由問題引領，培養學生的科學思維

張 祥

科學思維是生物學新課程標準提出的四大核心素養之一。它指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，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。［1］問題是思維的起點，當前生物學教學的最大問題在于教師不善于將知識轉化為問題來引領學生思考，導致學生的問題意識淡薄。［2］所以，核心素養視域下的生物課堂中，教師應該摒棄過去滿堂灌的知識教學觀，學會以知識為載體，通過問題引領、創設問題情境來發展學生的思維品質，樹立從“知識本位”走向“素養本位”的教學觀，提升學生的科學思維能力，為學生的終身學習與發展奠定基礎。

一、關注生物學原始問題，培養學生科學思維方法

“原始問題”是指直接來自自然界、社會生活、生產實踐和科學研究，能夠反映科學概念、規律及原理的典型現象和事實的問題。從原始生物學問題入手，最終解決或了解生物學現象的本質是生物教育教學的價值所在。［3］原始問題是相對于傳統抽象理論問題而言的，傳統抽象理論問題往往是教師或資料編寫者從教材中找出一些只需要學生記憶或簡單理解的問題，如“酵母菌的遺傳物質是什么”“為什么說糖類是生物體生命活動的主要能源物質”等淺層次的問題。這些問題因為是從原始問題的現象與事實中抽象剝離出來的，學生只需回顧課本的知識點，就能夠解決這類問題，但同時學生失去了面對復雜的真實情境時進行直覺整體體驗、分析與判斷以及歸納提煉等科學思維的機會。

科學思維既是一種能力的培養，也是一種重要的思考方式，其培養必須基于邏輯推理（包括歸納、概括、演繹、推理、論證等）。基于原始生物學問題引導學生思考、探究可以培養學生科學思維的方法，當然這需要教師善于從平時生產、生活及自然界中挖掘有價值的問題。

例如，在學習“糖類的分類與功能”一節內容時，教師可以引入糖尿病人的飲食作為研究學習的主線，讓學生課前先調查糖尿病患者的飲食結構，然后在課堂上通過生活中的問題來引導學生思考。教師可以提問：糖都是甜的嗎？甜的食品都含糖嗎？糖尿病人是否所有的糖類食品都不能吃？哪些糖類糖尿病人可以多吃？糖類有哪些種類？它們在人體內分別有什么功能？等等。之后，教師展示生活中常見的各種食材，讓學生討論它們都含有哪些糖類，還可以展示一些宣稱不含糖的食品廣告，讓學生討論糖尿病人是否可以任意吃。在學生討論結束后，給出醫生對糖尿病人的飲食建議。

二、設計遞進式問題鏈，提升學生科學思維高度

所謂“遞進式問題鏈”，就是根據本單元本節課的學習目標，結合學生已有的認知水平，在教學實施過程中將學生需要掌握的知識和能力借助課程資源轉化為具有系統性和挑戰性、相互獨立而又層層遞進的教學問題組。它有利于學生圍繞一個重要概念展開思考，了解重要概念形成的來龍去脈，從而使學生掌握科學思維的方法，讓學生的思維活動從無序走向有序，從低階思維走向高階思維。

例如，在探究生物膜結構的教學時，教師可以提供以下資料供學生思考：

資料1：1895 年歐文頓用500 多種化學物質對植物細胞的通透性進行了上萬次實驗研究，他發現不同物質的通透性不一樣，可以溶于脂質的物質比不能溶于脂質的物質更容易透過細胞膜進入細胞中。1897 年，另有學者用紅細胞做了類似的實驗，也證明了分子穿膜的通透性與它在脂質中的溶解度有關。基于這些事實，1898 年，歐文頓提出了一個假說：膜是由脂質組成的。

資料2：1925 年，荷蘭科學家戈特和格倫德爾利用脂質單分子層技術測定了人的紅細胞膜中脂質分子單層表面積，并且估算了紅細胞膜的表面積，發現脂質單分子層面積是紅細胞膜表面積的兩倍。

資料3：1959 年，德國生物學家羅伯特森通過電鏡看到了質膜清晰的“暗—亮—暗”三層結構。他結合其他科學家的研究，提出了生物膜是由“蛋白質—脂質—蛋白質”構成的“三明治”模型，而且他認為生物膜是靜止的結構，化學成分不會改變。

