高中生物科學思維在實驗情境下的優化培養策略

摘 要：科學思維的培養是素質教育改革的一個重要教學目標，在高中生物教學中，通過實驗教學培養學生的科學思維具有良好的實踐效能。然而，高中生物科學思維的培養在實驗情境下面臨著實驗教學資源的不足與分配不均、學生科學思維與實驗過程的脫節和評價體系對科學思維培養的約束等諸多困境。為應對這些挑戰，本文提出了優化實驗資源配置與教學環境、加強實驗過程的科學思維訓練、改革評價機制與反饋方式等教學策略，旨在改善高中生物教學的實踐性和互動性，從而提高學生的科學素養和思維能力，推動高中生物教育質量的整體提升。

關鍵詞：高中生物；科學思維；實驗情境；教學策略

科學思維能力是現代社會中學生核心素養的重要組成部分，尤其在生物學科的學習中，科學思維的培養對于理解復雜的生命現象和解決實際問題至關重要。實驗教學作為生物學科的關鍵環節，不僅能直觀呈現理論知識，還能有效增強學生的動手能力和探究意識。然而，目前高中生物科學思維的培養面臨諸多困境。因此，結合教學現狀分析這些困境，并針對性地改進和優化教學，能夠促進高中生物教學的有效發展，提高學生的科學思維能力和實踐水平。

一、實驗情境對高中生物科學思維培養的促進作用

（一）有利于激發學生學習興趣，提升動手實踐能力

實驗情境能夠將抽象的生物知識直觀化和具體化，從而激發學生的學習興趣并提升他們的動手實踐能力。在傳統的生物課堂中，許多知識點往往是以書本或口頭形式傳授，學生難以通過簡單的講解和記憶建立起對生命現象的深刻理解。然而，實驗情境則為學生提供了親身體驗和觀察生物現象的機會，使他們能夠通過操作和實踐，將理論知識與實際應用相結合。例如，在顯微鏡下觀察細胞結構時，學生可以清晰地看到不同類型的細胞形態，這種視覺上的直接體驗有助于他們更好地理解細胞的組成和功能，而不僅僅停留在書本中的抽象描述。這樣的實驗操作不僅能夠提高學生對知識的興趣，也能幫助他們在動手過程中培養更高層次的分析能力和解決問題的能力[1]。對于高中生而言，實驗情境的價值尤為突出。由于教學資源和設備相對匱乏，學生平時很少有機會參與到動手操作中來，理論學習與實際操作之間存在較大差距。而實驗情境的設立能夠彌補這一不足，為學生提供更多的實踐機會，培養他們的科學探索精神和實驗技能。這些動手操作讓學生在實踐中不斷驗證和反思所學知識，幫助他們形成科學思維方式和批判性思維

能力。

（二）有利于培養批判性思維與邏輯推理能力

實驗情境為學生提供了一個探究性學習的機會，在這個過程中，學生不僅需要掌握生物學的基本原理，還要學會應用這些原理去解決具體的科學問題。實驗通常從提出假設開始，學生需要根據已有的理論知識，提出關于實驗現象的初步假設。這一步驟要求他們對所學內容有足夠的理解，并能夠將理論轉化為可驗證的假設。在實驗過程中，學生需按步驟進行操作，仔細觀察現象，收集和記錄數據。通過實驗現象的觀察和數據的分析，學生逐步驗證或修正他們的假設，進而得出合理的結論[2]。這一系列的實驗步驟，不僅是為了驗證教材中的理論內容，更重要的是通過實際操作，培養學生的批判性思維和邏輯推理能力。學生在分析實驗數據時，必須以客觀、批判的態度對待實驗結果，判斷其是否與預期相符，并思考實驗設計是否存在改進空間。假如實驗結果與假設不一致，學生需要回顧實驗步驟、檢視假設的合理性，甚至重新設計實驗來進一步驗證。這種不斷推敲、分析和反思的過程，有助于學生形成科學的思維方式，使他們學會不輕易接受表面現象，而是通過數據和證據支持得出結論，從而提升批判性思維能力。

（三）有利于促進合作學習與科學交流能力

實驗情境下的合作學習為學生提供了一個共同探究和互動交流的平臺，尤其是通過分組實驗的形式，學生可以在團隊中分工合作，共同完成實驗任務。在團隊合作中，每個學生都承擔不同的任務，例如有的負責實驗設計，有的負責操作實驗步驟，有的則負責記錄數據和分析結果。通過這種合作，學生不僅能夠學到如何在團隊中有效協作，還能夠在與他人交流和討論中激發新的思考角度和見解。實驗過程中的合作討論，往往涉及對實驗設計的評估、實驗現象的解釋以及數據分析中的問題解決，這些都要求學生在互相啟發的基礎上做出更深入的思考。在高中生物教學環境中，實驗情境的設立對于改善學生之間的互動和交流顯得尤為重要。由于平時接觸到的教育資源相對有限，學生之間的學術討論和合作機會較少。而通過分組實驗，學生得以通過實際問題的共同解決，逐步提升他們的溝通能力和科學表達能力。

