基于培養學生科學思維的生物學課堂教學

黃曉君

摘要：中學生物學科核心素養中提到要形成“科學思維”，即“崇尚并形成科學思維的習慣”。本文介紹了培養科學思維能力教學模式的重要性、模式實施的程序，該程序包括：即：“誘導質疑（反思）→獲取信息（分析）→歸納評價（批判）→檢驗假設（實證）→發現規律（邏輯）”，結合教學實例來展示模式的實施。

關鍵詞：核心素養;科學思維;生物課堂教學;邏輯性

隨著知識經濟時代的到來，社會發展對人才的培養提出更高要求，不僅要求培養學生思考問題和解決問題的能力，更要培養學生的決策能力、批判能力和創新能力等。如何培養學生的科學思維，提升學生的科學思維能力，成為近年來課堂教學中關注的重點。

一、在生物教學中培養高中生科學思維的重要性

中學生物學課程應聚焦核心素養，目的是強化學科育人功能。中學生物學科核心素養中提到要形成“科學思維”，即“崇尚并形成科學思維的習慣”。我國教育一直提倡創新、提倡發展，教師與學校都做出了積極的改變，但由于受到受現行高考模式和傳統教育理念的影響，在不少生物課堂上還是以是“灌輸式”、“填鴨式”為主，教師忽視學生獲取知識的過程，忽略對學生科學思維能力的培養，這對學生綜合學習能力的提高乃至其自身理性思維體系的構建都有一定的影響。凡事預則立，不預則廢。隨著有關生物的“核心素養”提出，科學思維作為生物學習的重要組成部分，被再一次強調。

科學思維是人類最高級的思維階段，在生物教學中培養高中生科學思維，不僅是完成生物核心素養教育的重要任務，也是由高中生物學科的屬性所決定的，生物學是研究生命現象和生命活動規律的一門科學，有著科學的特征，即通過假設明確思維方向、通過觀察分析獲取充實的事實或理論依據、進行實驗推理和論證等一套科學過程來研究生物學現象，解決自然界問題，并在解決問題和解釋現象過程中運用給予證據和邏輯的思維方式，這便是核心素養中提倡的科學思維。科學思維的提出是生物教育理性的回歸，將有望打破“生物是理科中的文科”的說法，使生物恢復到應有的科學高度。因此，在高中生物教學中，落實科學思維的培養是生物學教學的重要目標，教師應該滲透這種科學方法，課堂上給學生更多機會對生物學問題進行質疑、假設、分析、推理以及論證等，以提高學生的科學思維能力和素養。

二、基于科學思維培養的教學設計的實施程序

在高中生物課堂中如何具體地落實科學思維能力培養呢？下面筆者以 “伴性遺傳”一節的教學設計為例，具體探討相關教學模式的實施。

新舊知識的交接點是學生思維的基礎，認知沖突是學生思維的原動力。根據中學生心理特點和認知規律，《伴性遺傳》這一節是在先學習了孟德爾的兩個基本定律、減數分裂過程中染色體的行為的內容的基礎上，這樣的教學順序安排體現了科學研究過程的真實過程，更能使學生體會遺傳學的建立是一個不斷實驗、研究、推理、修正以及發展的過程，本節教材的編寫思路很清晰，通過實例分析，讓學生先觀察現象產生疑問，又通過設置 “問題連續體”激發學生的分析討論、獲取信息、歸納評價、并最終發現規律，完成知識建構，從而促進學生思維的發展。

即：“誘導質疑（反思）→獲取信息（分析）→歸納評價（批判）→檢驗假設（實證）→發現規律（邏輯）”，程式如下：

三、基于科學思維培養的教學模式的具體運用

（一）創設情境，感知——為思維活動指明方向：

【情景一】電腦展示三幅圖片（白化病患兒、紅綠色盲檢查圖、抗維生素D佝僂病患兒），同時展示發病情況介紹材料。

【問題】①為什么在遺傳病面前，有些是男女幾率一樣，有些則男女不一樣呢？

②后兩種遺傳病都與性別相關聯，但為什么表現又不相同？

設計意圖：紅綠色盲，白化病等遺傳病學生在生活中比較熟悉的例子，關于它們的遺傳特點和預防措施應該是學生比較關心且感興趣的內容。因此，先讓學生通過資料了解相關信息，以獲得對三種伴性遺傳病的感性認識。這一方法主要是啟迪學生思考，產生驅動力，為學生思維活動指明方向——伴性遺傳有什么特點呢。

（二）分析問題，激疑——為思維活動確定目標

【情景二】展示某地區人類紅綠色盲的調查結果和一個紅綠色盲家系圖譜，學生分析思考。

【問題】①這些患者都是什么性別？說明色盲遺傳與什么有關？

②紅綠色盲基因是顯性基因還是隱性基因？

③Ⅰ1傳給Ⅱ2的是X染色體還是Y染色體？Ⅱ2是否患病？

④這說明紅綠色盲基因位于X染色體上還是Y染色體上？

⑤紅綠色盲的遺傳特點是什么？

設計意圖：首先，激疑不能太具體，教師要給學生發現問題、 提出問題的機會。其次，激疑要定向，要鮮明地指向所探究的目標。 激疑在這里行使著激發學生發散思維、提出問題的功能，而不是引向標準答案。筆者設計的前三個問題學生通過分析圖表獲取信息，可以很快找到答案。第四個問題的解決，對學生來說也不難，教師可以組織學生通過書寫遺傳圖解來獲取答案，這樣就落實了科學思維中模型構建的能力的培養。對于第五個問題是本節的重點和難點，只憑學生個人不容易解決。這樣的問題設置有層次性，符合學生思維的發展規律，也為思維活動確定目標——分析伴性遺傳圖解。

