高中生物教學中培養學生科學思維的實踐研究

席長君

[摘? ?要]在高中生物教學中培養學生的科學思維，首先要培養學生尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度，促進學生形成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;其次，要培養學生批判質疑、重證據、重邏輯的理性思維，促進學生思維能力的發展;最后，要培養學生基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學方法的能力，使其在生活、學習和工作中能創造性地發現問題和解決問題。

[關鍵詞]科學思維;高中生物;求知態度

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2020）20-0083-03

生物學是研究生命現象和生命活動規律的科學，也是農業科學、醫學科學、環境科學及其他有關科學和技術的基礎，對社會、經濟和人類生活產生越來越大的影響。生物課程的學習對每個公民來說是不可或缺的，其學習成果是公民素養的基本組成。教育部制定的《普通高中生物學課程標準（2017年版）》明確了高中生物學學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任四個大方面。可見，培養學生的科學思維是高中生物學學科核心素養的重要組成部分。學校教育的目的是為學生未來的人生做準備，如今科學技術發展迅速，新知識的出現層出不窮，僅讓學生掌握知識是不夠的，也不易實現教育目標，而促進學生科學思維的發展是實現學校教育目標的有效途徑。科學思維是自然科學課程最應給予學生的東西，所以培養學生的科學思維是高中生物教學的重要任務。那么，在高中生物教學實踐中，如何更好地培養學生的科學思維呢？

一、培養學生尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度

生物學是一門以實驗為基礎的科學，許多生物學理論和觀點的形成都是建立在實驗的基礎上的。通過運用實驗手段和科學手段搜集到客觀事實作為推理或歸納的證據，才能推動生物學的發展。如果沒有尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度，生物學這門科學就無從發展。如果沒有尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度，是學不好生物學的。由此可見，尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度，是研究和學習生物學的基本態度和方法。

在高中生物教學中，首要任務就是培養學生尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度。每個人生來就會思考，這是人與生俱來的天性。然而，我們日常思考生物常識方面的知識和信息時，留給自己的往往是摻有偏頗、扭曲、局部甚至無知的結果。例如，我們看到植物生長在土壤中，就認為其生長過程中有機物的積累主要來自土壤，這只是我們的主觀感受，沒有運用科學手段予以驗證，并不是科學事實。又如，某種激素能促進植物果實發育的實驗，其結果只能作為這種激素能促進植物果實發育的證據，而不能作為它能促進人體發育的證據，因此，所謂吃了激素催熟的水果就會影響兒童的發育的說法，就是在證據的認定上出現了偏差。究其原因，是人對事物的判斷會受到年齡、生活環境、生活經歷、學習經歷等的影響，這也說明尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度不是與生俱來的，而是需要后天培養的。

高中生物教學中，進化論的發展過程就是培養這方面素養的好材料。拉馬克在對植物和動物的大量觀察的基礎上提出了生物是進化的，廢棄了當時的神創論和物種不變論，對進化論的發展起到了很大的推進作用，但他在應用“用進廢退”解釋生物進化的原因時，僅憑主觀臆想，沒有確鑿的證據做事實依據。達爾文經過五年航海旅行，仔細觀察和收集了各地不同時期的大量動植物化石，并對化石這一事實證據進行比較分析，通過嚴謹、務實的邏輯推理，提出了著名的生物進化的自然選擇學說，被當時的科學界廣為接受，成為十九世紀自然科學最偉大的三大發現之一。在教學這部分內容時，通過對學生提問“請對兩位偉大的科學家所提出的觀點進行科學評價，說明它們偉大在哪里？不足之處又在哪里？”將引導學生水到渠成地得出：兩位科學家對生物進化原因的解釋，達爾文的自然選擇學說更站得住腳，這是因為他更尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度。由此可見，偉大科學理論是建立在尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度的基礎上的。高中生物教學需從培養學生尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度開始。

