生物科學史在提升學生批判性思維中的應用

摘 要：批判性思維作為科學素養的重要組成，在生物學教學中受到高度重視。本文分別從批判性思維技能和批判性思維傾向兩個維度展開，基于生物科學史，通過創設情境、提出假設、檢驗假設、呈現科學結論四個環節，培養學生的批判性思維技能；通過拓展延伸教材中的科學史資料培養學生的批判性思維傾向。

關鍵詞：批判性思維；生物科學史；教學策略

文章編號：1003-7586（2024）09-0071-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

批判性思維是指對自己或他人的判斷與推理展開審視與質疑、分析與評估的過程，是一種反思思維。 ［1］批判性思維對于學生的學習和終身發展具有重要意義，是創造性思維有效發展的基礎和前提，能夠幫助學生評估和改進自己的思維過程，從而為創新提供基礎。學生提出創造性想法時，應當運用批判性思想評估自身的思維過程，確保思維的有效性，以實現真正的創新。此外，批判性思維可以幫助學生更好地適應未來工作。

縱觀過往的研究發現，培養學生批判性思維的方式有多種，如通過PBL教學法（設計學習情境的教學方法）、基于社會科學議題等方式進行論證式教學或通過科學史進行教學等。本文主要論述如何通過科學史資料培養學生的批判性思維。

1 科學史與批判性思維之間的關系

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）已將批判性思維納入科學思維的范疇，并在“教學建議”中提出“注重生物科學史和科學本質的學習”。教師運用科學史進行教學設計既可以加深學生對科學本質的理解，又能促進學生批判性思維的發展。首先，科學史蘊含著批判和反思精神，科學概念是一代又一代的科學家通過不斷審視、質疑和完善才得出的；其次，科學史可以證明科學結論存在一定局限性。學生通過對科學史的學習，能夠了解理論的變遷過程和其存在的局限性，從而更加客觀地看待科學觀念。

綜上所述，科學史教學和批判性思維的培養存在內在、緊密的聯系。因此，在實際教學中教師應當合理、巧妙地利用科學史培養學生的批判性思維。

2 利用科學史培養學生批判性思維

批判性思維是綜合型人才的必備品質之一，筆者著重論述教師如何在實際教學中利用科學史培養學生的批判性思維技能和傾向（見表1）。

2.1 批判性思維技能的培養

批判性思維技能是指個體在思考問題時所表現的能力，包括解釋、分析、評估、推論、說明和自我調節六個維度。 ［2］在中學生物學教學中，教師可以利用生物科學史培養學生的批判性思維。生物科學史不僅涉及核心概念的演變過程，還包括科學家研究生命現象時持有觀點和態度的更替過程，以及科學家在解決問題時所呈現的高階思維技能。此外，科學史還涉及許多學術爭議和批判，科學家在面對不同的觀點和理論時，往往需要進行批判性分析和評價，從而得出更加合理且有效的結論（見圖1）。因此，教師在實際教學中充分利用科學史資料可以有效地培養學生的批判性思維技能。下面筆者以“細胞膜的結構探索”一節內容為例，闡述批判性思維技能的培養流程設計。

2.1.1 以科學史為情境，培養分析能力

教師在講解“細胞膜的結構”相關內容時，可以基于學生的已有認知，利用生物科學史創設情境——科學家在探究細胞膜的成分之后對細胞膜的結構探索也從未停歇，磷脂和蛋白質等分子是如何排列構成細胞膜成為當時長期困擾科學家的問題。基于此情境，教師引導學生扮演科學家，并對此問題提出自己的假設。

只有將問題置于真實的情境中才能有效培養學生的批判性思維，且該情境是在學生已有的認知基礎上建立的。學生在自己熟悉的情境中更容易進行思考，并且當學生對提出的問題具有一定的知識儲備時也會更愿意進行思考。綜上所述，教師引導學生主動參與到歷史情境中分析并探究問題，可以切實培養學生分析問題的能力。

2.1.2 以科學史為工具，培養推論能力

教師在情境中繼續向學生提供科學史資料：丹尼利（J. F. Danielli）和戴維森（H. Davson）發現細胞膜的表面張力遠小于油—水界面的表面張力以及羅伯特森（J. D. Robertson）在電鏡下清晰地觀察到細胞膜清晰的“暗—亮—暗”的三層結構。學生依據生物科學史提出并分享交流各自的假設。

推論是指面對問題時，依據有關信息，經過合理的推理并得出結論的過程。學生通過分析科學史情境，激發求知欲，學生主動參考生物科學史的討論，并提出自己的假設。學生在深入思考的基礎上，將科學史資料作為推論的依據，進行合乎邏輯的推理，最終得出結論，從而培養自身的推論能力。

