高中生物學教學中科學思維能力培養

高中生物學教學的重要自標之一是培養學生的科學思維能力。在當今科技迅猛發展的時代，具備科學思維對學生理解生物學知識、解決實際問題至關重要。本文探討圍繞高中生物學課程，深入分析如何在教學過程中有效滲透科學思維培養。通過創新教學方法、利用實驗教學及結合實際案例等途徑，致力于提升學生歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等科學思維素養，助力學生全面發展。

一、科學思維能力培養的知識載體與路徑

對高中生物學教學而言，它作為重要的自然科學門類，包括由微觀細胞組織至宏觀生態系統的課程內容，涉及大量有關細胞功能、基因信息傳遞、物種進化、生態平衡的核心內容，其中蘊含大量資源鍛煉學生科學思維能力，不僅對教師開展探究式教學提供有效幫助，還對學生構建科學知識體系，強化邏輯推理、批判性思維能力也大有裨益。

（一）知識體系編排中的科學思維邏輯

生物學課程在知識編排上遵循一定的科學思維邏輯，以人教版高中生物學課程教學為例，從分子與細胞、遺傳與進化、穩態與環境等模塊的設置來看，各模塊之間層層遞進、緊密相連。以分子與細胞作為基礎，為學生搭建起認識生命微觀結構的基石；遺傳與進化則在此基礎上，深人探究生命延續與演變的奧秘；穩態與環境進一步拓寬視野，闡述生物與環境間的動態平衡。不僅如此，模塊內部的章節內容也具有連貫性，由淺人深，引導學生逐步構建完整的知識體系。

在“分子與細胞\"課程中，首先講到組成細胞的物質，如各種化學元素及其化合物，為細胞結構和功能的進一步理解奠定基礎。然后學習細胞的最基本組成：自外而內細胞膜、細胞質到細胞核，可使學生逐步獲得完整細胞體的認知，這也是一個自下而上的思維過程。之后，若要深入理解細胞的功能，如物質如何進出細胞膜、細胞如何呼吸和利用太陽能量，都需要學生運用之前學過的細胞結構的知識來解答這些問題，并通過歸納法和抽象法提煉細胞代謝的一般原理。同時運用演繹法和推理能力，如根據已知的細胞呼吸法則對不同環境條件下的細胞呼吸類型的預測及其影響。這種知識組織方法可以促進學生在學習過程中不斷地應用科學思維構建自己的生物學理論。

（二）實驗內容中的科學思維訓練

生物學作為一門以實驗為基礎的科學，課程里的實驗內容宛如一座蘊含無限寶藏的資源庫，為培育學生的科學思維能力創造了極為有利的條件。在實驗進程中，從敏銳地提出問題、大膽地作出假設、精心地設計實驗方案、嚴謹地開展實驗操作、全面收集證據、再審慎地得出結論，每一個環節都深深滲透著科學思維。學生在參與這些實驗的過程中，能夠逐步領悟科學研究的方法與邏輯，進而有效提升自身的科學思維素養。

例如“探究酵母菌細胞呼吸作用方式\"實驗中，要求學生從日常生活中做面包和釀酒的經歷提出問題：酵母菌在有氧氣與無氧氣情況下呼吸作用行為一樣嗎？之后，查閱信息，理解已知的科學理論，作出假設。在計劃實驗時我們須采用控制變量法、對照實驗法，考慮如何調控好有無氧氣的環境，選擇適宜的量表來測定細胞呼吸的產物。在進行實驗時觀察實驗過程，收集數據，使用歸納和概括的演繹邏輯思維去分析實驗現象，得出酵母菌有氧與無氧呼吸方式和產物不同的假設。該項實驗既讓學生鍛煉了實驗技能，又培養了學生的科學研究能力與科學技能，包括批判性思維，學生可能會質疑實驗計劃的準確性、實驗結果的可信度等并深入思考。

（三）圖表和模型中的科學思維呈現

生物學教學中豐富多樣的圖表與模型，堪稱培養學生科學思維能力的關鍵載體。圖表以直觀明了的方式，清晰呈現生物學信息，把抽象晦澀的概念、復雜煩瑣的生物學過程，具象地展示在學生眼前，極大降低理解門檻，助力學生快速洞悉其中奧秘，高效構建知識體系。

例如在\"遺傳和進化\"章節中，用圖像式的方法展示家庭成員的遺傳病狀況，這就要求學生發揮辨識、分析、推理的能力，通過對個體在系譜表上的表現型來識別出遺傳病的傳遞方式并計算基因型及患病率。這類模型還大量出現在教科書中，比如DNA雙螺旋結構模型，可以直觀看到DNA分子在三維空間結構，從而了解遺傳信息的貯存傳遞，也能培養空間構想能力和抽象思維能力。再如“生態系統的結構”，采用的是概念型模型—生態系統的組分關系表格，通過概念間的邏輯關系梳理有關生態系統組分、食物鏈等內容，來提高綜合分析、整體認識和概括歸納的能力。最后，還有數學模型，例如種群數目的增長，我們就能看到兩種曲線：“J\"形和\"S\"形，這種情況下，學生就可以通過對模型曲線的研究，借助數學方法解析種群在不同環境中的數量變化，對將來的發展趨勢進行推測，從而提升數理能力處理生物問題。

二、培養科學思維能力的策略

高中生物學教學培養學生的科學思維能力是至關重要的。這是適應全面性教育要求的，是學生學深學好生物學知識、更好地解決現實問題的有效方法。因此，教師要緊緊圍繞教學目的、結合生物學課程豐富多彩的內容和科研實驗等特點，也考慮高中生認知能力不斷成熟和思維靈活、欠缺等情況，精心安排并運用各種各樣具有針對性的教學手段，這樣才能夠真正達到培養學生科學思維能力的目的。

