精心設計問題，培養學生科學思維

蘇碧珍

[摘 要]科學思維是生物學學科核心素養的主要內容，學生在學習生物學的過程中應逐步培養科學思維，如尊重事實證據，秉持嚴謹務實的求知態度，能基于事實和證據進行合理推理、批判歸納、本質探尋，挖掘生物學知識，掌握生物學規律，進而審視和論證與生物學相關的社會議題。在高中生物學教學中，教師可結合具體實例，設計不同形式的問題，引導學生對科學證據進行有目的的探究，提升學生運用所學知識解決問題的能力，挖掘學生的科學思維潛能，培養學生的科學思維。

[關鍵詞]科學思維;問題;高中生物學

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）14-0088-03

高中生物學作為一門科學課程，一方面要向學生傳授科學的概念和事實，另一方面要給學生展現生物學闡釋自然界的科學途徑和科學方法。這就要求學生在學習高中生物學時具備科學思維，學會運用分析、綜合等思維方法認識自然界，解決生物學問題。然而，在高中生物學課堂教學中，部分教師所持的教育理念較為落后，常將概念、事實的傳授放在首位，忽視了學生科學思維的培養，這既不利于學生深入理解基本概念與事實，又不利于學生核心素養的形成。高中生物學教師應立足學生的身心特點和認知規律，研讀課程標準，明確育人目標，革新教育理念，改進教學方法。基于此，在高中生物學教學中教師應結合具體案例設計不同形式的問題，并引導學生探究解決，從而提升學生的問題解決能力，培養學生的科學思維。

一、以遞進式問題培養學生的歸納與概括思維

遞進式問題在邏輯關系或內容層級上常表現為由易到難、由淺入深，且問題與問題之間環環相扣、邏輯嚴密，有利于引導學生化難為易、深度思維。課前，教師要全面了解學生的知識儲備和認知水平，在此基礎上分析教學重難點，設置遞進式問題。具體步驟為：由易到難、由淺入深、層層遞進地設計問題，引導學生逐級解決問題，最終破解問題。學生在層層破解問題的過程中，思維逐漸活躍，探究積極性逐步提高，學習信心和學習興趣也得到了增強。在遞進式問題中，問題邏輯嚴謹，自成體系，難度逐步加深。學生在對問題答案進行層層推理、不斷完善的過程中，能夠有效培養歸納與概括思維。

例如，“生態系統的能量流動”一課中的“能量流動的過程”既是教學重點，又是教學難點。對學生而言，“能量”這一概念十分抽象，“能量流動的過程”涉及的概念較多，理解起來均比較困難。在教學中教師若采用傳統的講授方式，難免會讓學生感到空洞乏味。以遞進式問題分層推進教學，是一個幫助學生理解“能量流動的過程”的不錯的方法。生態系統的能量流動涵蓋能量的輸入、傳遞、轉化、散失4個部分，教師可以據此進行遞進式問題設計。先從第一營養級能量的輸入開始分析輸入的第一營養級能量如何存儲、有何用途、流向何處，再按此思路引導學生接著分析第二、第三營養級的能量。教師可以設計如下遞進式問題：（1）地球上一切生態系統的能量需求從何處而來？（能量的輸入）（2）生產者如何存儲能量？（能量的轉化）（3）固定的能量有哪些去向？（能量的傳遞和散失）通過解決問題，學生不難歸納和概括出抽象的生態系統的能量流動過程，從而對生態系統的能量流動過程有一個全面、清晰的認知。在這一過程中，學生的歸納與概括思維得到了有效培養。

二、以精細化問題培養學生的演繹與推理思維

演繹與推理思維的培養要求教師在教學中把握好提問的藝術，設計的問題要具備“精”與“細”的特點，以展現問題激活與啟發學生思維的價值。精細化問題對于培養學生的演繹與推理思維具有重要作用，有利于引導學生突破表象，對事物的本質進行深層思考。精細化問題的一個突出特點是“精”，即精練，重點突出，能引導學生深入思考;另一個突出特點是“細”，即精細入微且清晰，問題之間銜接緊密、邏輯嚴謹。學生在解決精細化問題的過程中，需要觀察現象、分析探究、作出猜想、演繹推理、驗證實踐，最終得出結論。這有利于培養他們的演繹與推理思維。因此，在高中生物學教學中，教師應設計精細化問題。