2.1.3 以科學史為依據，培養自我調節能力

當學生提出假設并進行推論后，教師向學生再次呈現兩則生物科學史資料，分別是“人鼠細胞融合實驗”和“1959年羅伯特森發現細胞膜的厚度只有7～8nm”。學生依據科學史資料對自身的假設進行評估與批判，進而意識到自身假設的問題所在。學生提出細胞膜的“三明治”結構模型是靜態的，由磷脂和蛋白質簡單羅列構成。當學生意識到假設的問題時，教師再向學生展示正確的細胞膜流動鑲嵌模型。

自我調節能力是批判性思維最重要的技能，該技能要求學生能夠審視和質疑他人的觀點，以及發現自身觀點與科學事實存在差異的同時，勇于批判自身的假設。教師在學生提出觀點之后提供額外的科學史資料，使其成為學生檢驗持有假設的依據，引導學生進行自我審查，進而培養學生的自我調節能力。

實際教學中，科學史資料是培養學生批判性思維技能的重要工具。教師應充分利用科學史資源，做到“以史為境”“以史為線”“以史為據”，讓科學史情境貫穿整個教學過程，最終培養學生的批判性思維技能。

2.2 批判性思維傾向的培養

批判性思維傾向可以簡單地理解為個體進行批判性思維活動的意愿。加利福尼亞批判性思維技能測驗（The California Critical Thinking Disposition Inventory，簡稱CCTDI）將批判性思維傾向分為尋求真理性、思想開放性、分析性、系統性、自信性、好詢問性和成熟性七個維度。 ［3］批判性思維傾向并非外顯的行為表現，因此相較于批判性思維技能，批判性思維傾向更難在實際教學中培養。筆者認為批判性思維的培養不能采取模式化的培養手段，而是應當在實際教學中潛移默化地影響學生。在實際教學中，教師可以通過向學生講授科學史資料達到培養學生批判性思維傾向的目的。教師可以呈現科學史的多元化觀點，并利用不同觀點與理論之間的碰撞激發學生思維、引起學生思考，最終達到培養學生批判性思維傾向的目的。

2.2.1 講解科學史，培養尋求真理性

例如，教師在講解基因相關知識時，拓展教材上的科學史：孟德爾（G. J. Mendel）在提出遺傳定律后受到其他學者的強烈批判，摩爾根（T. H. Morgan）便是最典型的例子。為了驗證孟德爾的遺傳定律是否適用于動物，摩爾根進行了一系列實驗。1910年，他在眾多的紅眼果蠅中發現了一只白眼雄果蠅，將其與紅眼雌果蠅交配，產生的子代全為紅眼性狀；但當他用子代進行互交時，下一代出現了白眼性狀并且該性狀只存在于雄性果蠅中。基于此，摩爾根證明了基因位于染色體上。

教師利用摩爾根的批判性思維傾向鼓勵學生，培養學生尋求真理的精神和開放性思想。當摩爾根首次接觸到更為權威的孟德爾學說時，秉持著審視質疑的態度仔細分析，大膽地提出自己的質疑并展開系列實驗進行驗證。雖然摩爾根的早期驗證實驗沒有得到理想結果，但他努力尋求方法解決困難，始終以尋求真理的科學精神進行探索，最終獲得成功。因此，教師講解科學史的過程能夠有效培養學生尋求真理的科學態度。

2.2.2 評價科學史，培養思想開放性

上述教學環節結束之后，教師引導學生對摩爾根的探究過程進行評價。在學生評價的過程中，教師需要提醒學生評價時應注重客觀性和科學性。

思想開放性是指個體在遇到問題時，對于不同觀點的采納和包容程度。摩爾根發現實驗結果與自己預期的觀點不符時，沒有急于定論，而是不斷完善、修正自身的觀點。教師通過引導學生對摩爾根進行評價發展學生的理性批判意識，從而培養學生的思想開放性。

3 總結

科學史教學與批判性思維的培養策略高度一致，教師在實際教學中要高度重視科學史的運用，充分利用科學史創設主線情境，沿著科學史的脈絡逐步引導學生、提示學生，最終實現批判性思維技能的培養。同時，教師也應當重視教材中的顯性科學史資料，依據學生的學情以及教學進度，合理拓展教材中涉及的科學史，達到培養學生批判性思維傾向的目的。

參考文獻

［1］秦亞平.立足意識培養，提升批判性思維能力［J］.中學生物教學，2023（7）：27-29.

［2］鐘啟泉.批判性思維：概念界定與教學方略［J］.全球教育展望，2020，49（1）：3-16.

［3］羅清旭，楊鑫輝.《加利福尼亞批判性思維技能測驗》的初步修訂［J］.心理科學，2002（6）：740-741.