高中生物課堂中有效培養(yǎng)學生科學思維的實踐研究

陳麗香

摘 要：高中生物學科作為科學領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)學科，其學習和研究過程中需要運用多種科學思維方法，在高中生物教學中，對學生實施科學思維培養(yǎng)也具有非常重要的價值。科學思維包括歸納思維、演繹思維、科學實證、變量控制、假說演繹、批判性思維、模型構(gòu)建和系統(tǒng)思維等，與學生的思維拓展、能力提升關(guān)系密切。高中階段培養(yǎng)學生的科學思維，有利于幫助高中生形成正確的科學態(tài)度、求真的科學思維，有利于促進學生的學科知識掌握。

關(guān)鍵詞：高中；生物；學科思維

隨著新高考改革的深入推進，高中生物教學也面臨著新的要求和挑戰(zhàn)，包括生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任、生物學科知識與技能、實驗設(shè)計與操作技能、生物科學學習方法等多重要求。其中，科學思維在高中生物教學中的價值不言而喻。科學思維能力是指通過觀察、實驗、推理和驗證等方式，進行科學思考和問題解決的能力。在高中生物學科學習中，學生需要運用科學思維能力去理解生物學的概念、原理和方法，探究生命現(xiàn)象和解決實際問題。培養(yǎng)科學思維能力不僅有助于提高生物科學的學習效果，還能夠發(fā)展學生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力，對于學生未來的發(fā)展具有重要意義。

一、基于生物科學素養(yǎng)的學生科學思維概述

（一）科學思維相關(guān)概述

《普通高中生物學課程標準》（2017年版2020年修訂）提出“高中教育階段的生物學課程是科學領(lǐng)域的重要學科課程之一，其精要是展示生物學的基本內(nèi)容，反映自然科學的本質(zhì)”的觀點，由此彰顯了科學思維的重要性。科學思維是指基于科學原則和科學方法的一種思維方式，它旨在分析和解決自然界和人類生活中的問題，探究和揭示自然規(guī)律和生命奧秘。在高中生物學科中，科學思維是學生必須掌握的一項重要能力，它有助于學生理解生物科學知識，提高學生的科學素養(yǎng)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。科學思維的基本原則包括客觀性、精確性、系統(tǒng)性、邏輯性等。客觀性是指要基于事實進行思考和判斷，不主觀臆斷；精確性是指要精確地描述和測量現(xiàn)象，使用準確的術(shù)語；系統(tǒng)性是指要全面考慮問題，分析各種因素之間的聯(lián)系；邏輯性是指要遵循邏輯原則，推理要有據(jù)可循。科學思維的特點包括分析性、綜合性、創(chuàng)新性、實證性等。分析性是指要對問題進行深入的分析和分解，找出關(guān)鍵因素；綜合性是指要將各種信息、觀點和方法進行綜合，形成完整的認識；創(chuàng)新性是指要敢于提出新的觀點和假設(shè)，探索新的研究方向；實證性是指要通過實驗和觀察來驗證假設(shè)和結(jié)論，以事實為依據(jù)[1]。

（二）高中生物教學中學生科學思維培養(yǎng)的現(xiàn)狀

1.缺乏深度和廣度。科學思維作為思維方式之一，在教學中應(yīng)當隨著教學活動的不斷深入，實現(xiàn)深度和廣度的培養(yǎng)，尤其是對于生物學科而言，學生對知識的理解不能停留在淺層次，而是要確保學生對學科概念、性質(zhì)的深度把握。但是目前在高中生物教學中，很多教師對于某些科學概念和實驗只是簡單介紹，以學生知識掌握、記憶和考試為主，而沒有深入探討其原理和應(yīng)用，這可能導致學生對于科學知識的理解不夠深入，限制了其科學思維的發(fā)展。

2.缺乏實際操作。生物學科是一門實驗性學科，需要通過實驗來驗證理論和概念，尤其是高中生物所涉及的內(nèi)容較為抽象，是學生基于抽象概念的理解實現(xiàn)對知識的應(yīng)用和拓展的過程，因此對學生實際操作的要求更高。只有通過實際操作學生才能切實掌握知識概念，實現(xiàn)科學思維發(fā)展。但是目前在高中生物學科教學中，教師通常只是通過講解或演示來介紹實驗，而沒有讓學生親自動手操作，這可能導致學生對于科學實驗的方法和技巧理解不足，也限制了其科學思維的發(fā)展。