（一）基于問題導向的情境教學策略

問題堪稱激發思維的源頭活水。在高中生物學教學里，精心創設合理的問題情境，能如同磁石一般，有力吸引學生主動運用科學思維去探尋答案。教師需深入鉆研教學內容，精準把握學生現有的認知水平，巧妙設計一系列兼具啟發性與探究性的問題情境。這些問題既不能過于簡單，讓學生覺得索然無味；也不能過于復雜，使其望而卻步，而是要恰到好處地落在學生的“最近發展區”，激發他們的好奇心與求知欲，引導其深度思考，逐步提升科學思維能力。

在學習“細胞的分化\"這一重要知識點時，教師可精心挑選一段高清、生動的人體胚胎發育視頻，在課堂上為學生播放。視頻中，清晰展現了從單一的受精卵逐步發育成復雜多細胞個體的奇妙歷程，學生能直觀看到細胞的形態從最初的簡單模樣，漸漸變得多種多樣；細胞結構也從基礎形式發展出具有特定功能的細胞器組合；功能更是從最初的簡單分裂，衍生出如神經傳導、肌肉收縮等豐富且各異的類型。教師適時提出兩個關鍵問題：“從一個受精卵到多種不同類型細胞的形成，這背后的原因是什么？細胞分化對個體發育有怎樣的意義？”學生在思考這些問題時，會不自覺地主動回顧已學的細胞分裂知識，在腦海中運用歸納與概括思維，總結細胞分化前后的特征變化；還會嘗試用演繹與推理方法，從已知的細胞生命活動規律出發，推導細胞分化的本質及對個體發育的重要意義。

（二）深度優化實驗教學策略

實驗教學是培養學生科學思維能力的重要途徑，教師應高度重視并深度優化實驗教學。從理論層面看，科學思維的形成離不開實踐操作的磨礪，要確保學生有充足的時間和機會進行實驗操作。只有親自動手，學生才能在實驗步驟推進、現象觀察及數據記錄分析中，深度思考實驗原理與邏輯，進而逐步構建起科學思維體系，提升思維的嚴謹性與創新性。

在“探究影響酶活性的因素\"實驗中，教師應詳細講解實驗原理、方法和注意事項后，讓學生自主設計實驗方案，選擇合適的酶和底物，探究溫度、pH值等因素對酶活性的影響。學生在設計實驗時，需要明確實驗目的，確定自變量、因變量和無關變量，運用控制變量和對照實驗的科學方法設計實驗步驟。在實驗實施過程中，學生仔細觀察實驗現象，如實記錄數據，并對數據進行分析和處理。通過對不同實驗組結果的對比分析，運用歸納與概括的思維方法總結出溫度、pH值等因素對酶活性的影響規律，培養學生的科學探究能力和科學思維能力。

（三）聯系生活實際拓展思維策略

生物學知識與日常生活、社會發展聯系緊密。教師在教學中，應充分挖掘生活實例，將課程內容與之巧妙關聯。創設真實情境，引導學生運用生物學知識和科學思維方法，去剖析和解決生活中的實際問題。這不僅能加深學生對知識的理解，還能提升其科學思維能力，使其更好地適應未來社會發展需求。

在學生掌握了免疫調節方面的知識后，教師可通過結合日常生活中常發生的現象激發學生深入思考。比如有的人吃海鮮后會出現皮膚瘙癢、發紅，甚至呼吸系統不適等情況，在這一時刻，教師設問：“過敏反應是在身體內如何一步步發生的呢？從接觸過敏原開始，直到免疫系統啟動防衛程序，這個過程如何發生？反過來再問，如果我們從免疫調節角度思考這個問題，為什么會不同人出現不同過敏癥狀，對同種過敏原的敏感度因人而異？\"學生回答這些問題，就不得不運用課程上學習到的有關免疫調節方面的理論知識對過敏反應的全過程，如過敏原如何激活身體，又為何造成免疫超敏等詳細解讀。在推理演繹的過程中，不但能清晰表達現實中的過敏現象，還能延伸出消除和治療過敏的思路

三、結束語

高中生物學課程蘊含豐富的科學思維培養素材，教師應深入研究，剖析知識體系背后的科學思維邏輯，充分利用實驗、圖表、模型等資源。教學時，運用問題導向的情境教學、優化實驗教學、模型建構與應用、小組合作探究學習、聯系生活拓展思維等策略，將科學思維培養貫穿教學全程。長期堅持，學生能逐步提升歸納與概括、演繹與推理、模型與建模和批判性思維等能力。這不僅為學生終身學習筑牢根基，還助力高中生物學教學達成培養學生科學素養的重要目標，推動學生全面發展。

【參考文獻】

[1]袁錦明.基于真實問題情境發展學生的科學思維[J].中學生物教學，2022（1）：32-34.

[2]吳文清.例談初中生物學概念教學中科學思維能力的培養[.中學生物學，2019，35（9）：13-14.

3]孫貴君.在高中生物教學中培養學生科學思維能力的策略探析[J]高考，2024（12）：109-111.

[4]謝丹紅.淺談高中生物教學中如何培養學生的科學思維：以“遺傳因子的發現\"為例[』試題與研究，2024（2）：60-62.

[5]王福祥.高中生物教學中科學思維培養的教學案例研究：以“植物細胞的失水和吸水\"實驗為例[J]高考，2024（21）：121-123.