基于問題驅動的科學思維培養策略

歐九生

【摘要】通過“問題探討”，還原經典實驗，依托情境，設置系列問題，激發學生求知欲，驅動學生思考，使學生在解決問題過程中，運用分析、綜合、歸納、演繹等邏輯思維，形成生物學概念，從而發展學生的科學思維。

【關鍵詞】問題探討;經典實驗;問題情境;科學思維

“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。學生應該在學習過程中逐步發展科學思維，能夠基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等方法，探討、闡釋生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。

一、通過“問題探討”，激發探究欲望

高中生物教材在每一節都設置了“問題探討”欄目，該欄目是培養科學思維的重要材料。編者通過展示一些人們在生產生活或科研實踐中出現的場景或者做法，設置一些問題以引導學生分析其中的蘊含的科學原理，目的是激發學生的探究欲望，促使學生帶著疑問和期待進入學習，培養學生的邏輯思維習慣，發展學生科學思維。

例如在“蛋白質是生命活動的主要承擔者”這一節內容中，教材設置了醫學中“利用從某些動物組織中提取的膠原蛋白來做手術縫合線”的做法，提出問題：

1.為什么膠原蛋白做的手術縫合線可以被人體吸收？

2.蛋白質的化學組成有什么特點？

在學生的想象中，手術縫合線應當是棉線，而現在用的是膠原蛋白做的縫合線，從而就制造了認知沖突，基于這樣認知沖突，激發了學生的探究欲望。再通過設置的兩個問題讓學生有了探究蛋白質化學組成的心理需求，從而順利進入蛋白質基本單位——氨基酸的學習，繼而學習氨基酸如何組成蛋白質——脫水縮合，最后到蛋白質的結構和功能的學習使整節課變得連貫有序，同時學生的思維在遞進過程中發展。

教材中設置的“問題探討”欄目，其目的是激發學生的探究欲望，讓學生帶著疑問在探究中形成積極思考，基于證據和邏輯，分析生命現象的科學思維習慣。比如在“核酸是遺傳信息的攜帶者”一節中，教材設置的DNA指紋技術在案件偵破中的應用，提出“為什么DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息？”的問題以導入新課，讓學生在疑問中探究DNA的組成單位和DNA具有多樣性的原因進而認知DNA的結構等重要概念。有很多老師在教學中常常直奔主題，比如上課就說“我們今天來學習核酸這一節，請同學們閱讀課本……”，這種導入的方法往往無法提起學生的學習興趣。

二、還原經典實驗，進行科學探究

科學經典實驗是進行科學探究的重要依托，教材中提供了大量的科學史，其中包含了科學家在研究中設計的經典實驗，這些經典實驗科學研究中需要的科學思維，科學方法，科學精神。我們的教學中，通過還原經典實驗進行科學探究是培養科學思維的重要手段。

比如，在“細胞膜”的教學中，可以展示歐文頓的實驗和現象Collander和Barland的研究發現細胞膜會被蛋白酶分解并提出問題：

1.從歐文頓的實驗中能得出什么結論？

2.細胞膜還有什么成分？

基于以上實驗學生會想到細胞膜可能與脂質有關，再提供化學中相似相溶原理原理，學生很容易得出細胞膜含有脂質和蛋白質。再通過分析磷脂分子的化學特性和細胞內外都含有水這一事實。提出問題：

1.如果磷脂分子鋪在水面會是怎樣的？

2.作為構成細胞膜的磷脂分子是怎樣排列的？

讓學生思考討論，構建出磷脂分子在水面的分布和構成細胞膜的分布特點，最后進行修正，最后展示科學家提出的流動鑲嵌模型。這樣的教學就是依據科學經典實驗，設置有層次的問題，一步一步建構細胞膜的流動鑲嵌模型概念，學生在概念的生成過程中經歷了思維遞進的發展，而不是直接讓學生閱讀科學史得出結論。教材中提供了很多經典實驗，如酶的發現，光合作用的發現，植物生長素的發現等，無一例外的體現了在科學探究中基于生物學事實和證據，在問題的驅動下，運用科學思維研究生命現象和生命規律，進而產生科學概念。

我們在教學過程中可以利用科學史的經典實驗為材料，根據概念產生和發展的過程，將科學家的實驗研究轉變為學生的探究過程，引導學生通過思考、質疑、分析、綜合、模型建構等科學思維重構概念，從而達到對重要概念的深入理解。這個過程發展了學生的科思維，也認同了科學知識的產生是需要多代人堅持不懈地努力的科學精神。

三、依托問題情境，驅動思維發展

情境是教學過程有目的創設有利于思維發展的場景，通過設置有層次的問題，促進學生在解決問題過程中發展科學思維，形成生物學概念。學習是發現問題，解決問題和再發現問題的過程，利用情境創設問題，可以啟發學生的思考，促進學生在主動學習中尋找答案。

比如在“染色體數目變異”的教學中，通過創設孕婦產檢視頻，提出問題：

1.為什么要進行唐氏篩查？

2.唐氏綜合征出現的本質原因是什么？

通過展示正常人與唐氏綜合征病人的染色體組成圖，讓學生從減數分裂的角度分析其出現的原因，繼而提出“正常減數分裂產生的配子染色體組成在形態結構、功能上有何特點？”以啟發學生思考進而生成染色體組的概念。這樣，學生就能深入理解染色體數目變異是基于打破染色體組平衡引起的變異。在“滲透作用”學習過程中，可以創設“腌菜過程，菜為什么會變軟？”“萎焉的蔬菜浸泡在清水中一段時間為什么會變硬？”的情境，激發學生在主動尋找答案過程中生成滲透作用的概念，也發展了學生的科學思維。

情境中是蘊含了生物學原理，教師通過創設情境使學生在情境問題的驅動下運用觀察、分析、綜合等邏輯思維找到事物現象發生的本質，從而生成生物學概念，發展科學思維。

四、結語

建構主義認為，學生不是知識的被動接受者，而是在基于事實和證據的基礎上通過邏輯思維積極主動地發現問題，構建知識的學習者。我們的教學過程通過利用教材“問題探討”，激發學生解決問題的心理需求，通過還原經典實驗，進行科學探究，依托問題情境，驅動科學思維發展。以上是幾種培養學生科學思維的有效策略。

【參考文獻】

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