3.缺乏與實際生活的聯(lián)系。生物學科的知識與人們的日常生活密切相關(guān)，學生需要運用所學知識去解決實際問題，如分析遺傳病、設(shè)計實驗等，通過不斷地解決問題，學生的解決問題能力得到提高，這也為學生未來的工作和學習打下了堅實的基礎(chǔ)。然而，在高中生物教學中，雖然部分生物教師也能夠?qū)⒔滩闹械膬?nèi)容進行拓展，聯(lián)系實際生活，但是也僅僅局限在教材為學生展示的圖片中，沒有融合到學生的實際生活中。這會導致學生對于科學知識的應(yīng)用價值理解不足，也限制了其科學思維的發(fā)展。

4.缺乏對科學思維培養(yǎng)的重視。高中生物科學思維并沒有明確被列為高中生學科素養(yǎng)之一，但是基于課程標準的概念界定，生物學科作為科學學科的基礎(chǔ)之一，在生物教學中培養(yǎng)學生的科學思維是重要內(nèi)容。樹立科學觀念是高中生物學科學習的又一重要任務(wù)，這需要學生理解科學的本質(zhì)、方法和價值，樹立科學意識和科學觀念。但是在目前高中生物學科教學中，部分教師在教學設(shè)計時對學生的核心素養(yǎng)關(guān)注點更高，但是卻忽視了學生的科學思維培養(yǎng)，是高中生物教師對學生科學思維培養(yǎng)不夠重視的表現(xiàn)之一[2]。

二、高中生物課堂中有效培養(yǎng)學生科學思維的路徑

（一）創(chuàng)設(shè)教學情境，激發(fā)學生的科學思維

高中生物課程是生物學的基礎(chǔ)，對于學生掌握生物學基本理論和實踐技能具有重要意義，情境教學作為一種創(chuàng)新的教學方式，將其引入高中生物課堂，可以帶來多方面的價值。情境教學通過創(chuàng)設(shè)生動、真實的學習場景，使學生身臨其境，激發(fā)學生學習生物學的興趣。在情境中，學生可以感受到生物學的實際應(yīng)用，了解生物學的社會意義，進一步激發(fā)學習熱情；情境教學將抽象的生物學知識融入具體的情境中，使學生更容易理解和記憶，動態(tài)的情境、形象地展示有助于學生形成深刻的印象，提高記憶效果；情境教學在創(chuàng)設(shè)情境的過程中，注重啟發(fā)學生的科學思維，通過引導學生發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計實驗等過程，培養(yǎng)學生的批判性思維、創(chuàng)新思維和科學解決問題的能力；情境教學鼓勵學生發(fā)揮想象力，嘗試解決問題；在情境中，學生面臨的問題往往具有多種可能性，這為學生提供了創(chuàng)新的空間，通過引導學生探索新的解決方案，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。基于此，通過在高中生物課堂中設(shè)置多種情境，有利于加強對學生科學思維的培養(yǎng)。

例如，在高中生物《細胞呼吸的原理和應(yīng)用》一課的教學中，本部分問題探討提出“培養(yǎng)酵母菌為什么有的需要通氣，有的卻需要密封？”酵母是學生生活中比較常見的物品，其核心成分是酵母菌，可以成為制作面食的重要材料，因此，與學生的生活關(guān)系更為密切。在探究“酵母菌的呼吸方式”時，在探究實驗中，學生得出酵母菌可以進行有氧呼吸和無氧呼吸兩種呼吸方式，且有氧呼吸產(chǎn)生大量二氧化碳和水，無氧呼吸產(chǎn)生酒精和少量二氧化碳。基于探究背景，教師可以為學生創(chuàng)設(shè)生活實驗情境“開放形式酵母菌發(fā)面”與“密封形式酵母菌發(fā)面”的區(qū)別，探究酵母菌的呼吸方式，其對照組為“不使用酵母菌”。在實際的情境中，學生能夠探究得到現(xiàn)象：1.“開放形式酵母菌發(fā)面”組，發(fā)好的面團氣孔多，表面有水珠，有發(fā)酵氣味；2.“密封形式酵母菌發(fā)面”組，發(fā)好的面團氣孔少、小，且有酒精味道；3.“不使用酵母菌”組面團變化不大，內(nèi)部未產(chǎn)生明顯氣孔。以學生得出的實驗結(jié)果，進一步融合生活情境開展探究，促進學生的科學觀察，鍛煉學生科學應(yīng)用思維。

