高中生物學(xué)中科學(xué)思維多維性的單元教學(xué)初探

摘要：科學(xué)思維是科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)重要維度，也是科學(xué)教育的一個(gè)重要目標(biāo)。學(xué)生科學(xué)思維水平的提升，需要教師的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)保障。科學(xué)思維多維性的單元教學(xué)從整體和宏觀的角度審視科學(xué)思維教學(xué)方法，將科學(xué)思維教學(xué)與單元教學(xué)、思維多樣化有機(jī)結(jié)合。本文以“生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)制”單元教學(xué)為例，通過“血糖調(diào)節(jié)”課時(shí)教學(xué)展示了科學(xué)思維多維性教學(xué)的實(shí)現(xiàn)路徑。

關(guān)鍵詞：高中生物學(xué)；科學(xué)思維；多維性；單元教學(xué)

文章編號(hào)：1003-7586（2024）02-0006-04 中國(guó)分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

科學(xué)思維是科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)重要維度，也是科學(xué)教育的一個(gè)重要目標(biāo)。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）將“科學(xué)思維”列為4個(gè)學(xué)科素養(yǎng)之一，并指出：“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。有研究者也指出，“科學(xué)思維”是人腦對(duì)于自然世界（客觀事物之自然世界，有時(shí)也包括人工自然世界沖事物的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律及事物間的聯(lián)系和相互關(guān)系的間接的、概括的反映，是人們應(yīng)用科學(xué)概念（本質(zhì)上是人腦對(duì)自然界共同的、本質(zhì)的屬性的把握）、科學(xué)規(guī)律與原理（本質(zhì)上是人腦對(duì)自然世界事物間內(nèi)在的、必然的聯(lián)系的認(rèn)知與理解），解決科學(xué)問題的一種人類思維活動(dòng)。由此可見，科學(xué)思維是人類認(rèn)識(shí)自然，形成概念、原理或理論，并能運(yùn)用于解決科學(xué)問題的思維活動(dòng)。《課程標(biāo)準(zhǔn)》還列舉了有關(guān)科學(xué)思維的具體方法，如歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等。生物學(xué)是自然科學(xué)的重要分支，人類在獲得相關(guān)生物學(xué)知識(shí)的過程中逐步發(fā)展了本學(xué)科的思維方法。學(xué)生在學(xué)習(xí)生物學(xué)的過程中，不僅要知道生物學(xué)眾多的概念，還需要借助科學(xué)實(shí)踐，比如觀察和實(shí)驗(yàn)等，并綜合運(yùn)用多樣化的科學(xué)思維方法去知曉概念的來由。學(xué)生科學(xué)思維能力的高低在一定程度上決定了學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念、原理、規(guī)律和理論的理解深度和廣度，以及運(yùn)用所學(xué)解決實(shí)際問題的水平。

如何在高中生物學(xué)單元教學(xué)中發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，如何運(yùn)用科學(xué)思維的方法進(jìn)行單元教學(xué)是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。本文從高中生物學(xué)的教學(xué)活動(dòng)著手，通過發(fā)生在教學(xué)過程中的觀察與比較、分析與歸納、演繹與綜合等多種科學(xué)思維活動(dòng)方式，將培養(yǎng)學(xué)生形成生物學(xué)科學(xué)思維能力和習(xí)慣落在實(shí)處。科學(xué)思維的多維性單元教學(xué)就是指導(dǎo)學(xué)生能綜合運(yùn)用多樣化的思維方法進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種策略。下面以蘇教版《普通高中教科書生物學(xué)選擇性必修1穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》中有關(guān)“生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)制”的學(xué)習(xí)單元內(nèi)容為例，探討基于科學(xué)思維多維性的生物學(xué)教學(xué)。

1整合教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)科學(xué)思維單元學(xué)習(xí)框架

“各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜的生命活動(dòng)，并通過一定的調(diào)節(jié)機(jī)制保持穩(wěn)態(tài)”是課程標(biāo)準(zhǔn)聚焦的重要概念。通過梳理動(dòng)物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制的相關(guān)內(nèi)容，本文確立了以“教學(xué)單元”創(chuàng)設(shè)課堂教學(xué)中科學(xué)思維情境的教學(xué)思路，即將與機(jī)體生命活動(dòng)調(diào)節(jié)有關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行整合。例如，將內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的自身調(diào)節(jié)、機(jī)體穩(wěn)態(tài)的神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)等內(nèi)容整合為各有側(cè)重的教學(xué)單元核心內(nèi)容。以生命個(gè)體調(diào)節(jié)機(jī)制整體性和協(xié)調(diào)性為突破口，構(gòu)建教學(xué)中體現(xiàn)科學(xué)思維多維性的內(nèi)容基礎(chǔ)（見圖1）。教師在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多維度的“科學(xué)思維”，使科學(xué)思維的火花閃耀在課堂教學(xué)活動(dòng)中，為學(xué)習(xí)者提供了展示科學(xué)思維多維性的機(jī)會(huì)。

