高中生物大單元教學中學生科學思維能力培養的實踐探索

科學思維是指以尊重事實為基礎，運用嚴謹的態度和科學的思維方式，對問題進行分析、思考和解決的過程。在高中生物學科中，科學思維的培養是學生深入理解與掌握生物學知識的關鍵，更是落實核心素養教育目標的重要途徑。基于高中生的實際學情，教師在大單元教學中積極探索科學思維的培養路徑，能夠為學生構建高效、優質的學習課堂，有效促進其科學思維能力的提升。大單元教學以系統化的知識架構和真實情境創設為核心，為學生提供從整體到局部的學習視角，幫助其在探究與實踐過程中逐步形成科學的思維方式[1]。為此，立足大單元教學框架，探尋科學思維能力培養的實踐策略，對于推動高中生物教學改革和提升學生綜合素質具有重要意義。

一、高中生物教學中培養學生科學思維能力的重要性

（一）有利于學生構建系統化的生物學知識體系

生物學是一門研究生命現象及其規律的科學，其知識體系涵蓋了從微觀的分子、細胞到宏觀的生態系統等多個層次。這些知識點之間并非孤立存在，而是通過復雜的相互作用構成一個有機整體?？茖W思維能力的培養，能夠幫助學生從整體視角出發，理解生物學知識的邏輯關系，幫助學生將零散的知識點串聯起來，從而構建系統化的知識網絡。同時，科學思維能夠引導學生從現象中提煉本質，從局部中揭示規律，使其在掌握具體知識的同時，理解生物學研究的基本方法和邏輯框架，從而為后續學習奠定堅實基礎。

（二）有利于提升學生的核心素養與綜合能力

科學思維是生物學核心素養的重要組成部分，其培養過程不僅涉及知識的掌握，更強調能力的提升與態度的養成。在高中生物教學中，科學思維能力的培養能夠幫助學生形成嚴謹求實的科學態度、批判性思維和創新精神，引導學生從多角度分析問題，提出創新性解決方案。這種基于科學思維的探究活動，能夠提升學生的學科素養，促進其綜合能力的發展。

（三）有利于適應現代社會對科學素養的需求

生物學作為一門與人類生活密切相關的學科，其研究成果在醫療、農業、環境保護等領域發揮著重要作用。培養高中生的科學思維能力，能夠幫助其更好地理解生物學知識，使其在面對復雜的問題時，能夠運用科學的思維方式進行分析與決策。同時，在創新驅動發展的時代背景下，具備科學思維能力的人才將成為推動社會進步的重要力量。為此，高中生物教學中科學思維能力的培養，是學科教學的需要，更是適應現代社會發展的必然要求。

二、高中生物大單元教學與科學思維能力培養的契合性

（一）大單元教學幫助學生從整體視角理解知識，構建系統化認知結構

科學思維能力的核心在于系統性思考，即從整體到局部、從現象到本質的邏輯分析。大單元教學以主題為核心，將零散的知識點整合為有機整體，為學生提供系統化學習的框架。這種教學模式打破了傳統教學中知識點孤立、碎片化的局限，幫助學生從宏觀視角理解知識之間的內在聯系，形成系統化的認知結構。在科學思維能力的培養過程中，系統化認知能夠使學生從復雜現象中提煉規律，從局部信息中構建整體認知，引導學生從整體出發，逐步深入分析問題，從而培養其系統性思維的能力[2]。

（二）大單元教學注重探究性學習，為學生提供科學思維訓練的實踐平臺

科學思維能力的培養離不開實踐，而大單元教學強調探究性學習，為學生提供運用科學方法解決問題的實踐機會。探究性學習是科學思維能力訓練的重要途徑，強調學生在真實情境中通過觀察、假設、實驗、推理等步驟，逐步揭示問題的本質。大單元教學通過設計探究性學習活動，引導學生在實踐中掌握科學思維的基本方法，如邏輯推理、數據分析、證據驗證等，能夠激發學生的學習興趣，使其在實踐中逐步形成科學思維的意識和能力，并將科學思維方法內化為自身的認知工具，從而在面對復雜問題時能夠靈活運用科學思維進行分析與解決。

（三）大單元教學強調知識內化與應用，促進科學思維的遷移能力

科學思維能力的最終目標是能夠將科學方法應用于解決實際問題，而大單元教學注重知識的內化與應用，為學生提供將科學思維遷移到真實情境的機會，通過設計綜合性任務或項目，引導學生在復雜情境中運用科學思維分析問題、提出解決方案，強調知識的深度理解和靈活運用，使學生在掌握知識的同時，能夠將其轉化為解決實際問題的能力[」。同時，科學思維的遷移能力要求學生能夠將已有的科學思維方法應用于新問題、新情境中。大單元教學通過促進知識的內化與應用，幫助學生逐步形成科學思維的遷移能力，使其在面對新問題時能夠靈活運用科學方法進行分析與決策。這種能力的培養，正是科學思維能力發展的重要目標。

