初中生物科學史教學中批判性思維的培養策略

（廣東省佛山市順德區倫教翁祐中學 廣東佛山 528308）

生物科學史蘊含著生物學家的科學思維、科學方法和科學精神，能夠有效地激活學生的內省機制，促進學生形成批判性思維，提升自身思維品質。同時，也有研究表明，生物科學史不僅能激發學生探索生命奧秘的興趣和熱情，更能讓學生從中學習和領會科學的思維方法和工作方法，培養科學態度和科學精神。

1 生物科學史和批判性思維的概念界定

1.1 生物科學史

生物科學史是人類古往今來對生命現象和生命活動規律研究的過程。劉恩山教授提出：“生物科學史描述了科學發展、演變的歷程，展示了科學家碰撞的思維火花、巧妙的研究方法以及科學的態度與精神，體現了科學的本質，是整個科學史不可缺少的一環，同時也是用來培養學生科學素養的良好教學資源?！?/p>

1.2 批判性思維

批判性思維作為一種思維方式，由于其適用領域廣，國內外至今還未有統一的定義。布魯克菲爾德認為批判性思維通用模型“揭示左右我們思維和行動的假設，通過多角度思考，檢驗這些假設是否正確合理，最終目的是做出明智的行動”。

批判性思維是一種高階思維，學生需要經過漫長且復雜的訓練才能掌握和運用。初中學生需達到以下批判性思維的技能水平：①能夠多角度審視生活中的事物，提出自己的觀點；②可以初步評估觀點或結論的邏輯性、科學性，判斷其可信度；③有意識地反思自身思維的不足，嘗試自我質疑和自我修正。

2 人教版初中《生物學》教材中生物科學史概要

人教版初中《生物學》教材中生物科學史的具體情況見表1。

表1 初中生物學人教版教材中生物科學史統計表

從表1可知，該教材共呈現科學史49處，主要分布在教材的正文和課后閱讀專欄。結合教材不難發現，前言中的科學史主要是為了營造學習情境，引導學生從科學家的視角思考和分析問題，從而提升思維的高度。正文中的科學史主要呈現了經典的科學發展的歷程，能夠幫助學生更好地理解科學本質，進而提升思維的品質。課后閱讀專欄中呈現的科學史旨在開闊學生視野，激起學生好奇心，鼓勵他們參與探索自然的實踐中，以此拓寬思維的廣度。

3 生物學史教學中批判性思維的培養策略

生物科學史主要記錄了科學家開展生命研究的過程，重現了科學研究的方法、步驟、結果和結論。教師借助科學史，引導學生進行批判性思維的訓練，有利于提升學生的思維品質，培養學生的批判性思維。根據教學實踐以及初中學生思維的發展的規律，教師可以通過在三個階段開展學生的批判性思維訓練。

3.1 體驗科學歷程，形成思維傾向

科學發展實質是科學家不斷進行“嘗試與錯誤”的過程。就生物學科而言，許多生物學概念的形成經歷了“假說—驗證—推翻/完善—假說”的過程，其中蘊含的科學態度和科學精神能夠激勵學生敢于質疑、執著求真，促進學生批判性思維傾向的形成。以七年級上冊中“光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣”為例，本節內容主要通過呈現海爾蒙特、普利斯特利等科學家的實驗過程和現象，幫助學生理解和掌握光合作用的相關知識。此時，教師如果能夠深入挖掘“光合作用”相關的科學史，帶領學生了解完整的科學研究過程，引導學生掌握光合作用的原料、產物、條件和場所，進而幫助學生構建光合作用的概念。在本節教學過程中，教師充分挖掘科學史中的潛在素材（表2），呈現相對完整的科學史，以幫助學生更好地體驗科學歷程，形成批判性思維傾向。

表2 光合作用主要的科學史

從表2可知，光合作用概念的形成歷時幾百年，一代代科學家在前人研究的基礎上，敢于質疑和創新，大體揭開光合作用的神秘面紗，但仍有許多細節需要科學工作者不斷探索。學生置身于科學發展歷程中，能夠感受科學家的思維方式，領會思維方法。例如，針對普利斯特利實驗存在的問題——將小鼠和植物放在密閉的玻璃罩中，小鼠有的時候能夠正常地活著，有的時候卻很快死亡。英格豪斯進行多角度分析和驗證，500多次實驗后，他發現植物在有光的情況下才能更新空氣。英格豪斯運用批判性思維分析和解決問題的過程，為學生提供了非常好的學習范例，有助于培養學生批判性思維傾向。由此可見，科學史對于培養學生批判性思維具有非常重要的作用。

3.2 嘗試質疑權威，強化批判意識

評估能力是批判性思維的核心能力。在初中學段，學生要能夠初步評估觀點或結論的邏輯性、科學性，判斷其可信度。在學生評估能力的培養方面，科學史具有非常明顯的優勢，具體分析如下：①科學史記錄了許多科學家敢于質疑權威，勇于實踐創新的事例，能夠激發學生批判性思考，促使學生養成不盲信、盲從的習慣。②科學研究往往受限于科技發展水平，因此，許多科學理論具有歷史性和局限性。這些科學史經過教師精心挑選和加工，能夠成為學生進行批判性思維訓練的素材，提升學生批判性思維的技能水平。③在學生多角度分析科學史、判斷相關理論可信度的過程中，學生的評估技能得到了鍛煉和提升。