（二）應(yīng)用問題引導，驅(qū)動深度學習

科學思維作為一種思維方式，在高中生物學習中的意義重大，而在高中生物課堂教學中，教師可以通過設(shè)置驅(qū)動問題的方式，引導學生深度探究，實現(xiàn)學生科學思維培養(yǎng)。在新高考背景下，學生課堂的主體性應(yīng)當被有效激發(fā)。問題設(shè)置由淺入深，引導學生逐步思考，培養(yǎng)他們的邏輯思維和推理能力，通過問題鏈的引導，學生可以在探索問題的過程中，不斷發(fā)現(xiàn)新的知識和解決問題的方法，提高他們的創(chuàng)新思維和實踐能力。以問題設(shè)計的方式引導學生進行學習，有利于促進學生想象力發(fā)展，促進學生在課堂中展示自己真實想法，鍛煉學生思維，啟發(fā)學生思考，學生更加明確教師在課堂中所講述的關(guān)鍵內(nèi)容，積極參與課堂學習，有助于實現(xiàn)良好的學習效果。

例如，在高中生物《蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者》一課的教學中，主要核心內(nèi)容為：對蛋白質(zhì)的功能和結(jié)構(gòu)有所了解，明確氨基酸的結(jié)構(gòu)特點及形成蛋白質(zhì)的過程；了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能多樣性的原因。學生初次在細胞與分子中認識蛋白質(zhì)這一物質(zhì)，對生物學科的認識開始從具體到抽象，因此，在本部分教學中，教師可以為學生設(shè)置層層遞進的問題鏈，彰顯對科學思維的引導：1.蛋白質(zhì)由哪些元素組成？2.蛋白質(zhì)的基本單位是什么？3.蛋白質(zhì)有哪些種類？4.蛋白質(zhì)在生命體中發(fā)揮了哪些作用？5.蛋白質(zhì)的合成過程是怎樣的？6.蛋白質(zhì)多樣性的原因是什么？7.蛋白質(zhì)在生活中的應(yīng)用舉例說明。從這七個問題出發(fā)，其中對蛋白質(zhì)的認識、蛋白質(zhì)的生物認識、蛋白質(zhì)的類型認識、蛋白質(zhì)的特性、合成過程、多樣性等多個方面，由微觀到宏觀，由抽象到具體，層層遞進，對學生的科學思維發(fā)展進行全面考查，在問題中實現(xiàn)學生科學思維培養(yǎng)。

（三）開展項目探究，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

項目探究活動在高中生物科學思維培養(yǎng)中具有重要價值。通過項目探究，學生可以在實踐中親身體驗生物學知識，培養(yǎng)觀察、實驗和獨立思考的能力，項目教學對于高中生科學思維的培養(yǎng)意義深遠。

首先，以預測分析做好科學思維培養(yǎng)準備，在活動開始前，學生可以根據(jù)已有的知識進行預測，然后在實驗中通過觀察和記錄數(shù)據(jù)進行驗證。這種預測和分析的過程可以幫助學生深化對生物學知識的理解，同時也訓練了他們的科學思維方法。其次，以項目探究活動強調(diào)科學思維培養(yǎng)，尤其是在進行生物實驗時，學生需要設(shè)計實驗流程、選擇合適的實驗設(shè)備、分析實驗數(shù)據(jù)等。這個過程不僅培養(yǎng)了學生的動手能力，還讓他們在實踐中學習到科學的研究方法，進一步提升了他們的科學思維能力。最后，以興趣引導進一步促進學生的思維培養(yǎng)，項目探究活動通常具有趣味性和實用性，可以激發(fā)學生對生物學的興趣，使他們更加主動地學習和探究生物科學知識，當學生感到學習是有意義的事情的時候，他們會更愿意投入時間和精力去思考和探索問題，這也為培養(yǎng)他們的科學思維提供了良好的環(huán)境。