二、高中生物科學思維在實驗情境下的培養困境

（一）實驗教學資源的不足與分配不均

實驗教學是培養學生科學思維的重要途徑，但在許多學校中，實驗資源的不足與分配不均使得這一目標難以實現。實驗器材的匱乏是一個突出問題，很多學校的實驗室設備相對陳舊或不夠完善，這不僅限制了教師開展多樣化、深入的實驗，也制約了學生探究和實踐能力的培養。例如，一些學校可能連基本的生物實驗器材都無法齊全提供，導致無法進行關鍵的實驗操作和觀察，進而影響學生對生物學知識的理解和應用。師資力量的不足也是制約因素之一。具備較強實驗能力和科學思維培養意識的生物教師相對較少，部分教師未接受過足夠的實驗技能培訓，缺乏有效引導學生在實驗中發展科學思維的能力。這種情況使得實驗教學質量參差不齊，許多教師往往只能依賴傳統的教學方法，缺乏對學生進行科學探究和批判性思維的引導[3]。學生的參與機會不均也造成了教育公平性的問題。由于實驗次數有限，并且某些實驗具有較高的復雜性，通常需要小組合作完成，部分學生可能在這一過程中無法得到充足的動手機會，影響了他們的實踐能力和自信心。這種不均衡的參與機會，不僅影響了學生對科學實驗的興趣和熱情，也阻礙了他們科學思維的培養和發展。

（二）學生科學思維與實驗過程的脫節

在高中生物實驗教學中，學生的科學思維與實驗過程之間存在明顯的脫節現象，這對科學思維的有效培養形成了障礙。首先，許多學生在實驗過程中過于注重實驗結果，而忽視了實驗過程中的關鍵環節。實驗往往被設計成一個嚴格的步驟，讓學生僅需按照既定的程序進行操作，最終只需得出正確的結果。這種做法使得學生的思維局限于結果本身，而未能充分參與到實驗設計、假設提出、變量控制以及數據分析等科學思維的核心環節中。這不僅限制了學生的獨立思考能力，也抑制了他們在面對實際問題時的解決能力。例如，當學生在實驗中只關注結果而不考慮如何設計實驗或分析數據時，他們的科學思維能力無法得到鍛煉和提高。其次，思維定式的影響也不可忽視。許多學生過度依賴課本知識和標準實驗步驟，形成了一種“照本宣科”的思維定式，缺乏主動探究的意識。這使得他們在面對新問題時，往往無法靈活運用已有知識，提出合理的假設或解釋實驗現象，導致創新思維的缺失。比如，在面對復雜的實驗情境時，學生可能會感到無所適從，因為他們未曾經歷過自主設計實驗的過程，缺乏對實驗背后科學原理的深入理解和靈活應用能力。

（三）評價體系對科學思維培養的約束

高中學生在科學思維基礎和學習態度方面存在較大差異，導致他們在實驗情境中培養科學思維時面臨諸多困難。由于科學知識儲備較少，許多學生對科學實驗的認知較為膚淺，往往缺乏批判性思維和探究意識。再加上課堂教學評價體系對于學生思維能力培養方面缺乏明確的指標內容，導致教師僅僅能夠從學生實驗理論知識的背誦方面進行評價，無法引導學生對實驗過程進行深入思考和驗證，這就導致學生在參與實驗的過程中，只能夠機械地遵循實驗步驟。這種教學評價體系下的教學方式無法培養學生的科學思維能力，導致學生的思維模式偏向于“標準答案”導向，習慣于從課本中獲取固定答案，而不是通過實驗探究和數據分析得出自主的結論。再加上平常的教學實踐中學生缺乏足夠的實驗機會，這樣一來學生只能夠為了完成任務而參加實驗，無法培養科學思維。