以“光合作用”科學史中普利斯特利的實驗為例，教材中呈現的實驗如下：①他把一支點燃的蠟燭放到密閉的玻璃罩里，蠟燭不久就熄滅了。②他把一只小白鼠放到密閉的玻璃罩里，小白鼠很快也死去了。③他把一盆植物和一支點燃的蠟燭一同放到了一個密閉的玻璃罩里。他發現蠟燭沒有熄滅。④他又把一盆植物和一只小白鼠一同放到一個密閉的玻璃罩里。他發現小白鼠也能夠正常地活著。經過教師適當的引導，學生進行多角度分析和評估，得到以下觀點：

觀點1：普利斯特利只用一只小白鼠、一支蠟燭等進行實驗，無法避免偶然性，實驗結果缺乏說服力。

觀點2：實驗中，普利斯特利將植物和蠟燭一起放到密閉的玻璃罩中，蠟燭燃燒所產生的熱量將會加快植物水分的散失，影響植物體的生命活動，因此，實驗設計不夠嚴謹。

觀點3：查閱資料發現，普利斯特利沒有考慮光照等因素對實驗的影響，導致實驗有時成功，有時失敗，但他并未找出實驗失敗的原因。這主要是因為他沒有多角度地分析成功實驗和失敗實驗之間的差異，從而錯過了發現“光合作用條件”的大好機會。

通過多角度的分析、評估科學家的研究過程和結論，能夠幫助學生形成嚴謹的科學態度，激發學生敢于質疑權威，勇于挑戰現有知識體系的勇氣，從而強化批判意識。

3.3 勇于創新實踐，提升思維品質

實踐是檢驗真理的唯一標準，學生在實踐中能夠更好地發現自身思維的不足，提升認知的成熟度。在實踐過程中，筆者構建了批判性思維訓練的一般流程（圖3），幫助學生在學習批判性思維前期分析和解決問題。

圖3 批判性思維方法流程圖

學生在教師的指導下反復練習，能夠掌握批判性思維的一般方法，并逐步審視自己或他人思維的不足。此時，教師若能引導學生將探究報告中的設計用于實踐，不僅可以幫助學生修正設計的不足，更能培養學生的創新思維和實踐能力。

以普利斯特利的實驗改進為例，學生在分析普利斯特利實驗的不足后，分小組嘗試改良和創新，其中班級評價最高的實驗方案如下：①取2個大小相同的礦泉水瓶，編號A、B，分別放入100 g金魚藻；②在2個礦泉水瓶中裝滿自來水，塞上帶有長玻璃管的橡膠塞，伸入瓶中的玻璃管距瓶底3 cm；③將A瓶放在陽光下，B瓶放在黑暗處，其他條件保持相同；④2 h后，觀察A、B兩瓶的變化，用帶火星的木條檢測A瓶中的氣體成分，同時檢測A、B兩瓶的pH變化。實驗結果預測：A瓶將產生O2，能使帶火星的木條復燃，B瓶不產生O2；A瓶的pH高于B瓶的pH。

學生根據方案開展實驗，卻發現A、B兩瓶的pH變化不明顯，與預測結果不相符。經過小組討論認為：礦泉水瓶內外有玻璃管聯通，當瓶內CO2減少時，空氣中的CO2會進入瓶中，從而使A、B兩瓶的pH變化不明顯。為了解決這一問題，學生通過查閱資料、分析討論后，決定在玻璃管的另外一端接上注射器，從而營造一個密閉的空間。實驗裝置改進后，實驗效果有了較大的提升。

該小組的實驗能夠較為巧妙地驗證“在有光的條件，植物能夠吸收二氧化碳釋放氧氣”。在學生完成試驗后，為了進步一提升教學效果，教師可以進行以下教學活動：（1）充分肯定學生敢于實踐、勇于創新的科學精神，鼓勵學生在日常生活中進行批判性思考，真正掌握批判性思維的技巧。（2）帶領學生再次體驗曲折、艱難的光合作用科學史，激勵學生學習科學家迎難而上、勇往直前的科學精神。（3）引導學生分析時代背景，使學生認識到當時科技水平限制了普利斯特利實驗的設計。（4）引導學生明確該創新實驗脫離了普利斯特利的時代背景，讓學生再次進行自我反思，提升批判性思維訓練的效果。

4 總結與展望

生物科學史中蘊含了大量的科學精神、科學態度和科學思維，是培養學生批判性思維不可或缺的素材。教師要善于挖掘科學史中豐富的教學資源，全方位篩選、加工，強化其在學生批判性思維訓練中的作用，幫助學生提升思維品質。同時，在生物學重要概念、探究實驗等教學過程中，學生的批判性思維也能得到較好的訓練，在此拋磚引玉，以期有更多同行參與批判性思維教學的研究與實踐。