基于科學思維培養的生物學課堂教學

沈偉云

摘要 以“身體的防衛”課堂教學為例，通過建構概念、析圖繪圖、分析推導、鼓勵質疑、聯系科技來培養學生歸納與概括、模型與建模、演繹與推理、批判性思維、創造性思維等科學思維。

關鍵詞 科學思維 課堂教學 身體的防衛

中圖分類號G633. 91

文獻標志碼B

科學思維是一種基于證據和邏輯推理的思維方式，既是高階的邏輯思維，也是重要的生物學學科核心素養，包括歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創造性思維等。課堂教學既是學生學習生物學知識的重要場所，也是培養學生科學思維的主要途徑。為此，如何結合生物學課堂教學，致力于學生科學思維的培養，很有實踐意義與探究價值。下面以浙教版九年級《科學》下冊第三章“人的健康”第三節“身體的防衛”為例，闡述如何在課堂教學中培養學生的科學思維。

1 建構概念，培養學生歸納與概括思維

歸納與概括是指在頭腦中把對象的各個組成部分聯系起來，或把事物的個別特性、個別方面結合成整體的過程。教師通過歸納和概括的思維過程，引導學生分析生命現象和生物學事實，建構生物學概念。

例如，為了建構“非特異性免疫”的概念，教材先以圖文結合形式呈現人體對微生物抵抗的事實：①人體的呼吸道黏膜分泌具有殺菌作用的黏液，黏膜上的纖毛能清除空氣中的異物和病菌;②淚腺分泌的眼淚中溶菌酶，能破壞多種病菌的細胞壁，使病菌溶解;③皮膚的角質層阻擋病原體侵入人體，皮膚和黏膜的分泌物具有殺菌作用;④胃壁的黏膜分泌胃酸能殺死入侵的病菌。

教師引導學生分析上述生物學事實，促進學生歸納總結出“病原體首先受到人體的皮膚、黏膜等組成的第一道防線的阻擋”結論。接著，學生通過皮膚破損、病原體進入體內、吞噬細胞在組織中吞噬和消化病原體等生命現象，歸納并總結出人體具有“抵抗己侵入人體內病原體”第二道防線的作用。

在上述歸納的基礎上，教師引導學生進一步概括出非特異性免疫概念，即不是針對某一種特定的病原體進行抵抗，而是對多種病原體具有防御作用。

生物學概念的建構往往基于具體的生命現象，在課堂教學中教師可引導學生通過分析、比較、歸納、概括，去掉其非本質特征，抽象出本質特征，進而建構科學準確的生物學概念，培養學生歸納與概括的科學思維。

2 析圖繪圖，培養學生模型與建模思維

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描述。生物學模型經常以圖畫形式來直觀形象表達認識對象的特征，教師可引導學生通過分析圖畫模型來加深學生對所學知識的理解記憶，或者通過繪制圖畫模型來培養學生的建模思維。

例如，為了說明抗體是如何對付病原體的，教材以3副圖（圖1）分別表示抗體對抗原的作用、病原體在抗體的作用下更易被吞噬細胞吞食、病原體在抗體作用下能進入細胞或繁殖來表示。

教師可利用這三個圖畫模型，生動形象地展示抗體的作用，促進學生抽象思維的具體化，有助于加深學生對抗體作用機制的感性認識。

又如，為了說明人體注射麻風疫苗后，體內抗原、抗體數量的變化，教師可引導學生繪制圖形式模型（圖2），讓學生深刻理解人工免疫的原理，有力地促進學生對人體免疫的深度學習。

3 分析推導，培養學生演繹與推理思維

演繹與推理就是從一般性的前提出發，通過推導（即演繹），得出具體陳述或個別結論的過程，教師可引導學生結合己知的生物學規律，通過交流與討論，闡述具體的原因，對有關的生命現象進行分析或作出預測。這樣既有助于培養學生語言表達能力，也有利于學生演繹與推理思維的發展。

例如，在組織學生開展“有些傳染病，你只要得過一次，就不會再得第二次，這是什么原因？”的思考與討論之前，教師可先呈現關于巴斯德研究牲口炭疽病的科學史。教師可就這個案例組織學生分析討論，引導學生作如下推理：用毒性已經削弱的病原菌進行注射感染，使人體產生抗體與免疫細胞。由于免疫細胞有記憶功能，能在數月乃至數十年內“記住”入侵的該抗原，當同種抗原第二次進入人體時，記憶細胞通過快速增殖和分化，產生抗體，消滅抗原。由于受二次病原菌感染的人體己有記憶免疫細胞，能及時產生抗體，故再次感染時就不會得病。