依據以上幾則資料，教師可以通過設計以下遞進式問題鏈來提升學生思維的層次：

（1）歐文頓為什么要做大量的重復實驗？歐文頓的結論是否一定正確？質膜是否還含有其他成分？如何驗證我們的觀點？請設計實驗并驗證結果。這一問題鏈不僅讓學生體會到科學實驗的嚴謹性，理解平行重復實驗可以使實驗結果更加真實、準確，而且滲透了“邏輯與實證相吻合、結構與功能相統一”的觀念，有利于培養學生科學探究與創造性思維能力。

（2）推測生物膜中磷脂分子的排布方式，嘗試構建生物膜的結構模型。根據建構的模型，討論分析模型和質膜在生物學功能上的不同之處。這一問題鏈能夠啟發學生思考，通過動手建構模型，訓練學生的分析能力，不斷向學生滲透“結構和功能相統一”的生命觀念。

（3）既然生物膜的“三明治”結構與質膜的許多功能相矛盾，為什么電鏡下看到的膜顯示出“暗—亮—暗”三層結構？羅伯特森認為生物膜結構模型是靜止的，這和生物膜的功能不相適應，請設計實驗探究構成質膜的分子是可以運動的。這一問題有利于培養學生的科學探究及發散性思維能力，同時激發學生能提出新的問題，讓思維活動貫穿課堂學習活動的始終。

三、創設多種問題情境，拓展學生科學思維深度

1.利用實驗操作失誤創設問題情境。

生物學是一門實驗學科，學習和掌握實驗技能是中學生物教學中不可或缺的部分。學生在實驗操作過程中，常常會出現失誤，導致實驗現象不夠明顯，此時教師可以借此失誤來創設問題情境，引導學生探討錯誤操作與正確操作的差異及其原因，讓學生真正理解每一步操作的意義，在反思與糾正中培養學生正確的思維方式，拓展學生科學思維的深度。

例如：在做“葉綠體中色素的提取與分離”實驗時，有學生在研磨綠葉前忘記添加二氧化硅或碳酸鈣，研磨后發現了，就想把研磨好的材料倒掉重做。此時，我們要求學生不要將研磨好的材料浪費了，不如做一個探究：看看如果不加二氧化硅或碳酸鈣實驗會出現怎樣的結果，為什么會出現那樣的結果。通過對照實驗，學生就更能清楚地明白研磨時為什么要添加這兩種物質。

2.根據生產生活現象創設問題情境。

在真實的生產生活中，學生看到了很多的生物學現象，其中蘊含了豐富的生物學知識，但學生卻很少思考其內在的機理。教師如果善于在課堂上根據學習目標和內容，適當地將來自生活中的常見現象與所學內容相聯系，不僅能很好地激發學生的學習興趣、促進學生的思考與探究，而且有利于學生創造性地將所學知識應用于實踐，從而讓學生感到學有所用，體會到學習的價值。

例如：在學習“呼吸作用”一節內容后，教師可以提出以下問題，拓展學生對所學知識的理解。（1）到了收割季節，農民伯伯將稻子等糧食收獲后為什么要曬干后才放入糧倉儲藏？而且隔一段時間還要通風透氣？（2）平時蔬菜水果采摘后該如何保鮮？（3）稻田中水稻根系為什么能長時間耐水淹？為什么隔一段時間稻田需要將水放干曬田？通過思考這些基于真實情境的問題學生加深了對所學知識的理解與遷移應用，有效地提升學生內隱的學科關鍵能力，促進思維深度的發展。

除了這些，教師還可以從多重角度、多個層面恰當地創設不同問題情境，如利用新聞熱點、運用生物科學史、利用教材中的資料分析等，達到讓學生結合情境學習生物學知識、提升學科能力、培養高階思維的目的。

在課堂中培養學生科學思維的方法和能力不僅是生物學新課程改革的內在要求，也是學生終身發展和適應未來社會生活的必然需求，學生的科學思維的提升不是靠零碎知識的堆積，而是需要教師在日常教學中通過多種方式，創設多種情境，不斷地激發學生探究和思考的欲望。唯此，才能真正發展學生的科學思維。