例如，“遺傳因子的發現”一節中說明了孟德爾運用假說—演繹法進行豌豆雜交實驗從而驗證了生物學遺傳規律。教師在教學時可依據實驗過程細化問題設置，引導學生深入思考問題。首先，教師給學生講述問題的背景：孟德爾用純種矮莖豌豆和純種高莖豌豆做親本進行雜交實驗，但無論是正交或是反交，得出的子一代豌豆都表現為高莖。然后，教師設計精細化問題引導學生思考：（1）對于孟德爾豌豆雜交實驗所得出的結果，你有哪些疑問？（2）對于這一結果，孟德爾有哪些疑惑？他又是怎樣做的？（3）子一代豌豆中沒有矮莖，為什么自交后產生的子二代豌豆中又出現了矮莖呢？這是偶然現象還是遵循著某一規律？接著，教師在學生討論的基礎上，進行引導：孟德爾提出顯性性狀與隱性性狀的觀點，并對子二代中不同相對性狀的個體進行數量統計，發現高莖與矮莖的性狀分離比接近3 [∶] [1]。但這一性狀分離比是偶然的還是必然的？怎樣證明？孟德爾又產生了疑問。于是他又對其他6對相對性狀進行了雜交實驗，證明3 [∶] [1]的性狀分離比并非偶然。最后，教師繼續設計精細化問題：對此，你有何看法？孟德爾提出哪些假說解釋分離現象？他是怎樣對假說進行驗證的？在解決一系列精細化問題的過程中，學生親身感受到了假說—演繹法的嚴謹性與科學性，逐步培養了演繹與推理思維。

三、以辨析式問題培養學生的批判性思維

辨析包含辨別與分析兩方面的含義。批判性思維的培養要求教師在教學中能夠針對爭議性結論或議題設計辨析式問題，以引導學生深入思考、大膽質疑、合理分析、全面評判，并在此過程中學會辨別是非、去偽存真，以事實為依據進行科學選擇，且能夠遷移應用相關結論解決其他問題。在辨析式問題的討論與解決過程中，教師要注重引導學生科學嚴謹地評判他人和自身觀點。學生在大膽質疑、合理分析、認真反思的過程中，批判性思維將會得到有效培養。

例如，在教學“基因位于染色體上的實驗證據”時，教師先給學生介紹實驗背景：對于孟德爾的遺傳理論以及薩頓提出的“基因位于染色體上”的學說，摩爾根持懷疑態度，他認為這是主觀臆測，缺少實驗證據，無以為信。摩爾根想通過實驗對生物的遺傳與染色體之間的關系以及基因是怎么一回事一探究竟。一次偶然的機會，摩爾根發現在一群紅眼果蠅中有一只白眼雄果蠅，于是摩爾根的實驗由此開始。接著設計如下辨析式問題：（1）通過實驗能夠發現，就果蠅紅眼與白眼這一相對性狀來看，子一代果蠅全為紅眼，請你推斷其顯性性狀。（2）子一代果蠅雜交產生的子二代，其紅眼與白眼的比例為3∶1，這符合孟德爾的分離規律嗎？有什么不同的地方？（3）白眼性狀的表現總是與性別相關聯，你如何看待這一現象？（4）依據薩頓提出的學說，控制白眼性狀的基因應該位于哪條染色體上呢？有多少種可能？怎樣使你的想法得到驗證？在一系列問題的引導下，學生根據已有知識對自己所提出的猜想進行分析、驗證，最終推斷出正確的實驗結論，證明薩頓的假說是正確的。教師精心設計一系列具有啟發性的辨析式問題引導學生探究，學生秉持科學嚴謹的態度，以“質疑—假設—求證”的探索思路發現真知，最終促進了批判性思維的發展。

四、以探究式問題培養學生的模型與建模思維

在教學中，教師不僅要給學生傳授知識，還要基于知識創設情境，引導學生探究思考，使學生深刻認識知識的形成根源及發展脈絡。探究式問題是教師圍繞某一科學探究主題，為激發學生學習主動性和能動性，實現教學目標而設計的問題。探究式問題的典型特點是具有一定的情境，以反映問題的探究背景及探究路徑。模型是對某一事物的整體性、概括性描述。在生物學中，常見的模型有數學模型、物理模型和概念模型。在模型的建構過程中，學生不僅需要調動思維，充分想象和思考，還需要進行實踐操作。基于此，在高中生物學教學中，教師應基于相關生物學知識及模型建構過程，設置合理的探究式問題，并引導學生進行階梯式探索，從而使學生能夠有效完成模型的建構，形成模型與建模思維。