美國國家科學研究理事會認為，傳統課堂教學中學生記憶的科學知識很容易被遺忘，而“參與科學推理”的過程會讓學生的科學思維得到發展，同時促進學生對科學知識的理解。教師在生物學課堂教學中，可聯系生產生活實際或科學史實，引導學生演繹運用生物學規律，通過分析、推導的方式致力于問題的解決，內化所學知識，培養學生演繹與推理思維能力。

4 鼓勵質疑，培養學生批判性思維

批判性思維是對自己或別人已有的思考和結論，采取批判的態度，進行理由充分、邏輯嚴密的反思，提出質疑，并進行獨立分析的過程。在生物學學習過程中，教師可引導學生基于生物學規律和限定條件等方面提出問題，并組織學生開展思考與討論，辨析正誤，提出不同的見解，以此來培養學生的批判性思維。

例如，教師在課堂教學中，要積極鼓勵學生隨時提出質疑，發表自己的觀點。例如，有學生提出：①抗體是由抗原產生的嗎？（抗原激發B淋巴細胞產生抗體）②免疫對人體總是有益的，人體的免疫能力越強越好嗎？（過強的免疫能力會損傷自身組織與細胞，發生過敏反應，患自身免疫病）③具有抵抗肺炎球菌能力的小白鼠感染流感病毒會得病嗎？（會，因為特異性免疫具有專一性）④能與艾滋病人握手擁抱嗎？（能）⑤T淋巴細胞的作用是產生抗體，完成免疫反應嗎？（產生抗體的是B淋巴細胞）當學生對某一問題存在不同看法時，教師就要抓住機會，引導學生積極參與分析辯論，進而培養學生的批判性思維能力。

教師在備課時，要精心準備可以用來激發學生質疑的素材，預設學生可能會提出哪些問題，尤其要重視生物學課堂問題的生成，充分發揮學生的聰明才智去解決問題，在促進學生批判性思維發展的同時，提高學生問題解決能力。

5 聯系現代科技，培養創造性思維

創造性是指個體思維活動的創新精神或創造性特征，在實踐中，除善于發現問題、思考問題外，更重要的是要創造性地解決問題。科學技術的發展、科技產品的創新，都離不開創造性的思維品質。教師在課堂教學中可通過聯系現代科技成果，培養學生的創新意識，發展學生的創造性思維。

例如，對于艾滋病患者，目前還沒有特別有效的藥物和治療措施，教師可呈現幾則現代科技成果。

資料1：2007年，科學家對一名患有艾滋病的“柏林病人”移植了CCR5-A32突變的造血干細胞，有效清除了血清中的HIV病毒，治愈了艾滋病。

資料2：2017年，鄧宏魁研究組建立了利用CRIS-PR/Cas9進行人造血干細胞基因編輯的技術體系。經過基因編輯后的人造血干細胞產生的外周血細胞具有抵御HIV感染的能力。

資料3：2019年，鄧宏魁研究組、吳昊研究組以及陳虎課題組在《新英格蘭醫學雜志》發表了題為“利用CRISPR基因編輯的成體造血干細胞在患有艾滋病合并急性淋巴細胞白血病患者中的長期重建”的研究論文。這意味著中國科研人員首次通過基因編輯干細胞技術來治療艾滋病患者。

教師組織學生交流討論資料，既增進了學生通過新手段來解決問題的創新意識，也較好地對學生進行了科學態度與責任感教育，增進了民族自豪感。

創造性思維是在思維領域中，在常人、前人的基礎上追求新的發現、新的見解和新的突破的創造性活動，對學生而言，在自己已有的知識經驗和能力基礎上去發現新的知識，或設計新的實驗、想出新的解決問題方法等，都是創造性思維的具體體現。

思維能力是學習能力的核心能力，在生物學核心素養中，科學思維是生命觀念、科學探究、社會責任的基礎，是學生未來發展的重要品格和關鍵能力。教師要在生物學課堂教學中創設情境，結合學習內容發掘科學思維培養的素材，有意識地組織學生思考討論，鼓勵學生質疑，充分發揮學生學習的主觀能動性，把生物學知識的學習與科學思維的培養融合為一體，從而促進學生核心素養的發展。

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