二、培養學生批判質疑、重證據、重邏輯的理性思維

當今社會處于信息大爆發的時代，在日常生活中，人們會在電視、網絡、報紙雜志等媒體中接觸到大量與生物科學相關的信息，諸如保健品、營養品、減肥藥、美容產品、長壽藥物等方面的商業廣告推銷可謂鋪天蓋地，產品營銷者充分抓住消費者愛美心切、健康心切、長壽心切的一些不切實際的甚至違反規律的心理，夸大產品功效。部分人會不惜花費半生積蓄，大加購買，最終不僅掏光了個人積蓄，卻未能實現自己的夙愿，反而還因減肥、美容等留下后遺癥，導致痛苦不堪。

究其原因，主要是人們在面對大量信息時，人云亦云，隨大流，盲從，缺乏辨別信息真偽和篩選對自身有用信息的素養，缺乏在鑒別信息和消費理念上的理性思維。要解決這一根本問題，就要提高人們的科學素養。從教育層面來講，最好就是在學校教育中培養學生批判質疑、重證據、重邏輯的理性思維。

在高中生物教學中，只要認真挖掘教材，就會發現教材中有很多培養理性思維的好素材，教師在教學時，不能只把教材內容作為教學的核心內容，還應把教材上升為素養培育的載體，突出培養學生理性思維的教育。比如，在教學高中生物必修2第二章第二節《基因在染色體上》時，不僅要讓學生了解摩爾根是如何選用果蠅做遺傳學雜交實驗，又是怎樣通過實驗得到“基因在染色體上”這一結論的，還要挖掘他為什么想到做這個實驗。雖然孟德爾通過可靠的實驗數據總結出了兩大遺傳規律，薩頓也通過類比推理法認為基因在染色體上，但摩爾根并未被動接受這兩位偉大科學家的結論，而是針對孟德爾所用實驗材料的有限性對遺傳規律產生了質疑，對薩頓缺乏實驗依據的類比推理結論持懷疑態度。于是在強烈求知欲的指引下，他找到理想的實驗材料——果蠅，勤奮地做了一系列新的實驗。當大量果蠅實驗的結果確證了孟德爾的遺傳規律之后，他不僅接受驗證了前兩位科學家的結論，還發現了新的定律。由此可見，很多科學新發現都是從大膽質疑、重證據、重邏輯的理性思維開始的。

因此，在教學中教師要充分挖掘教材典例，鼓勵學生質疑，培養學生“不唯上，不唯書，只唯實”的問題意識。這樣，不僅能培養學生的理性思維，還能助推他們以理性思維辨別生活中所接觸的信息是否科學，進而能夠健康幸福地生活。

三、培養學生基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學方法的能力

生物學研究過程中，除了要具有尊重事實和證據、崇尚嚴謹和務實的求知態度外，還需要使用恰當的科學方法進行加工處理和提煉才能形成科學理論和觀點。僅通過科學手段搜集的科學事實和證據，是零散的、無活力的，猶如一堆鐵礦石，如果沒有經過高爐的冶煉，是成不了工業建造的精華材料的。可見，科學方法對于人的學習和研究的重要性。

高中生物教學需要培養學生基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學方法的能力。對此，筆者從教材中挖掘經典案例，在教學中適時運用，以培養學生的相關能力。例如，細胞學說的教學案例是培養學生運用歸納概括方法的好材料。起初，德國植物學家施萊登在研究植物生長發育過程中通過對植物組織的大量觀察，獲得大量的事實證據，并進行比較分析，發現它們都有一個共同點：都由細胞這個單位組成。施萊登把這一事實告訴了正在進行脊椎動物脊索和軟骨結構研究的動物學家施旺，施旺受到啟示，以相似的方法同樣得出了“動物也由細胞構成”這一事實證據。于是兩位偉大的科學家分別通過各自大量觀察所獲得的事實證據共同歸納和概括出了細胞學說，揭示了“動植物都由細胞組成”這一統一性。教師在教學中需要運用這樣的經典案例，并以故事的形式引導學生掌握歸納概括的方法，及通過一系列事實歸納概括出一般結論的方法，學會運用比較思維提煉出事物間的內在共性，然后再遷移到其他知識（諸如概念和生理過程）的教學中，讓學生運用比較思維，歸納概括出相關知識或生理過程的共同點和不同點。比較思維也是高中生物學習需要掌握的常用方法。

