高中生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中批判性思維的培養(yǎng)策略

豐 蓉，何 苗，婁志義，陳延松

（1.合肥師范學(xué)院，安徽合肥 230000；2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬中學(xué)，安徽合肥 230000）

普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》中明確提出學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)展科學(xué)思維，運(yùn)用批判性思維方法探究事物的內(nèi)在規(guī)律、審視或論證生物學(xué)議題、解決實(shí)際問(wèn)題。生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)踐探究中體會(huì)自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、嘗試解決問(wèn)題的科學(xué)思維過(guò)程，是培養(yǎng)高中生批判性思維的重要途徑。基于此，筆者圍繞人教版高中生物學(xué)教材探究性實(shí)驗(yàn)，結(jié)合批判性思維要素提出批判性思維培養(yǎng)策略，旨在為生物學(xué)教師培養(yǎng)高中生批判性思維提供參考。

一、探究性實(shí)驗(yàn)與批判性思維的概念界定

（一）探究性實(shí)驗(yàn)

探究性實(shí)驗(yàn)是指在實(shí)驗(yàn)結(jié)果未知的前提下實(shí)驗(yàn)者針對(duì)探討的研究課題，提出相應(yīng)的問(wèn)題，再對(duì)其作出合理的假設(shè)，以假設(shè)為前提設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用于論證或推翻假設(shè)，最終形成科學(xué)結(jié)論的一種實(shí)驗(yàn)方式。探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維能力的重要依托。

（二）批判性思維

批判性思維最早可追溯到古希臘時(shí)期蘇格拉底提出的“探究性質(zhì)疑”，也就是“助產(chǎn)術(shù)”，通過(guò)詰問(wèn)的方式使對(duì)方對(duì)自己已有的認(rèn)知產(chǎn)生懷疑，并促使其探尋正確的知識(shí)。批判性思維的定義一直在發(fā)展中，學(xué)者們對(duì)于批判性思維概念的觀(guān)點(diǎn)不同，但都包含了強(qiáng)調(diào)人的主觀(guān)能動(dòng)性、批判的過(guò)程需要有充足的證據(jù)。鐘啟泉教授將“批判性思維”界定為：基于論據(jù)具有邏輯性的思考、有意識(shí)地琢磨、反思性地審思自身的思維過(guò)程，旨在更好地適應(yīng)目標(biāo)與情境的目標(biāo)指向性思考。

二、高中生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)與批判性思維的關(guān)系

科學(xué)思維的訓(xùn)練通常伴隨著科學(xué)探究，前者是內(nèi)在本質(zhì)，后者是外在表現(xiàn)。批判性思維與探究性實(shí)驗(yàn)相輔相成。批判性思維是實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)和前提，能幫助學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)厮伎己团袛嗫茖W(xué)證據(jù)，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)之間的聯(lián)系、規(guī)律和作用。探究性實(shí)驗(yàn)重視知識(shí)的發(fā)生、發(fā)展及發(fā)現(xiàn)過(guò)程，包含諸多批判性思維的傾向和技能要素，為培養(yǎng)批判性思維提供重要支撐。以新人教版普通高中教科書(shū)生物學(xué)必修1 教材為例，筆者梳理了探究性實(shí)驗(yàn)的分布，分析教材呈現(xiàn)的參考案例結(jié)合批判性思維要素，歸納得出探究性實(shí)驗(yàn)的主要批判性思維要素如附表所示。探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視在探究中培養(yǎng)批判性思維，巧用批判性思維解決探究問(wèn)題，二者聯(lián)系緊密。

附表 人教版必修一高中生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)主要批判性思維要素

三、高中生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中批判性思維的培養(yǎng)策略

（一）創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)批判性思維傾向

孔子提出：“疑是思之始，學(xué)之端。”在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由教師創(chuàng)設(shè)探究型問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)情境進(jìn)行分析、推理、判斷并提出探究問(wèn)題，是學(xué)生激發(fā)批判性思維傾向的有效途徑。例如，在“探究植物細(xì)胞吸水和失水”這一實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，教師可以展示農(nóng)作物施肥之后出現(xiàn)“燒苗”的情境，引發(fā)學(xué)生對(duì)情境產(chǎn)生質(zhì)疑，激發(fā)學(xué)生的求知欲，探討導(dǎo)致植物“燒苗”的原因是什么。教師可以繼續(xù)補(bǔ)充鹽堿地植物不易存活的資料，促使學(xué)生從多角度思考和闡明自己的觀(guān)點(diǎn)，同時(shí)要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已經(jīng)學(xué)過(guò)的“水進(jìn)出哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞的原理”進(jìn)行類(lèi)比和分析，作出合理的推理，提出探究問(wèn)題：水分進(jìn)出植物細(xì)胞是通過(guò)滲透作用嗎？在學(xué)生已掌握水進(jìn)出細(xì)胞的原理的前提條件下，可以作出假設(shè)：“水進(jìn)出植物細(xì)胞是滲透作用”。此外，由于學(xué)生已經(jīng)掌握了植物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的知識(shí)基礎(chǔ)，根據(jù)原生質(zhì)層的定義，學(xué)生也較為容易提出探究問(wèn)題“植物細(xì)胞的什么結(jié)構(gòu)相當(dāng)于半透膜”，并做出相應(yīng)的假設(shè)。在問(wèn)題情境的思辨過(guò)程中，學(xué)生注重尋找現(xiàn)象與結(jié)果之間的內(nèi)在邏輯，從而提升自我的認(rèn)知成熟度。