三、高中生物科學思維在實驗情境下的優化培養策略

（一）優化實驗資源配置與教學環境

為了有效培養學生的科學思維，學校在實驗資源配置與教學環境的優化方面應采取多項措施，改善實驗室設施是關鍵。學校應增加對實驗器材的投入，確保實驗室設備現代化和多樣化，以滿足不同實驗教學的需求。現代化的實驗設備不僅可以提升實驗的準確性和效率，還能激發學生的興趣和探索精神。此外，學校還應定期對實驗設備進行維護和更新，以確保實驗環境始終處于良好狀態，防止設備故障影響教學進度和質量[4]。提供專業培訓對于提升教師的實驗教學能力和科學思維培養意識至關重要。定期為生物教師進行專業培訓，幫助他們掌握多樣化的實驗教學方法，使教師能夠更好地指導學生開展科學探究。在培訓中，可以引入新的教學理念和技術，鼓勵教師嘗試新的實驗設計與教學方式，從而提高實驗教學的整體水平。促進合作與資源共享也是優化實驗資源配置的重要途徑。學校應鼓勵不同學校之間的合作，尤其是在設備和實驗材料的使用上，通過聯合實驗和資源共享的方式，使更多學生能夠參與到實際的實驗活動中。這樣的合作不僅能夠彌補單個學校資源的不足，還能促進學生之間的交流與學習，提高他們的動手實踐機會。

（二）加強實驗過程的科學思維訓練

在實驗教學中，加強學生科學思維訓練至關重要，這可以通過多種策略實現。首先，引導自主探究是培養學生科學思維的重要手段。教師應鼓勵學生在實驗開始之前提出問題和假設，并自主設計實驗方案。在這個過程中，教師應該給予學生適當的指導和支持，而不是簡單地提供具體的操作步驟。通過這種方式，學生將有機會獨立思考和解決問題，培養他們的自主學習能力和創新意識。其次，強調數據分析與討論同樣重要。在實驗結束后，教師應引導學生進行數據分析，并組織小組討論，鼓勵他們總結實驗過程中的發現和經驗，進行反思和評價。這種方式不僅可以幫助學生理解實驗結果的意義，還能培養他們的批判性思維能力和創新能力。此外，設計實驗報告作為總結和展示的形式，也能促進學生對科學探究的深入理解，提升其表達和溝通能力。最后，融入跨學科思維是增強學生科學思維靈活性的有效途徑。通過結合物理、化學、數學等學科的知識，教師可以設計跨學科的實驗項目，讓學生在解決實際問題時運用多學科的知識與方法。這種跨學科的學習不僅拓寬了學生的視野，也使他們能夠更全面地理解科學問題的復雜性，從而提升他們的綜合思維能力和解決問題的能力。

（三）改革評價機制與反饋方式

為了激勵學生的科學思維發展，改革評價機制與反饋方式至關重要，建立一個多維度的評價體系是重點，除了單純依賴考試成績外，還應增加對學生在實驗過程中的表現評價。這包括學生的思維過程、問題解決能力以及合作與溝通能力等方面的考量。這種綜合評價能夠全面反映學生的科學思維能力，幫助教師和學生更準確地了解學習效果和需要改進的地方。注重過程性評價是提升學生科學探究能力的有效途徑。在實驗過程中，教師應及時給予反饋，關注學生在實驗中的思維過程和創新表現，而不僅僅是關注最終結果。通過鼓勵學生在實踐中不斷探索與嘗試，教師可以幫助他們建立信心，同時培養他們的批判性思維與解決問題的能力[5]。這樣的反饋方式，不僅增強了學生的參與感和歸屬感，也激勵他們在未來的學習中更加積極主動。實施項目制評估也是推動科學思維發展的有效策略。通過設置一些綜合性的實驗探究項目，讓學生在實際操作中體現出科學思維能力，既能夠激發他們的創造力，也能促進他們在團隊中進行有效的溝通與合作。同時，學生在展示與分享的過程中，也能夠提升表達能力和自信心。

結束語

綜上所述，在高中生物科學思維的培養中，實驗情境的優化至關重要。通過優化實驗資源配置與教學環境、加強實驗過程的科學思維訓練、改革評價機制與反饋方式，可以有效突破當前存在的困境。實驗教學不僅是知識傳遞的過程，更是學生思維訓練的舞臺。高中生物在提升學生科學素養方面任重道遠，但通過系統性優化策略的實施，生物教學必將朝著更加科學化和創新化的方向邁進，從而為學生的全面發展奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]葉茂.核心素養導向的高中生物情境教學探究：以“細胞器之間的分工合作”為例[J].中學課程資源，2024，20（9）：46-49.

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[3]牟燕燕.基于核心素養的高中生物課堂情境教學策略研究[J].求知導刊，2024（17）：38-40.

[4]謝婷婷.巧用情境教學，培養批判思維：高中生物課運用情境教學法培養批判性思維的對策[J].高考，2024（17）：138-140.

[5]董占軍.高中生物實驗教學策略的理性設計[J].教育實踐與研究（B），2024（5）：56-58.

本文系揚州市教育科學“十四五”規劃2022年度一般課題“基于實驗情境的農村高中生生物科學思維品質提升策略”（課題立項號：2022/N/019）的階段性研究成果。