三、高中生物大單元教學中培養學生科學思維能力的策略

（一）創設教學導入情境，增強學生學習主動性

教學導入階段的情境創設是激發學生興趣、引導其深入思考的關鍵環節。通過構建“沉浸式”學習環境，教師能夠將抽象的生物知識轉化為形象化的內容，從而吸引學生的注意力，并促進其認知層次的深化。情境教學的核心在于為學生提供一種與知識直接對話的體驗，增強學生的學習主動性，使其在感知、思考和探索的過程中逐步形成科學思維能力。

以人教版高中生物必修2“細胞的代謝”為例，在講解“細胞呼吸”時，教師可以設計一個生活化情境，以“為什么劇烈運動后會感到肌肉酸痛？”為切入點，引導學生思考細胞呼吸與能量供應的關系。通過提出“細胞呼吸過程中能量是如何產生的？”“無氧呼吸與有氧呼吸的區別是什么？”等問題，教師能夠有效調動學生的好奇心和探究欲望，使其主動參與到知識的建構中。教師還可以借助多媒體技術，展示細胞呼吸的動態過程，幫助學生更直觀地理解這一復雜的生理現象，使學習過程更加生動、有趣，從而有效提升學生的科學思維能力。

（二）構建問題導向的教學模式，激發學生探究興趣

問題導向的教學模式以學生為主體，通過設計具有啟發性和探究性的問題，引導學生主動思考、分析和解決問題，從而激發其探究興趣和科學思維能力的提升[4]。這種教學模式強調從問題出發，將知識的傳授與問題的解決緊密結合，使學生在解決問題的過程中建構知識、發展能力。在具體教學過程中，教師應根據大單元的核心概念和教學目標，設計層次分明、邏輯嚴密的問題鏈，將復雜知識分解為可探究的小問題，逐步引導學生深入思考。

以“細胞的代謝”為例，教師應圍繞“細胞的代謝”這一核心概念，設計貼近學生的認知水平，具有啟發性和層次性的問題，如“細胞如何通過呼吸作用將有機物轉化為能量？”或“光合作用與呼吸作用在能量轉換中有何關聯？”以此引發學生的思考與好奇心。在教學中，教師可以創設問題情境，如模擬細胞代謝的實驗現象或展示生活中的相關實例，增強問題的真實性和趣味性。通過問題導向的教學模式，學生能夠在解決問題的過程中主動建構知識，深化對“細胞的代謝”的理解，同時提升科學探究能力和創新思維。

（三）引入科學史與科學探究案例，提升學生科學素養

科學史是科學知識形成和發展的歷史記錄，展現了科學家如何通過觀察、實驗、推理和驗證逐步揭示自然規律的過程?？茖W史的學習能夠讓學生理解科學知識的動態性和發展性，認識到科學并非一成不變的真理，而是不斷修正和完善的過程，有助于學生形成批判性思維，避免對知識的盲目接受。同時，科學探究案例為學生提供了科學研究的范例，使其能夠了解科學家在面對復雜問題時如何設計實驗、分析數據和得出結論，幫助學生掌握科學探究的基本方法，激發其探究興趣和創新意識。教師應注重將科學史和科學探究案例與生物學知識有機結合，引導學生從歷史的角度理解科學知識，從探究的角度掌握科學方法，在潛移默化中形成科學思維的習慣，提升其科學素養。

在“細胞的代謝”教學中，教師可以結合科學史，介紹細胞代謝研究中的重要里程碑，比如巴斯德關于發酵的研究、克雷布斯循環的發現歷程等，讓學生了解科學家如何通過觀察、實驗和推理揭示細胞代謝的奧秘，幫助其理解科學知識的產生過程，培養其科學思維和探究精神。教師也可以引入經典的科學研究案例，如卡爾文通過放射性同位素標記法揭示光合作用碳同化途徑的實驗，引導學生分析科學家的研究思路、實驗設計和結論推導，從中學習科學探究的方法與邏輯。與此同時，鼓勵學生基于科學史和科學探究案例提出自己的問題，并引導其通過實驗或討論進行探究，培養其批判性思維和創新能力。