例如，在教學“建構數學模型解釋種群數量的變化”時，教師可設計探究式問題，引導學生由現象出發分析問題，由此發現種群數量變化背后所隱藏的數學邏輯，并結合數學知識建構模型揭示生物學規律。首先，教師創設情境：日常生活中，我們的手上不可避免地會沾染細菌，因此我們要做到勤洗手。細菌的繁殖速率非常快，在沒有外界干擾的情況下，細菌主要通過分裂進行繁殖，且每20分鐘繁殖一代。然后，教師立足情境設置探究式問題引導學生思考：（1）如果一個細菌每20分鐘分裂繁殖一代，那么怎樣計算繁殖n代后的細菌數量？（2）40分鐘后細菌的數量是多少呢？60分鐘、80分鐘、100分鐘……后呢？（3）隨著時間的增長，你發現細菌種群數量和時間之間有什么關系，存在什么規律？你能用數學公式將其表示出來嗎？學生在情境及探究式問題的引導下初步掌握了數學模型的建構方法。但某些時候單純的數學公式并不能直觀地將某一規律性變化展現出來，這時我們就需借助另一種數學模型——圖表。基于此，在學生發現細菌種群數量隨時間變化的關系并運用數學公式表示出來后，教師把一個細菌分裂繁殖的后代數量與其所對應的時間繪制成表格，并以數量為縱坐標、時間為橫坐標把表格轉化為細菌種群數量增長曲線圖。相對于數學公式模型，曲線圖這一數學模型，所包含的信息更為豐富且更加直觀。細菌種群數量增長曲線圖能夠深化學生對相關知識的認識。通過情境創設、探究式問題的合理設置，引導學生聯系并調動多學科知識進行模型建構。在建構模型的過程中，學生能夠打通問題探究思路，學習并掌握模型建構方法，形成模型與建模思維。

五、以延展式問題培養學生的創造性思維

創造性思維是非常寶貴的一種思維品質，從長遠來看，它影響著學生未來的學習和生活，因此，在教學實踐中教師格外重視學生創造性思維的培育。教師在教學實踐中可設計延展式問題引導學生深入思考，加深學生對知識的理解。延展式問題有利于引導學生多方位、多維度地進行思考分析，有利于學生打破常規，突破壁壘，拓展思維的廣度和深度，培養思維的獨創性。在高中生物學教學中，教師要設置不局限于教材、答案不唯一、情境多樣化的延展式問題，并引導學生對問題進行多維度的分析和思考，使學生在解決問題的過程中提高認知深度，形成創新意識，培養創造性思維。

例如，在學生掌握“減數分裂”內容之后，教師可以設計如下延展式問題進行內容的拓展：（1）通常情況下，兩對等位基因位于兩對同源染色體上，那么一個基因型為 AaBb的精（卵）原細胞能夠產生幾種精（卵）細胞？（2）假如情況是n對等位基因位于n對同源染色體上，那么又會得到怎樣的結果呢？在學生正確解答問題之后，教師再繼續提問：（1）如果在第一次減數分裂前期，一個基因型為 AaBb的精原細胞A 和 a 所在的同源染色體在聯會時發生交叉互換，那么可以產生多少種精細胞？（2）假設這一精原細胞發生了基因突變，那么又可以產生多少種精細胞？（3）如果這一精原細胞產生了一個基因型為AaB 的精細胞，那么是減數分裂過程中的哪一階段發生了異常？其他 3 個精細胞是什么基因型的？（4）如果產生了一個AAB 基因型的精細胞，那么又會是何種原因導致的？通過不斷追問延展式問題，能夠有效激發學生的好奇心和調動學生的學習積極性，把學生對問題的思考引向深入，培養學生的思維創造性。

綜上所述，在高中生物學教學中，教師要注重培養學生的科學思維;要充分尊重學生的主體地位，依據教學內容設計不同形式的問題，拓展學生的思維空間，提高學生的思維活躍度。合理有效的問題設計能夠多維度拓展學生思維的廣度與深度，提升學生的思維品質。問題的解決過程是學生科學思維形成與發展的過程，同時也是學生科學思維的應用過程。問題化教學能在培養學生科學思維的同時，引導學生將科學思維方法轉化為科學思維能力，并有效發展學科核心素養。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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[4]? 趙占良.對生物學學科核心素養的理解（二）：科學思維及其教學[J].中學生物教學，2019（19）：4-7.

（責任編輯 黃春香）