淺談基于科學(xué)思維培養(yǎng)的高中生物學(xué)課堂教學(xué)

劉敬賀 晁 賀

（遼寧省大連市旅順第二高級中學(xué) 遼寧大連 116041）

1 發(fā)展科學(xué)思維的意義與價值

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）指出，高中生物學(xué)中的科學(xué)思維是指“尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力”。作為生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和必備能力。在新高考背景下，試題注重對學(xué)生科學(xué)思維的考查，學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展水平與其成績密切相關(guān)。在高中階段，教師應(yīng)在課堂教學(xué)中滲透科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣和能力，使學(xué)生具備了解和解決現(xiàn)實生物學(xué)問題的能力，奠定學(xué)生未來學(xué)習(xí)和研究生物學(xué)知識的基礎(chǔ)能力。即使學(xué)生在未來不再繼續(xù)生物學(xué)或理工科的學(xué)習(xí)，科學(xué)思維對于他們在現(xiàn)實生活中進行合理預(yù)期與判斷也非常重要。

2 現(xiàn)階段學(xué)情與科學(xué)思維素養(yǎng)之間的關(guān)系

筆者從課堂活動、課后作業(yè)完成情況、考試卷面分析等方面對現(xiàn)階段學(xué)生的生物學(xué)學(xué)情進行分析匯總，普遍存在的問題有：學(xué)生的知識網(wǎng)絡(luò)不夠健全，對某些概念不清楚；回答問題時語言表述不完整，存在思維定勢；在情境中獲取信息的能力有待加強；重視知識，輕視生命觀念；對變量分析、實驗方法、實驗結(jié)論的理解不到位，實驗探究能力有待提高等。要構(gòu)建完整的知識體系，建立概念間的邏輯關(guān)系是關(guān)鍵，這需要學(xué)生能夠基于生物學(xué)事實和證據(jù)，運用歸納、概括、建模等活動，即要求學(xué)生具備一定的科學(xué)思維素養(yǎng)。而學(xué)生回答問題時語言表述不完整，存在思維定勢則表明其思維不夠嚴謹全面，還未能真正具備科學(xué)思維素養(yǎng)。此外，科學(xué)思維素養(yǎng)注重證據(jù)性，注重證據(jù)的獲取與評價能力。要解決現(xiàn)階段學(xué)情中的這些問題，培養(yǎng)和提升學(xué)生科學(xué)思維是必需的。

3 基于科學(xué)思維培養(yǎng)的高中生物學(xué)課堂教學(xué)

在新課改的背景下，基于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維這一理念，筆者將教學(xué)中的一些理解和方法分析、匯總?cè)缦隆?/p>

3.1 科學(xué)思維應(yīng)以充分完整的概念為基礎(chǔ)

《課程標準》中明確表明，發(fā)展科學(xué)思維的前提是“尊重事實和依據(jù)”。基于充分事實和證據(jù)支撐的概念學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生進行歸納與概括、演繹與推理、建構(gòu)模型等，進而更好地發(fā)展科學(xué)思維這一核心素養(yǎng)。例如，在“染色體變異”這一節(jié)的學(xué)習(xí)中，染色體組這一概念是學(xué)習(xí)二倍體、多倍體、單倍體等概念的基礎(chǔ)，是突破“染色體數(shù)目的變異”這一難點的關(guān)鍵。教材前面的章節(jié)通過“人染色體的掃描電鏡照片”和“雌雄果蠅體細胞染色體示意圖”展示了人類和果蠅的染色體組成，本節(jié)中又圖示了野生馬鈴薯的染色體組成，教師再補充果蠅配子的染色體組成圖片。基于這些事實，結(jié)合減數(shù)分裂的實質(zhì)，學(xué)生對于染色體組的概念就會有清晰明了的認知，能從事實中抽象出概念。在此基礎(chǔ)之上，教師利用教材“問題探討”中的相關(guān)信息，如根據(jù)馬鈴薯的野生祖先種有兩個染色體組的事實，引出二倍體的概念；通過分析二倍體減數(shù)分裂中發(fā)生錯誤產(chǎn)生的含有兩個染色體組的配子，與正常的二倍體的配子結(jié)合后形成的受精卵中有3個染色體組，歸納出三倍體的概念；通過同樣含有2個染色體組的配子結(jié)合后形成的受精卵中有4個染色體組的事實，歸納出四倍體的概念。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生對不同細胞的染色體示意圖和基因型進行染色體組的分析與判斷，并歸納、概括出辨別染色體組的方法。上述的學(xué)習(xí)活動依據(jù)概念間的聯(lián)系步步展開、層層遞進，在發(fā)展了科學(xué)思維核心素養(yǎng)的同時，也對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行即時的評價。

