基于科學思維培養的高中生物學課堂教學模式研究與實踐報告

一、研究意義

生物學作為一門自然科學，不僅傳授生物知識，還應著重培養學生的科學思維能力。科學思維是學生理解生物學概念、解決生物學問題以及進行科學探究的核心要素。然而，在傳統的教學模式中，科學思維的培養往往未得到充分重視。2022年，教育部頒布的《義務教育生物學課程標準（2022年版）》強調，學生要運用多種方法發展科學思維。同時，《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》也明確指出，科學思維是生物學學科核心素養的重要組成部分。教師積極將科學思維融入日常教學中，有助于學生更深入地理解生物學知識的本質，提高分析和解決問題的能力，為學生的終身學習和未來發展奠定堅實基礎。

二、研究方法

（一）文獻研究法

通過廣泛查閱國內外關于“生物教學\"和“科學思維”的文獻，系統梳理相關教育方法的研究現狀及存在的不足之處。運用文獻分析方法對文獻內容進行細致統計和分析，為本研究的開展提供堅實的理論基礎和明確的研究思路。

（二）調查法

編制教師問卷，針對當地高中生物學教師在科學思維教育方法的教學態度、學生科學思維培養現狀、存在的問題及建議等方面展開全面調查。調查結果為后續教學案例的設計和教學實施提供了詳實的現實依據，有助于針對性地解決教學中存在的實際問題。

（三）實驗研究法

選取市實驗高級中學同年級的三個平行班作為實驗對象，將其中兩個平行班設定為實驗組，另一個設定為對照組。實驗組開展科學思維培養教學，對照組則進行常規教學。自變量為學生是否參與科學思維培養教學，因變量為學生的科學思維水平。在教學實踐前后，實驗組和對照組的學生均完成科學思維問卷（前測和后測），以問卷得分作為衡量學生科學思維水平高低的指標，得分越高表示水平越高。

三、教學模式實踐

（一）教學目標

1.模型與建模實踐：旨在使學生深人理解生物結構與功能之間的關系，提升動手實踐能力和空間想象能力。2.SSI小組辯論賽：培養學生的批判性思維，學會從多個角度分析生物相關的社會科學議題。3.科幻生物創作：鍛煉學生的演繹與推理能力，引導他們將生物學知識應用于新的情境中。4.概念地圖法：幫助學生構建系統的生物知識體系，提高知識整合與總結的能力。

（二）教學重難點

1.教學的重點：（1）掌握各教學實踐方法的操作流程與要點；（2）運用所學知識進行模型構建、辯論、創作和概念地圖繪制。

2.教學的難點：（1）在模型與建模中，精準體現生物的結構特征與功能機制；（2）在SSI小組辯論賽中，引導學生深入進行理性批判思考，并清晰表達觀點；（3）在科幻生物創作中，基于科學依據進行合理演繹與推理；（4）在概念地圖法中，準確梳理并呈現復雜生物概念之間的邏輯關系。

（三）教學方法

模型與建模法、小組合作學習法、辯論法、情境創設法、自主探究法。

（四）教學過程

1.模型與建模實踐（2課時）

導人（10分鐘）：展示如DNA雙螺旋結構模型、細胞模型等精美生物結構模型圖片，引導學生思考模型對理解生物知識的重要性，激發模型構建興趣。

知識講解與材料準備（20分鐘）：講解構建動物細胞亞顯微結構模型，回顧細胞器形態、結構和功能，介紹可用材料如塑料小球、彩色電線等及對應構建部分。

小組模型構建（40分鐘）：學生分組（4-5人）合作構建模型，教師巡視指導，如構建線粒體時提醒注意雙層膜和嵴的特點，構建內質網時考慮結構連接關系。

模型展示與評價（30分鐘）：小組代表展示模型并介紹構建思路，其他小組從準確性、完整性、美觀性和結構功能關系體現等方面評價打分并提建議，教師總結評價強調重點易錯點。