2運(yùn)用科學(xué)比較法認(rèn)識(shí)不同生命活動(dòng)調(diào)節(jié)方式的分類依據(jù)

科學(xué)比較法是進(jìn)行科學(xué)分類的基本前提。客觀事物既相互區(qū)別又相互聯(lián)系，既相似又相異。通過比較，我們可以具體地了解事物之間的相似或相異，為進(jìn)一步分類提供客觀依據(jù)。

在有關(guān)動(dòng)物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容中，無論是血糖調(diào)節(jié)、體溫調(diào)節(jié)等機(jī)體內(nèi)環(huán)境變化引起的自身調(diào)節(jié)，還是基于感知機(jī)體內(nèi)、外環(huán)境變化而產(chǎn)生的神經(jīng)調(diào)節(jié)，或是免疫系統(tǒng)參與的調(diào)節(jié)都是生命個(gè)體復(fù)雜而完善的生命活動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制。這些內(nèi)容既是教學(xué)中需要尋求突破的難點(diǎn)，也是最具科學(xué)思維價(jià)值的內(nèi)容。在具體教學(xué)實(shí)踐中，教師可以先引導(dǎo)學(xué)生瀏覽教材與生命活動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)的內(nèi)容，運(yùn)用比較法認(rèn)識(shí)不同生命活動(dòng)調(diào)節(jié)方式，自主編制生命活動(dòng)調(diào)節(jié)方式比較表（見表1），鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維。學(xué)生在比較這些生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)形式時(shí)，能充分地認(rèn)識(shí)到它們之間的差異，明確各調(diào)節(jié)方式所適用的范圍及其主要特點(diǎn)，理解生命活動(dòng)方式分類的依據(jù)所在。這也為后續(xù)學(xué)習(xí)生命活動(dòng)——調(diào)節(jié)維護(hù)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3運(yùn)用分析與歸納法進(jìn)行多維度的科學(xué)思維教學(xué)

動(dòng)物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)具有整體性和統(tǒng)一性等特征，但教學(xué)活動(dòng)受到課時(shí)和學(xué)情影響，且每個(gè)課時(shí)又有各自的教學(xué)重點(diǎn)，因此，本文僅以機(jī)體的血糖水平調(diào)節(jié)為例，將血糖調(diào)節(jié)中各系統(tǒng)的作用設(shè)計(jì)于教學(xué)單元中，通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納分析從而理解生命個(gè)體機(jī)體調(diào)節(jié)的統(tǒng)一性。教學(xué)過程以“問題引領(lǐng)分析歸納”“單元整合得出結(jié)論”進(jìn)行多維度科學(xué)思維教測(cè)設(shè)計(jì)。

3.1問題引領(lǐng)－分析歸納

3.1.1基礎(chǔ)性問題：血糖的涵義和標(biāo)準(zhǔn)是什么？

人體血糖水平在餐前、餐后一小時(shí)、餐后兩小時(shí)等的變化是什么？血糖是內(nèi)環(huán)境的重要成分，其變化是機(jī)體生命活動(dòng)的結(jié)果。這些基礎(chǔ)問題的學(xué)習(xí)過程，主要體現(xiàn)生命觀念素養(yǎng)的培養(yǎng)，并為科學(xué)思維的形成打下牢固的知識(shí)基礎(chǔ)。

3.1.2分析性問題：內(nèi)環(huán)境中的血糖水平是如何發(fā)生變化的？哪些組織、器官、系統(tǒng)會(huì)影響血糖的變化？如何影響？

教師通過引導(dǎo)學(xué)生分析并使其認(rèn)識(shí)到，在血糖水平的變化中，既有在血糖升高或降低時(shí)，通過相關(guān)物質(zhì)合成、分解、轉(zhuǎn)化或利用等實(shí)現(xiàn)的自身調(diào)節(jié)，更離不開神經(jīng)系統(tǒng)參與的神經(jīng)調(diào)節(jié)和內(nèi)分泌系統(tǒng)參與的激素調(diào)節(jié)，而神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)在血糖調(diào)節(jié)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。因此，分析性問題的設(shè)置使學(xué)習(xí)過程進(jìn)入積極的科學(xué)思維狀態(tài)，并使學(xué)生的思維活動(dòng)維度得到由點(diǎn)到面的擴(kuò)展。

3.1.3綜合性問題：人體的血糖水平為什么能保持相對(duì)平衡？神經(jīng)調(diào)節(jié)、激素調(diào)節(jié)在血糖調(diào)節(jié)中發(fā)揮什么作用？

