿著不同的方向、角度、全方位、多層次地思考問題，開拓了中生的思維渠道，體現“學生是主體”的觀念。把學生的積極性和主動性充分調動起來，使學生主動參與教學活動，這樣才能達到理想的教學效果。

3.1.2 勤于探索教法

《新課程標準》指出：動手實踐、自主探索與合作交流是學生學習生物的重要方式。可見，動手實踐、自主探索、合作學習的方式可以在課堂上得以采用。作為教師的我們，應當善于積累教學過程中出現的靈感，將其整理后形成新的教法，應用于課堂教學中。況且高中生物學內容多，知識面廣，應當學會對不同的教學內容采用不同的教法。例如：知識相對簡單、容易理解的內容可以采用小組合作學習法。教師有意識地構建“小組合作學習”的課堂教學模式，意在發揮每個學生個性特長與群體合作、優勢互補功能，培養學生的自主性、探索性與合作能力；促進師生間、學生間多向的信息交流，使不同層次的學生都得到鍛煉，人人參與、學有所得，對學生歸納與概括、演繹與推理的能力培養有益。在經典科學史內容的教授過程中，可以采用動手實踐的教學模式，還原科學家的探索歷程，把枯燥無味的科學史改造成生動有趣的實驗課，讓學生身臨其境，切身感受科學探究的樂趣，培養其發現問題、解決問題的能力。這樣對學生批判性思維及發散性思維的培養有益。

3.1.3 勤于準備教學素材

俗話說：“授之以魚不如授之以漁。”教師何嘗不是扮演了“授之以漁”角色呢？既然要啟發幫助學生把思維打開，教師就要在備課之時準備更多的素材。例如：在講授“體液調節”時，可以通過巨人癥、甲亢等實例介紹每一種激素過量都會使人患有病癥，從而加深“內環境穩態”的理解。“免疫調節”時則可以通過器官移植、注射疫苗等話題提升學生興趣。興趣是最好的老師，產生興趣后，學生自然就會產生強烈的求知欲望。那么之后一系列教師精心設計的教學過程都可以順利完成，學生的思維也自然而然的隨著教師的引導而深入下去，達到精準培養思維的目的。

3.2 注重過程性評價機制的運用

發展性評價認為：評價是與教學過程并行的同等重要的過程。評價對學生而言，其目的在于促進學生的表現，提高學習的效率，激發學生的主體精神。評價對教師而言，更多的強調教師對自己教學行為的分析與反思。在師生共同參與評價、教師多方面獲取改進教學行為的信息的基礎上，教師認真總結前期行為，診斷優點和不足，提出改進方法，并內化為下一階段教學行為的指導，以此來促進教師的不斷發展和提高。評價的方式有很多，可以注重對小組合作成果的評價，可以注重對學生思維過程的評價，也可以注重對學習效果、考試成績的評價等等。恰當運用評價機制，激發學生的參與熱情至關重要。

綜上所述，素質教育是長久不變的話題。教無定法，能夠適應時代潮流的教法就是好教法。課堂模式也無定則，能夠提升學生能力、培養學生興趣的課堂就是好的課堂。教師需要不斷學習，更新自身知識結構和教學理念，不斷完善自己，與時俱進，提升專業素養。在教學中，通過深度挖掘新視角和新方法，培養學生的科學思維，使他們成為知識和能力并重的創新型人才，同時為他們終身發展奠基助力。