問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)不是盲目和隨意的，在探究性實(shí)驗(yàn)中良好的探究型問(wèn)題情境是激發(fā)批判性思維傾向的有效催化劑。教師需要引導(dǎo)學(xué)生尊重事實(shí)依據(jù)，秉持求真、開(kāi)放的思想，利用真實(shí)問(wèn)題情境并結(jié)合已學(xué)知識(shí)提出探究問(wèn)題。

（二）堅(jiān)持科學(xué)論證，強(qiáng)化批判性思維技能

論證技能是批判性思維的核心要素。生物學(xué)論證式教學(xué)中常引用圖爾敏論證模型（簡(jiǎn)稱(chēng)：“TAP 模型”），該模型由六個(gè)成分組成，它是論證教學(xué)的重要理論基礎(chǔ)、論證學(xué)習(xí)活動(dòng)內(nèi)容的重要組成部分。在生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大多數(shù)教師所采用的實(shí)驗(yàn)流程有6 個(gè)步驟：提出問(wèn)題、作出假設(shè)、制訂計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃、得出結(jié)論、表達(dá)和交流。探究性實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)都離不開(kāi)科學(xué)論證。筆者整合了探究性實(shí)驗(yàn)流程與TAP 模型的實(shí)踐步驟，二者聯(lián)系如圖所示。探究性實(shí)驗(yàn)中堅(jiān)持科學(xué)論證是強(qiáng)化批判性思維技能的有效途徑。

探究性實(shí)驗(yàn)與TAP 模型的聯(lián)系

例如，在探究性實(shí)驗(yàn)“影響酶活性的條件”中，學(xué)生立足于教材所給資料多角度的分析，提出“pH 對(duì)酶活性有什么影響，溫度對(duì)酶活性有什么影響”等探究問(wèn)題，并在堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)控制單一變量、設(shè)置對(duì)照組的原則下，根據(jù)可利用的實(shí)驗(yàn)材料作出假設(shè)，找出實(shí)驗(yàn)自變量和因變量，擬定實(shí)驗(yàn)探究方案。以教材參考案例的方案為例，在探究性實(shí)驗(yàn)實(shí)施計(jì)劃過(guò)程中，教師層層設(shè)問(wèn)：（1）本實(shí)驗(yàn)為什么建議用過(guò)氧化氫酶探究pH 對(duì)酶活性的影響而不用淀粉酶？（2）如果把過(guò)氧化氫酶替換成蛋白酶是否可行呢？學(xué)生始終會(huì)帶著“我的主張是什么，我能進(jìn)一步解釋我的觀(guān)點(diǎn)嗎，我的證據(jù)有哪些，這些證據(jù)可靠嗎”等質(zhì)疑不斷審視自己的實(shí)驗(yàn)方案。在表達(dá)與交流時(shí)，學(xué)生能獨(dú)立思考，同時(shí)能對(duì)他人的觀(guān)點(diǎn)始終持開(kāi)放態(tài)度，從而訓(xùn)練質(zhì)疑—篤定的思維過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生在探究性實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)化批判性思維技能。

探究性實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)論證，論證是權(quán)衡和評(píng)估各種證據(jù)的真實(shí)性，審慎地作出判斷，驗(yàn)證所提假設(shè)是否成立的過(guò)程。師生都需要重視科學(xué)論證的過(guò)程，在科學(xué)論證的過(guò)程中批判性地檢驗(yàn)思想，形成和闡述自己有理有據(jù)的觀(guān)點(diǎn)，培養(yǎng)批判性思維技能。

（三）完善評(píng)價(jià)體系，塑造批判性思維品質(zhì)

評(píng)價(jià)是基于準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)做出判斷。高中生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)應(yīng)該包括兩個(gè)方面，不僅對(duì)學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，也要對(duì)學(xué)生批評(píng)性思維能力進(jìn)行測(cè)量和評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。