2.批判性思維實踐（SSI小組辯論賽）（3課時）

話題引入與背景介紹（1課時）：展示“基因編輯技術在人類醫療領域的應用\"新聞報道等資料，引發關注興趣，教師介紹技術原理、應用實例及倫理爭議。

小組分組與資料收集（1課時）：將學生分正反兩方，明確觀點，課后小組通過多種渠道收集資料，整理分析撰寫辯論提綱，教師提供資料收集渠道和方法指導。

辯論環節（1課時）：正方反方開篇立論各5分鐘，自由辯論20分鐘，教師主持引導遵循規則、理性尊重，適時追問促使深入思考，如論據普遍性和反例情況，最后雙方總結陳詞各3分鐘。辯論結束后組織討論反思，培養批判性思維。

3.演繹與推理實踐（科幻生物創作）（2課時）

情境創設與任務布置（1課時）：展示深海熱泉資料創設外星生物創作情境，介紹特殊環境條件和生物適應策略，布置創作任務，包括設計外星生物各方面特征并繪制草圖說明依據和推理過程。

學生創作與小組交流（40分鐘）：學生獨立創作，運用生物學知識演繹推理，如考慮高溫環境推測蛋白質或細胞膜結構，高壓環境推測身體結構特點，創作后小組交流分享提修改意見完善內容。

作品展示與評價（20分鐘）：小組推選代表展示優秀作品，其他小組和教師從科學性、創新性、完整性評價，教師總結評價肯定創意努力，糾正誤區，加深對演繹推理應用理解。

4.歸納與概括實踐（概念地圖法）（2課時）

知識回顧與引導 （30分鐘）：回顧細胞結構功能知識，通過提問等檢查掌握程度，引出概念地圖法。

概念地圖繪制示范（20分鐘）：教師展示細胞核概念地圖繪制步驟和示例，讓學生直觀理解概念地圖呈現知識邏輯關系的方式。

學生自主繪制與小組協作（40分鐘）：學生自主繪制細胞結構功能概念地圖，先獨立思考再小組交流協作完善，教師巡視指導概念選取、連接詞使用和邏輯關系梳理等問題。

概念地圖展示與總結（30分鐘）：小組代表展示講解概念地圖邏輯關系及繪制理由，其他小組評價提問，教師總結強調重點關鍵聯系，總結概念地圖法優勢和應用要點。

5.教學反思

模型與建模實踐使學生對生物結構理解更直觀深入，但部分小組材料選擇和結構比例把握有困難，后續應提供更多樣材料并加強前期指導。SSI小組辯論賽激發了批判性思維，但個別學生易情緒激動偏離理性，需進一步強調規則和理性交流重要性。科幻生物創作展現了學生想象力和演繹推理能力，但部分創作忽視生物學原理，應明確創作科學依據要求。概念地圖法幫助學生梳理知識體系，但部分學生邏輯關系構建不精準，可增加相關輔導。

四、教學效果評估

（一）考試成績分析

對實驗組和對照組學生進行分班考試，考試內容涵蓋生物學知識及與科學思維相關的應用題型。結果顯示，實驗組學生在涉及科學思維應用的題目上得分明顯高于對照組，表明科學思維培養教學對學生知識應用和問題解決能力有積極影響。

（二）科學思維問卷分析

對比實驗組和對照組學生教學前后的科學思維問卷得分。實驗組學生在后測中整體得分顯著提高，尤其在批判性思維、演繹與推理方面提升明顯。這說明SSI小組辯論賽等教學活動有效促進了學生批判性思維的發展。

（三）學生作品評估

1.模型作品：觀察學生構建的動物細胞亞顯微結構模型，從結構準確性、功能體現和創新性等方面進行評估。多數實驗組學生模型能夠準確呈現細胞器結構，如線粒體雙層膜和嵴的結構清晰，且部分小組在材料使用上有創新，如用彩色電線模擬內質網的管網結構。