（三）引導合作，自主學習——為思維活動構建路徑

筆者在這一階段教學設計時，是通過組織學生小組討論來完成。為了讓學生順利解決第五個問題，把它分解成問題鏈：①在第四個問題解決的基礎上，讓學生寫出男女性的正常色覺和紅綠色盲的基因型和表現型。②寫出六種婚配方式的遺傳圖解。③分析所寫的遺傳圖解，特別注意女性患者的父親和兒子有什么表現，正常男性的母親和女兒有什么表現，從中揭示出X染色體遺傳的特點：交叉遺傳。再與白化病類比，歸納出隔代遺傳的特點。④最終歸納出紅綠色盲作為伴X隱性遺傳病的遺傳特點。

設計意圖：學生圍繞層層鋪設的問題，開展小組合作學習，設問從學生熟悉的角度入手，并且問題設計指向性明確，教師連續設問，逐漸深入，學生通過討論活動后很容易掌握規律，就這樣，把學習的自主權交回給學生，讓學生真正成為課堂教學的主體，教師做好學生學習的引導者、輔助者、參與者，大大激發了學生學習的積極性和原動力，學生參與其中，通過構建模型，科學論證最終嘗到成功的喜悅。

（四）組間交流、多元質疑——為思維活動留空間

通過自主探究之后，學生分小組匯報他們的學習成果，學生通過對材料現象的細致研讀，從中進行分析、推理、獲取信息或歸納等一系列理性思維，最終得出科學的結論。教師要為學生的學習成果提供交流展示的機會，進行思維交流和碰撞，并對其他小組的實驗提出質疑和評價，學生為自己能發現規律而感到高興，同時又分享了別人的成果，提高了自己的認識。從而培養學生的質疑精神和批判性思維。

（五）拓展延伸——為思維能力得到提升

1.課堂上的問題拓展

【情景】展示另一種伴性遺傳病──外耳道多毛癥的相關圖片及遺傳圖解

【問題】外耳道多毛癥是否有伴性遺傳現象？它的遺傳方式是什么？你能否通過紅綠色盲的遺傳特點分析抗維生素D佝僂病和外耳道多毛癥的遺傳特點？

【問題解決】學生能說出外耳道多毛癥有伴性遺傳現象，是伴Y遺傳的方式。但后面的問題對部分學生來說還是有一定難度的。因此，教師可提示他們運用類比推理的方法，相互討論解決。類比紅綠色盲和常染色體顯性遺傳的特點的分析方法，先分組寫出六種婚配方式的遺傳圖解，分析所寫的遺傳圖解，從中揭示出伴X染色體顯性遺傳的特點。

2.課后的問題拓展

“伴性遺傳在實踐中的應用”這一內容直接與生產實踐聯系，體現了新課程的理念——“注重與現實生活的聯系”。學生對這一內容很感興趣，提出了很多問題。可以鼓勵學生就兩個問題展開研究，一方面模仿遺傳學家，根據某對夫婦的家族遺傳病史，分析其后代的發病風險，并提出有效的預防措施;另一方面在生產實踐如何根據性狀來確定動物幼年時的性別。那如何設計一個雜交實驗，使得其子代能根據性狀來區分性別？學生課后收集資料，書寫并分析遺傳圖解，然后在班上匯報成果。

設計意圖：這樣的做法引導學生運用剛學的伴性遺傳的知識來分析和解決現實生產生活中的問題，讓學生形成基因控制性狀的生命觀念，并且通過利用知識達到優生目的以及運用到農業生產中，讓學生能夠體會到學有所用，提高了學生的社會責任感，激發了學生自主解決問題的自豪感，也培養了他們的科研實踐能力。

四、基于科學思維培養的教學模式的反思

本節課的教學價值取向定位為發展學生科學思維素養，教學理念是契合新課程教學要求的，學生深刻體會科學研究的過程，在不斷思考、質疑、解決問題的過程中獲取新知，形成學生個體的生物學思維方式、生物學結構化模型以及生物學科學探究能力等。教學過程中，教師引導學生反復寫出遺傳圖解，不斷預期實驗結果，不斷尋找解決問題的思路，盡可能地還原科學家研究的過程，讓學生成為課堂教學的主體;設計的問題環環相扣，充分培養學生思維的邏輯性，體會科學研究的嚴謹性。

但是任何先進的科學的教育理念，在轉化為教學行為時，都必須本土化、個性化。我校學生在長久傳統教學模式影響下，思維固化，自主學習意識較薄弱，在教學過程中，教師需考慮再給學生多一點信任，給學生創造更好的發展空間;教師在教學過程中提出問題后，可考慮再給學生多一點思考的時間，讓學生有一個明理的過程，這更有利于學生發展;今后教學過程中，教師要多學習，多閱讀，在教學過程中，能夠給予學生更多的事實鋪墊，讓學生能在思維的寬度上不斷提高。

總之，教師在教學中，應逐步調整自己的教學行為，讓學生成為課堂的主體，在傳授知識與技能的同時達到育人的效果，實現提升生物學科核心啥樣的課程宗旨。

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