3.2 將科學(xué)思維的發(fā)展與科學(xué)史的教學(xué)結(jié)合起來

新教材的科學(xué)史中蘊含著豐富的實驗案例和科學(xué)家不迷信權(quán)威、敢于質(zhì)疑的事例，教師可以通過分析科學(xué)家的實驗和故事性的科學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生體會和掌握科學(xué)嚴謹?shù)乃季S過程，培養(yǎng)證據(jù)意識，形成批判質(zhì)疑精神觀。例如，在“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”中，學(xué)生體會孟德爾在進行實驗、觀察現(xiàn)象和分析數(shù)據(jù)后通過合理的推測和想象提出假說，根據(jù)假說進行演繹推理和實驗驗證，最終得出結(jié)論的科學(xué)實驗流程，在經(jīng)歷科研的過程中體會和掌握科學(xué)嚴謹?shù)乃季S過程，進而培養(yǎng)科學(xué)思維的嚴謹性與全面性。再如，在“激素與內(nèi)分泌系統(tǒng)”一節(jié)中，“思考·討論”欄目“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”的科學(xué)史展現(xiàn)出斯塔林和貝利斯不迷信權(quán)威、敢于質(zhì)疑是他們成功的必要條件，教師可據(jù)此培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑的精神和態(tài)度以及證據(jù)意識。再如，在“DNA的結(jié)構(gòu)”一節(jié)中，在“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)”部分，“思考·討論”欄目“DNA結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)”將相關(guān)科學(xué)史以故事的形式展現(xiàn)出來，學(xué)生對材料進行分析，能夠體會到沃森和克里克的成功以豐富的學(xué)科知識儲備為前提，應(yīng)用了多學(xué)科交叉的重要手段，科學(xué)思維、探索求真的科學(xué)精神以及善于應(yīng)用前人的成果和與人合作是成功的關(guān)鍵。

3.3 將科學(xué)思維的發(fā)展與探究活動結(jié)合起來

在探究活動中，教師應(yīng)注意挖掘隱藏的科學(xué)思維發(fā)展目標，使學(xué)生親身參與探究活動，手腦并用，培養(yǎng)科學(xué)思維。例如，在進行“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”這一“探究·實踐”活動中，學(xué)生可通過分組實驗，自主選擇實驗材料，觀察還原糖、脂肪、蛋白質(zhì)與相應(yīng)化學(xué)試劑產(chǎn)生的顏色反應(yīng)。在蛋白質(zhì)的檢測過程中，學(xué)生可以選擇對不同品牌生牛乳進行蛋白質(zhì)的檢測，根據(jù)顏色的深淺來判斷蛋白質(zhì)的含量。此過程，使學(xué)生明確生物組織中主要化合物的鑒定方法的同時，提高學(xué)生運用科學(xué)方法探究生活中關(guān)于食品安全、營養(yǎng)保健等方面的社會議題的能力，發(fā)展了學(xué)生的證據(jù)意識以及獲取證據(jù)、對證據(jù)的評價意識。

再如，將“細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”中“利用廢舊物品制作生物膜模型”引入“細胞的物質(zhì)輸入和輸出”這一章。教師課前分組，學(xué)生利用課外時間完成模型建構(gòu)，于課堂展示并進行評價，以此作為本章節(jié)的導(dǎo)入情境。學(xué)生基于細胞膜的流動鑲嵌模型這一生物學(xué)事實進行模型建構(gòu)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)特點探討物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞剑约霸诖嘶A(chǔ)之上解釋生活中常見的生物學(xué)現(xiàn)象，分析、解決如蔬菜腌制、合理施肥等實踐問題。這樣的教學(xué)設(shè)計在遵循學(xué)生認知規(guī)律的基礎(chǔ)上發(fā)展科學(xué)思維素養(yǎng)，非常有效。

3.4 合理利用教材資源，設(shè)計思維訓(xùn)練活動，訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維。

教師可充分利用教材中的“思考與討論”“思維訓(xùn)練”“練習(xí)與應(yīng)用”“復(fù)習(xí)與提高”等欄目中的部分題目，創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的思維，引導(dǎo)其進行討論交流，并針對學(xué)生在此過程中暴露的思維問題進行即時的評價反饋，進行指導(dǎo)。例如，在“染色體變異”一節(jié)對多倍體育種的教學(xué)設(shè)計中，教師可利用“聯(lián)系與應(yīng)用”中“拓展應(yīng)用”的第二題創(chuàng)設(shè)情境。教師給予一定的知識背景，通過設(shè)計一系列的問題串來創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計出獲得三倍體無子西瓜的流程（表1）。教師引導(dǎo)學(xué)生從三倍體的概念入手，通過對染色體組的數(shù)目變化規(guī)律進行推理分析，層層遞進，最終總結(jié)出獲取三倍體無子西瓜的多倍體育種流程，以此發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的全面性和流暢性。

表1 教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計三倍體無子西瓜育種流程

綜上所述，教師通過從多角度、多層次地在教學(xué)設(shè)計中融入發(fā)展科學(xué)思維，在課堂教學(xué)中滲透科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣和能力，充分彰顯本學(xué)科的學(xué)科特點和育人價值。