高中生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)中利用評(píng)價(jià)量表或是工作單在一定程度上能促進(jìn)學(xué)生反思。評(píng)價(jià)量表應(yīng)有詳細(xì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，要包括學(xué)生在探究性實(shí)驗(yàn)中的各項(xiàng)表現(xiàn)，并提供反饋信息的空間。由學(xué)生自評(píng)、互評(píng)，幫助學(xué)生重視證據(jù)，注意自我思維過(guò)程，學(xué)會(huì)在反思中對(duì)探究實(shí)驗(yàn)方案做出恰當(dāng)?shù)男抻啞＠纾凇疤骄凯h(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)量表要包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等實(shí)驗(yàn)過(guò)程。由學(xué)生小組協(xié)作，寫(xiě)下實(shí)驗(yàn)方案，若以教材參考案例“探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”為例，教師和學(xué)生應(yīng)該對(duì)探究問(wèn)題的明確性、實(shí)驗(yàn)方案的合理性、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)反思的深刻性等進(jìn)行實(shí)作性評(píng)價(jià)。學(xué)生組內(nèi)評(píng)價(jià)之后再完成組間互評(píng)，在分析討論和評(píng)價(jià)中幫助學(xué)生內(nèi)省、做到互相學(xué)習(xí)，從而塑造批判性思維品質(zhì)。同時(shí)，批判性思維本身也存在一定隱匿性，通常需要借助一定的測(cè)量工具將其顯現(xiàn)化。由于批判性思維界定的豐富性，批判性思維測(cè)量工具也在不斷發(fā)展和完善中。目前，廣泛應(yīng)用的批判性思維測(cè)量工具主要是以選擇題為主的《加利福尼亞州批判性思維傾向測(cè)量量表》（CCTDI）和《加利福尼亞批判性思維技能測(cè)試》（CCTST），對(duì)受試者批判性思維各要素水平進(jìn)行評(píng)估。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)批判性思維的不斷研究，本土化的批判性能力測(cè)量量表也應(yīng)運(yùn)而生。在實(shí)際教學(xué)中，教師可選擇性地利用普適性的測(cè)量工具對(duì)學(xué)生的批判性思維進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估。當(dāng)然，不少學(xué)者嘗試開(kāi)發(fā)結(jié)合各學(xué)科領(lǐng)域特點(diǎn)的批判性思維測(cè)量工具，并進(jìn)行信效度的檢測(cè)。其中生物學(xué)學(xué)科批判性思維能力測(cè)量工具還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

（四）拓展探究實(shí)驗(yàn)，提升批判性思維能力

一個(gè)批判性思維者不可缺少的條件就是對(duì)問(wèn)題進(jìn)行批判性和具有創(chuàng)造性的思考，不僅要熟悉批判性思維的技能，還應(yīng)該知道如何運(yùn)用批判性思維解決問(wèn)題。學(xué)生利用已掌握的學(xué)科概念搜集并整合信息嘗試對(duì)探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展和改進(jìn)，能有效提升批判性思維能力。

例如，在“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師組織學(xué)生對(duì)教材實(shí)驗(yàn)參考方案的不足之處進(jìn)行討論是必要的，思考該實(shí)驗(yàn)是否有其他的方案，怎樣完善實(shí)驗(yàn)方案。待學(xué)生分析討論之后，教師可提供實(shí)驗(yàn)改進(jìn)案例，利用化學(xué)學(xué)科交叉知識(shí)即酒精沸點(diǎn)低、易揮發(fā)，嘗試采用蒸餾法對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。由學(xué)生比較分析改進(jìn)前后的實(shí)驗(yàn)具有哪些優(yōu)缺點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合其他學(xué)科所學(xué)內(nèi)容對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，學(xué)會(huì)用批判性思維看待問(wèn)題。此外，在人教版高中生物學(xué)必修2“探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響”實(shí)驗(yàn)中，教材參考案例為創(chuàng)設(shè)數(shù)字化問(wèn)題情境的方法來(lái)探究，在實(shí)驗(yàn)探究中不難發(fā)現(xiàn)由于計(jì)算量大，計(jì)算的過(guò)程中學(xué)生容易出錯(cuò)，如果選擇借助Excel 工具對(duì)樺尺蛾種群的基因型頻率進(jìn)行計(jì)算，能較好地輔助實(shí)驗(yàn)探究，從而構(gòu)建出理想的數(shù)學(xué)模型。把理想化數(shù)學(xué)模型與真實(shí)情況相比較，學(xué)生更容易產(chǎn)生認(rèn)知沖突。引導(dǎo)學(xué)生用批判性思維思考問(wèn)題解決認(rèn)知沖突，學(xué)生能夠聯(lián)系實(shí)際主動(dòng)修正模型，深層次探討種群基因頻率與物種進(jìn)化間的關(guān)系，促進(jìn)了學(xué)生用批判性思維構(gòu)建正確的學(xué)科知識(shí)，樹(shù)立進(jìn)化與適應(yīng)的生命觀(guān)念。

在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)該充分挖掘課程資源，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維、大膽質(zhì)疑、勇于求證，基于教材而不局限于教材，在拓展探究性實(shí)驗(yàn)中提升學(xué)生批判性思維能力。

四、結(jié)語(yǔ)

批判性思維包含了邏輯思維的全部特點(diǎn)，是一種重要的高階思維。高中生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)蘊(yùn)含諸多批判性思維要素，是批判性思維培養(yǎng)的重要路徑。新課改背景下以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，教師應(yīng)充分利用生物學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維。