發(fā)展學習者核心素養(yǎng)

摘 要：生物學課程是學習者思維品質(zhì)提升的重要載體，高中生物教師應在課堂教學中關注學習者科學思維（或理性思維）的培養(yǎng)。教師在深入理解“科學思維”水平劃分的基礎上，通過模型建構(gòu)、生物知識教學、設計生物實驗等多種途徑培養(yǎng)學習者的科學思維能力，提高學習者的思維品質(zhì)。

關鍵詞：科學思維；高中生物；課堂教學

我國新一輪高中生物課程改革提出，將以發(fā)展學習者生物學核心素養(yǎng)（由生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任組成）為目標。科學思維是核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是高中生物學科核心素養(yǎng)和學科能力的基本構(gòu)成要素。如何在高中生物課堂教學中培養(yǎng)學習者的科學思維能力，提高學習者的思維品質(zhì)，一時成為高中生物課堂教學中普遍關注的問題。

一、科學思維與高中生物學

思維是人腦對客觀現(xiàn)實間接、概括的反映，是揭示事物本質(zhì)特征及內(nèi)部規(guī)律的理性認識過程。科學思維是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。在2017年普通高中生物學課程標準的課程性質(zhì)中指出：高中生物課程將在義務教育基礎上，不僅要讓學習者獲得基礎生物學知識，還要讓學習者領悟生物學家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法。高中生物學課程期待學習者主動地參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設和發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng)成科學思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展終身學習的能力。可以說，高中生物學課程是學習者思維品質(zhì)提升的重要載體。結(jié)合多年教學經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，教師課堂教學是提高學習者思維能力的主渠道，在教學活動中通過引導學習者明確思維目的，營造良好的思維情境，激發(fā)學習者思維興趣，促進學習者積極思考；然后教給學習者科學思維方法，優(yōu)化學習者的思維結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)良好的思維品質(zhì)，特別注意指導學習者反省思維過程，并自覺養(yǎng)成良好的思維習慣，從而提高學習者的科學思維能力。

二、培養(yǎng)學習者科學思維的策略

1.深入理解高中生物學核心素養(yǎng)中的“科學思維”水平劃分，細化多維度認知過程（表1）。

從上表可以看出，科學思維的四個素養(yǎng)水平逐級提升，要求學習者在學習過程中逐步發(fā)展科學思維，如能夠基于生物學事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學社會議題。

2.強化高中生物模型建構(gòu)教學，促進學習者科學思維提升

高中生物學研究中的模型一般包括物理模型、數(shù)學模型和概念模型等。下表是對高中生物學中可運用模型的教學內(nèi)容進行的初步匯總（表2）。

模型建構(gòu)是建立在對抽象知識理解的基礎上，有明確的思維方向，且建構(gòu)過程也是對知識的“再加工”。在高中生物課堂教學中引導學習者建構(gòu)模型，是提升學習者科學思維的重要方式。

案例1：建構(gòu)種群增長的數(shù)學模型

情境：根據(jù)實驗設計，學習者分組對培養(yǎng)液中酵母細胞數(shù)量的變化進行了連續(xù)觀察和計數(shù)。各實驗小組按教師提出的要求以時間為橫坐標，酵母細胞數(shù)量為縱坐標，繪制了酵母細胞數(shù)隨時間變化曲線圖，由各小組展示并描述酵母種群中細胞數(shù)量變化曲線。

各組的曲線幾乎都顯示，開始時酵母細胞數(shù)量隨時間延長逐漸增加，增長速率逐漸加大，但一段時間后酵母種群大小逐漸穩(wěn)定，增長速率趨于零，如圖甲。

教師進行分析、引導：各組的生長曲線都很接近，說明該曲線代表了在有限空間中種群增長的共性。這些曲線的形狀似字母“S”，因此稱為“S型曲線”。那么，哪些因素影響酵母細胞數(shù)量的變化？

學習者討論、交流：在酵母培養(yǎng)的初始階段，由于營養(yǎng)和空間充足，酵母細胞數(shù)量迅速增加。隨著細胞數(shù)量的增多，營養(yǎng)物不斷消耗，有害代謝產(chǎn)物逐漸積累，培養(yǎng)基pH發(fā)生改變，環(huán)境容納量終于接近飽和，限制了種群的增長。

教師借勢引導：在自然條件下，除上述因素外，還有哪些因素會影響種群的增長？（引出生物與環(huán)境相適應的觀念）

教師進一步提問：如果在理想的無限環(huán)境中，即資源和空間十分充足，沒有天敵和其他災害等情況下，種群增長的態(tài)勢還會呈“S”型曲線嗎？（引出“J”型生長曲線，即圖乙的討論）