例如，在高中生物《細胞的衰老和死亡》一課的教學中，教師可以為學生設(shè)置驅(qū)動項目“個體衰老與細胞衰老的關(guān)系”，基于總體項目及學生的科學思維培養(yǎng)目標，教師還為學生設(shè)置了子項目“人體衰老癥狀及其出現(xiàn)的原因”“細胞死亡的概念”等，在項目背景下，教師為學生展示了“燙傷表皮的細胞死亡圖片”“骨折后細胞死亡的3D動態(tài)演示”“癌癥病毒攻擊人體細胞導致細胞死亡的動態(tài)演示”等驅(qū)動活動，引導學生在驅(qū)動下開展項目學習。在項目中，教師對學生提出問題“細胞衰老和細胞凋亡的區(qū)別”“細胞凋亡的利弊分析”，為學生的科學思維發(fā)展提供進階引導，以任務(wù)為切口，引導學生實現(xiàn)思維與學科知識的交流互動，為學生的科學思維發(fā)展提供途徑，助推學生科學思維的構(gòu)建。

（四）構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，發(fā)展邏輯思維

在高中生物學習中，數(shù)據(jù)模型是一種重要的學習方法，能夠幫助我們更好地理解和掌握生物學的概念和原理，其包括分子結(jié)構(gòu)模型、細胞結(jié)構(gòu)模型、生物過程模型、生態(tài)系統(tǒng)模型、遺傳模型、生物多樣性模型、生物進化模型和藥物作用模型，融合了高中生物各階段的學習內(nèi)容。一方面，通過引導學生建構(gòu)數(shù)據(jù)模型，可以培養(yǎng)學生的洞察力和透過事物現(xiàn)象揭示本質(zhì)特性的能力。數(shù)據(jù)模型是一種描述和表達生物現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的有效工具，它能夠?qū)碗s的生物現(xiàn)象簡化和抽象化，幫助學生更好地理解生物學的本質(zhì)。

例如，在《生長素的生理作用》一課的教學中，可以通過引入數(shù)學曲線模型，讓學生理解生長素作用的兩重性，掌握生長素濃度的最適范圍以及不同濃度的生長素對植物生長的影響。另一方面，借助虛擬仿真實驗開展概念模型教學，可以激發(fā)學生的好奇心和求知欲，為他們提供更多思考和探究的機會。虛擬仿真實驗?zāi)軌蚰M真實的生物學實驗，讓學生親身體驗實驗過程，加深對生物學知識的理解和記憶。同時，概念模型也是一種有效的學習工具，它能夠?qū)碗s的生物現(xiàn)象簡化和抽象化，幫助學生更好地理解生物學的概念和原理[3]。

例如，在高中生物“被動運輸”知識點的學習中，植物的吸水和失水過程是滲透系統(tǒng)在完成作用，但是生物畢竟是微觀的，通過肉眼對植物的吸水和失水過程觀察并不明顯，且極少數(shù)高中會為學生配備開展實驗探究的相關(guān)器材，因此高中生物教師可以通過構(gòu)建動態(tài)數(shù)據(jù)模型的方式，引導學生深入了解該知識點。首先，教師要結(jié)合該知識點為學生準備相關(guān)模型材料，包括玻璃紙、透析膜、漏斗等，玻璃紙的作用是模擬細胞膜；其次，教師在課堂中不要著急為學生演示模型，而是先引導學生開展科學思考，猜想“物質(zhì)是如何實現(xiàn)運輸?shù)摹保考ぐl(fā)學生對生物學科的濃厚興趣；最后，教師引導學生通過分組的方式利用材料模擬被動運輸過程，讓學生明確看到漏斗內(nèi)液體高度變化，觀察并總結(jié)被動運輸現(xiàn)象，理解植物細胞的吸水和失水過程，使抽象知識具體化，實現(xiàn)學生科學思維的培養(yǎng)。

結(jié)束語

綜上所述，在新高考背景下，高中生物教學培養(yǎng)學生的科學思維已成必然趨勢。對于高中生物教師而言，應(yīng)當提高對學生科學思維培養(yǎng)的重視度，改變教學觀念，通過多樣方法培養(yǎng)學生的科學思維，提高學生對生物知識的理解、掌握和應(yīng)用能力，為學生的思維發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)，提高學生綜合素養(yǎng)的同時落實高中生物學科育人的基本要求。

參考文獻

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[3]敬紅星，李艷紅，胡杰，等.基于問題導向培養(yǎng)學生科學思維的高中生物教學實踐：以“細胞器之間的協(xié)調(diào)配合”一課為例[J].科學咨詢（教育科研），2023（6）：170-173.