演繹與推理是生物學研究的常用方法。在經典遺傳學里，孟德爾用假說演繹法總結出了基因分離定律和基因自由組合定律兩大遺傳規律。摩爾根用假說演繹法確定基因在染色體上，奠定了遺傳學的基礎。可見，選擇正確的科學方法是取得科學成果的保證。遺傳學內容的教學目的，除了讓學生了解遺傳學的相關知識外，更重要的是讓學生理解與掌握演繹與推理的方法，并運用這種方法解決遺傳學中的實際問題，從而培養學生的邏輯思維。那么對這部分內容該怎樣進行教學呢？教學的重點是學習假說演繹法，包括“發現問題—提出假說—演繹推理—實驗驗證—得出結論”這五個步驟。教學中，筆者先讓學生了解這五個步驟。對于“提出假說”這個步驟，思維難度過大，這個環節的完成需要深厚的專業知識做支撐，同時需要想象力和靈感，對此，并非是誰都能輕易做到的，所以教學的重點應放在“演繹推理”環節上，也就是通過提出對問題解釋的假說，進行嚴密的邏輯推理。比如，對分離規律，教材揭示了孟德爾利用一對相對性狀的豌豆作為雜交實驗材料，結果F1代全為高莖，F2代出現了3∶1的性狀分離比這一結果，課例中對此提出了“為什么”，于是提出了生物性狀是由遺傳因子決定的等四個假說，對于這些假說的提出大多數學生只能理解其巧妙性，但并不理解其本質內涵。要證明這些假說是否成立的關鍵環節就是針對所提出的假說設計一個實驗進行推理驗證從而得到一個相應結論。那么所提出的假說就成為推理過程的“事實和證據”，推理過程需要強調符合客觀和合邏輯推，邏輯需要嚴密，強調實證。這樣的教學，可讓學生體驗當科學家的感覺，讓學生通過假說證據推導出結論，訓練學生邏輯思維的流暢性和嚴密性，達到培養學生演繹推理的科學方法的目的。

模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化的、概括性的描述。如物理模型就是借助于具體的實物或其他形象手段幫助理解抽象或微觀結構。教材中呈現的典型物理模型有真核細胞的結構模型、細胞的流動鑲嵌模型、DNA分子的雙螺旋結構模型。在教學中，教師可讓學生利用實物去構建真核細胞的結構模型和DNA分子的雙螺旋結構模型，采用畫圖的形式構建細胞的流動鑲嵌模型，而后通過評獎等形式激發學生的建模興趣，讓學生在愉快的體驗中掌握建模的方法。此外，對于體液免疫和細胞免疫概念模型內容，在教學中可采用概念模型圖解的方法呈現復雜的生理過程，進行學生建構概念模型的能力培養。在教學種群數量變化時，可結合“J”型增長和“S”型增長的數學表達式或坐標曲線圖進行數學模型方法的培養。

生物學作為一門自然科學，其發展離不開科學實驗，而科學實驗離不開科學方法的指導。在高中生物教學過程中，培養學生運用科學方法的能力，是培養學生科學思維的重要任務。

總之，培養學生的科學思維，需要教師認真研究教材，結合新課標領悟教材的編寫意圖，深挖教材與培養科學思維的相關且豐富的素材，認真備好課，在教學活動中適時地提出有利于學生科學思維培養的針對性問題，對學生進行科學思維的潛移默化訓練，逐步培養學生的科學思維，讓科學思維成為學生思考與解決問題的一種思維習慣。作為教師，應努力培養學生的科學思維，樹立學生的科學世界觀和科學價值觀，從而讓他們能夠健康幸福地生活和工作。

（責任編輯 黃春香）