2.辯論表現：評估學生在SSI小組辯論賽中的表現，包括觀點闡述邏輯性、論據充分性、反駁有效性和團隊協作等方面。實驗組學生在辯論中能夠更有條理地闡述觀點，引用更多科學研究實例作為論據，并且在反駁對方觀點時更具針對性。

3.科幻生物創作：從科學性、創新性和完整性評估學生的科幻生物創作作品。實驗組學生創作的外星生物大多能基于深海熱泉環境特點進行合理設計，如具有耐高溫的外殼或特殊的能量獲取方式，且部分作品在外形和行為習性設計上富有創意。

4.概念地圖：檢查學生繪制的細胞結構和功能概念地圖，評估概念準確性、邏輯關系清晰度和知識覆蓋完整性。實驗組學生概念地圖中概念間連接更合理，邏輯關系更清晰，如準確呈現了細胞核與細胞質中各種細胞器在遺傳信息傳遞和物質代謝方面的聯系。

五、教學中的困難和建議

（一）困難

1.時間管理挑戰。多元教學模式涵蓋多種活動，如模型構建、辯論準備、創作和概念地圖繪制等，在有限的課堂時間內完成所有教學任務存在一定難度。例如，在模型與建模實踐中，部分小組因討論和制作時間過長，導致最后的展示和評價環節匆忙進行，學生無法充分交流和吸收經驗。此外，學校課程安排緊湊，沒有預留足夠的時間進行完整的教學實驗，導致部分實驗出現間斷，與上節課的銜接時間增多。

2.學生個體差異。學生在學習能力、興趣愛好和基礎知識掌握程度上存在顯著差異，這給教學活動的統一開展帶來了困難。在科幻生物創作中，部分學生由于生物學知識儲備不足，難以進行合理的演繹推理，導致創作作品缺乏科學性；而部分優秀學生則可能覺得創作任務過于簡單，缺乏挑戰性，從而影響了他們的積極性。

3.教學資源限制。學校的教學資源有限，如缺乏足夠的模型制作材料、專業的生物學書籍和數據庫資源等，這嚴重影響了教學活動的質量和效果。在模型構建過程中，由于缺少必要的模型建材，學生的創作受到限制。在SSI小組辯論賽的資料收集階段，部分學生因無法獲取全面、準確的資料，導致辯論觀點的深度和廣度受到影響。

（二）建議

1.優化教學設計。教師在教學前應精心規劃每個教學環節的時間分配，根據教學內容和學生的實際情況合理安排活動節奏。例如，在模型與建模實踐中，可以提前明確小組分工，規定每個步驟的時間節點，確保教學過程有條不紊地進行。

2.實施分層教學。針對學生的個體差異，制定分層教學目標和任務。針對基礎知識薄弱的學生，在教學過程中應提供更多的基礎知識講解和輔導，如在科幻生物創作前，先組織相關生物學知識的復習和拓展；針對優秀學生，可以提供額外的拓展任務引導他們進行更深入的探究，如在概念地圖繪制中，鼓勵優秀學生將細胞結構和功能與其他生物學知識領域進行關聯和拓展。

3.拓展教學資源。學校和教師應積極拓展教學資源。一方面，學校可以加大對生物學教學資源的投人，購置模型制作材料、訂閱專業生物學雜志和數據庫等；另一方面，教師可以引導學生利用互聯網資源，如開放的科學教育網站、在線學術講座等，以拓寬學生獲取知識的渠道。

4.開設教學實踐周。高中是學生成長的關鍵時期，傳統教學往往重理論輕實踐。建議每學期設立一周的教學實踐周，各學科據此設計綜合性實驗項目，如物理的電磁感應應用實驗、化學的物質定量分析實驗等。學校應加強師資培訓并合理配置資源，確保實踐周能夠順利開展。

參考文獻：

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