基于落實(shí)課標(biāo)的有關(guān)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)目標(biāo)，教師需要引導(dǎo)學(xué)生深入探討血糖調(diào)節(jié)的綜合機(jī)制，使學(xué)生能夠在說明血糖調(diào)節(jié)具體過程的基礎(chǔ)上，闡明神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)在血糖調(diào)節(jié)中的具體作用。例如，神經(jīng)系統(tǒng)的哪些器官、組織參與了血糖調(diào)節(jié)？下丘腦在血糖調(diào)節(jié)中發(fā)揮了怎樣的作用？哪些激素與血糖水平變化有關(guān)，它們各自發(fā)揮怎樣的作用？能否根據(jù)已有知識(shí)，歸納哪些激素有升血糖作用，哪些激素有降血糖作用？這樣的歸納是否有足夠的證據(jù)支持？在深入的探討中，激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維活動(dòng)的主動(dòng)性；引導(dǎo)學(xué)生在認(rèn)同血糖調(diào)節(jié)的生命活動(dòng)機(jī)制過程中，通過推理產(chǎn)生對(duì)其中一些問題的質(zhì)疑或提出新的疑問，提升學(xué)生多維度的科學(xué)思維的深度。

3.1.4深化性問題：激素調(diào)節(jié)或神經(jīng)調(diào)節(jié)對(duì)血糖水平影響的分子機(jī)制是什么？與細(xì)胞的哪些結(jié)構(gòu)有關(guān)？

正如教材所舉例的，Ⅰ型糖尿病和Ⅱ型糖尿病的發(fā)病機(jī)理是不同的，那么正常人和不同的糖尿病人，血糖調(diào)節(jié)的差異是什么？抗原基因異常、胰島素抵抗是發(fā)生在細(xì)胞水平還是分子水平？病人的神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)還能發(fā)揮作用嗎？在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生不斷剖析問題、解決問題，又不斷生成新問題，使其在學(xué)習(xí)過程中發(fā)展多維度的科學(xué)思維。

課堂教學(xué)中，教材和章節(jié)內(nèi)容可以成為良好的學(xué)習(xí)指南，但學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容應(yīng)不限于某教材、某章節(jié)的知識(shí)。各種問題可以來自教師的精心謀劃和預(yù)設(shè)，也可以來自學(xué)生預(yù)習(xí)或?qū)W習(xí)后的再生成。以問題為導(dǎo)向、解疑為動(dòng)力，激發(fā)學(xué)生的積極性，形成多維度的科學(xué)思維情境，使探討相關(guān)生命現(xiàn)象的機(jī)制成為可能。

3.2單元整合－得出結(jié)論

本課時(shí)以血糖調(diào)節(jié)為中心開展，需要教師做好單元教學(xué)設(shè)計(jì)下的備課工作，預(yù)測(cè)不同內(nèi)容的課堂中學(xué)生思維活動(dòng)的趨勢(shì)，把握課堂教學(xué)活動(dòng)發(fā)展的方向。教師課前指導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、書刊等收集資料，幫助學(xué)生提煉主要內(nèi)容，提出問題，形成精簡(jiǎn)的小報(bào)告，方便在班級(jí)或小組進(jìn)行交流。在學(xué)生交流過程中，當(dāng)學(xué)生提出疑問或質(zhì)疑時(shí)，教師也需因勢(shì)利導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生做好進(jìn)一步的討論。

“血糖調(diào)節(jié)”一課的教學(xué)中，雖然涉及多個(gè)課時(shí)的內(nèi)容，但由于是在單元教學(xué)模式下開展的學(xué)習(xí)活動(dòng)，其教學(xué)過程打破了傳統(tǒng)的知識(shí)呈現(xiàn)順序。這種教學(xué)模式以學(xué)生學(xué)習(xí)需求為立足點(diǎn)，在教師引導(dǎo)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)、小組合作等多種學(xué)習(xí)形式下，有助于學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用生命個(gè)體整體性、生命活動(dòng)調(diào)節(jié)統(tǒng)一性的觀點(diǎn)學(xué)習(xí)生物學(xué)，逐步形成“學(xué)以致用、用以促學(xué)、學(xué)用相長(zhǎng)”的學(xué)習(xí)觀，初步實(shí)現(xiàn)多維度的科學(xué)思維的教學(xué)效果。

通過不同層次的問題設(shè)計(jì)，引發(fā)多維度的科學(xué)思維，是生物學(xué)教學(xué)中體現(xiàn)科學(xué)思維多維性教學(xué)的手段之一。當(dāng)然，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維的方式還有很多；例如，在以神經(jīng)調(diào)節(jié)為核心的教學(xué)過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，以圖文并茂、模型制作等呈現(xiàn)方式，直觀展示神經(jīng)調(diào)節(jié)在血糖調(diào)節(jié)、激素調(diào)節(jié)等多項(xiàng)生命活動(dòng)中的作用，通過討論和交流激發(fā)學(xué)生的積極思維，從神經(jīng)調(diào)節(jié)的角度發(fā)散構(gòu)建科學(xué)思維體系，形成從局部到整體的、對(duì)機(jī)體生命活動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，運(yùn)用所學(xué)來解決相關(guān)問題。經(jīng)過對(duì)學(xué)生多維度科學(xué)思維發(fā)展的初步探討，我們深刻體會(huì)到，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的多維性，培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)思維的習(xí)慣，不是一蹴而就的，需要在長(zhǎng)時(shí)間的教學(xué)過程中不斷實(shí)踐和努力。