這種情況下，假定酵母菌種群的起始數(shù)量為N0，一定時間間隔后為N1，這樣可以得到當前時刻與前一時刻種群數(shù)量的比值，即種群增長的倍數(shù)λ（λ=N1/N0=N2/N 1…），那么t個時間間隔后該種群的數(shù)量是多少？

學習者思考討論后得出公式：Nt=N0λt。

教師將實驗數(shù)據(jù)加以歸納和抽象，提升到從理論上建構(gòu)種群增長的數(shù)學模型的高度（科學思維）。

有些模型建構(gòu)活動如本活動需要較長的時間，可以采用課內(nèi)外結(jié)合的方式開展。教師要對學習者活動提出明確要求，教會學習者科學地觀察和記錄。在科學研究中，構(gòu)建數(shù)學模型是一種解決實際問題、探索客觀規(guī)律的有效途徑。引導學習者構(gòu)建生物學研究模型，有利于培養(yǎng)學習者透過事物現(xiàn)象揭示其本質(zhì)特性的洞察力以及簡約嚴密的思維品質(zhì)，體驗由具體到抽象的思維模式轉(zhuǎn)化。

3.落實生物知識（包括概念、原理、規(guī)律）教學，培養(yǎng)學習者科學思維品質(zhì)

生物學概念是反映生命現(xiàn)象和生命過程本質(zhì)屬性的一種思維方式，是生物事實的抽象。

借助于這種概括、抽象的思維方式，人們找到了復雜自然世界的簡單規(guī)律，建立了假說、模型等抽象的思維方式。生物科學方法教育就是要幫助學習者生動活潑地、主動地從諸多事物及其變化中去尋求規(guī)律、構(gòu)建科學概念。學習者對重要概念的理解過程中需要科學思維的參與。教材和生物知識文本是重要概念的載體，重要概念的掌握需要學習者在教師的引導下對教材、知識文本進行科學的分析，如表3。

教師在課堂教學過程中要引導學習者經(jīng)歷分類、比較、分析、推斷、解釋、概括、建模等認知過程，幫助學習者建立生物學重要概念，并以此來建構(gòu)合理的知識框架，進而為學習者能夠在新情景中解決相關問題奠定基礎，并提升學習者運用科學思維的意識和能力，培養(yǎng)學習者的科學思維品質(zhì)。

4.巧妙規(guī)劃與設計生物實驗，發(fā)展學習者的科學思維能力

高中生物學課程中的實驗分為驗證性實驗和探究性實驗，都有助于學習者理解生物學重要概念、獲得相應的實驗技能。一部分驗證性實驗可以在精心規(guī)劃和設計下融入探究成分，以發(fā)展學習者的科學思維和探究能力。

案例3：《檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)》教學設計

課前，教師為每組學習者準備蘿卜、花生、大豆三類典型的實驗材料，提供規(guī)范的操作方法；此外，還為全班準備面粉、西紅柿、馬鈴薯、小白菜、甘藍葉、甘蔗汁、葡萄糖溶液、食用油等當?shù)匾撰@取的材料，為部分學習者自主選擇實驗材料嘗試探究提供可能。

學習者按照實驗操作檢測發(fā)現(xiàn)蘿卜中有還原糖，花生含脂肪，大豆含蛋白質(zhì)。教師引導學習者思考：在實驗中為什么選擇蘿卜、花生、大豆作為典型的實驗材料？能否有替代品？如果使用其他材料進行實驗，結(jié)果又會如何呢？

在討論中引導學習者思考：生物組織中是否只含有一種物質(zhì)，比如蘿卜中是否只含有還原糖，有沒有蛋白質(zhì)？能否用蘿卜來檢測蛋白質(zhì)？能否檢測花生中的還原糖，大豆中的脂肪呢？

驗證性實驗通常有明確的實驗步驟和預期結(jié)果，實驗中學習者往往會不假思索，按部就班地進行操作，得到預期結(jié)果便算完成了任務。本案例在驗證性實驗的基礎上，為學習者提供了更為豐富的實驗材料，使原本的驗證性實驗具有了一定的探索空間。在實驗中，教師應注重激發(fā)學習者主動思考和探究的積極性，使其對實驗原理、材料選擇以及操作要求等有更深刻的理解。這種設計安排，在加強學習者動手技能、養(yǎng)成實驗室工作習慣、強化生物學概念的同時，也培養(yǎng)了學習者的科學思維和科學探究能力。

科學思維是崇尚嚴謹、尊重證據(jù)的思維，培養(yǎng)良好的思維習慣是課堂教學的目標之一，所以科學思維能力的培養(yǎng)應滲透在高中生物學課堂教學中，“授之以漁”才能真正提升學習者的生物科學素養(yǎng)。

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