（四）開展實驗探究活動，強化學生動手實踐能力

實驗探究活動是生物學教學的重要組成部分，為學生提供了直接觀察、操作和驗證科學現象的機會，使其能夠在實踐中深化對生物學概念和規律的理解。實驗探究活動強調學生的主體地位，鼓勵其主動參與實驗設計、數據收集和結果分析，在動手操作中培養觀察能力、分析能力和解決問題的能力，從而激發其探究興趣和創新思維[5]。在實驗過程中，學生需要運用科學方法，如提出假設、設計實驗、控制變量、記錄數據和得出結論，有助于其形成嚴謹的科學思維習慣。此外，實驗探究活動能夠培養學生的團隊合作能力和溝通能力，使其在協作中學會分享觀點、解決問題。教師在設計實驗探究活動時，應注重實驗的探究性和開放性，引導學生從問題出發，通過實驗驗證假設，從而建構知識。

以“細胞的代謝”為例，教師可設計“探究酵母菌的呼吸作用類型”的實驗。該實驗通常選用酵母菌作為材料，因其易于培養且呼吸作用明顯，能夠在不同條件下展現出有氧呼吸和無氧呼吸的差異。在此基礎上，教師可激發學生的探索欲，提出一個疑問：如果改變酵母菌的呼吸底物，比如使用不同種類的糖類（如葡萄糖、果糖、蔗糖等），其呼吸作用的產物和效率是否會發生變化？如果會，如何設計實驗來驗證并量化這些變化？通過這一問題引導學生思考并改進實驗設計，即設置對照組和實驗組，分別給予不同的糖類作為呼吸底物，通過檢測產生的二氧化碳量和酒精量來評估呼吸作用的類型和效率。考慮到細胞代謝過程中酶的關鍵作用，教師可進一步啟發學生思考，若在進行酵母菌呼吸作用實驗時，加入酶抑制劑，在一段時間后，能否觀察到酵母菌呼吸作用的減弱或停止？為什么？如何設計實驗來準確測量這種影響？此外，如何確保實驗后的酵母菌在去除抑制劑后能夠恢復正常的呼吸作用，以此作為細胞代謝彈性和酶可逆性的一個指標？通過這些問題作為思考的起點，鼓勵學生勇于實踐，并對實驗方案進行重新構思和驗證，從而激發對生命科學的濃厚興趣和持續探索的動力。

（五）運用思維導圖與概念圖，促進學生知識系統化

思維導圖和概念圖作為一種可視化工具，能夠將復雜的生物學知識以結構化的方式呈現，幫助學生厘清知識之間的邏輯關系，構建完整的知識體系。學生可以從核心概念出發，逐步展開分支，將零散的知識點串聯起來，形成層次分明、邏輯清晰的知識網絡，有助于學生加深對知識的理解，培養其歸納、分類和整合信息的能力。概念圖則更注重概念之間的關聯性，通過節點和連線的方式，將生物學中的核心概念及其相互關系直觀地展現出來，使學生能夠從整體上把握知識的內在聯系，在構建知識網絡的過程中培養邏輯思維和創造性思維。

在“細胞的代謝”教學中，教師可以通過思維導圖，以“細胞代謝”為核心，展開如光合作用、呼吸作用等主要分支，再細分出各過程中的具體反應、酶的作用及能量轉換等子節點，讓學生直觀地看到知識的整體框架。利用概念圖進一步深化理解，將抽象的概念通過箭頭和連接詞關聯起來，形成網絡狀結構，強調不同概念間的邏輯關系，有助于學生記憶知識點，更能培養其分析問題的能力。同時，在課堂上引導學生親手繪制思維導圖和概念圖，鼓勵學生根據自己的理解調整結構，強化個性化學習體驗。

結束語

綜上所述，高中生物大單元教學為科學思維能力的培養提供了有效途徑。教師需轉變傳統的教學觀念，從單純的知識傳授者轉變為學生思維的引導者。通過問題引導、實驗探究、引入科學史、運用思維導圖等策略，幫助學生掌握生物學知識，在探究過程中逐步形成科學的思維方式。未來教學中，廣大教育工作者應進一步優化大單元教學設計，共同探索更加有效的教學策略和方法，為學生提供更具啟發性和挑戰性的學習體驗，幫助學生在掌握基礎知識的同時，提升綜合素養和創新能力。

參考文獻

[1]何建中，李虎.淺析高中生物教學中學生科學思維的培養D].學周刊，2024，18（18）：106-108.

[2]胡廣偉.高中生物教學中學生科學思維培養策略的實踐研究[].知識文庫，2023，39（13）：55-57.

[3]柳國學.指向深度學習的高中生物大單元教學策略[J].學周刊，2024（21）：107-109.

[4]江冬妹.高中生物科學史教學中學生科學思維能力的培養路徑研究Ⅲ].高考，2023（11）：26-29.

[5]李揚.大單元視域下高中生物深度學習探究基礎教育論壇，2023（14）：104-106.