高中學生思維能力的培養策略

貴州

高考正在由傳統的“知識立意”向“能力立意”轉型，對學生的要求也相應從簡單的“知識積累”轉向“知識應用”。在“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基”的新高考背景下，應用知識靈活地解決生產生活實踐中的問題已經成為新時代人才的選拔標準之一。所以教學不再是簡單的知識傳遞，更需要注重對知識的遷移應用能力的培養。其中“思維能力”是知識積累、體系構建和知識應用中都必須具備的重要能力。

一、思維能力概述

傳統意義上來說，思維能力具有極為豐富的內涵，它包括理解力、分析力、綜合力、比較力、概括力、抽象力、推理力、論證力、判斷力等能力。

教育教學活動中，對學生思維能力的培養屬于有目的、有計劃的系統性活動。教師不僅要考慮具體知識內容的教學，更要從宏觀的層面考慮大單元、學科以及跨學科的思維培養。學生的思維并不是孤立的，也不應該是孤立的。但常常出現的問題是，學生在某些學科體現出明顯的不足，不能很好地應用跨學科知識解決問題。比如，生物學試題中有大量的文字描述的內容，很多學生在閱讀的時候會存在一定程度的障礙，無法很好地理解素材并獲取信息。同時，學生也不能準確通過文字來表達自己的觀點。整體體現為在理解、分析、判斷、推理、概括、論證等方面的不足。

二、高中生物學對思維能力的要求

筆者認為思維能力是生物學學習中最重要也是最高層次的能力要求。從《中國高考評價體系》來看，“思維能力”屬于“思維認知能力群”，包括了形象思維能力、抽象思維能力、歸納概括能力、演繹推理能力、批判性思維能力、辯證性思維能力等多種能力。從《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）中的學科核心素養來看，思維能力的具體要求主要體現在“科學思維”中，但其他學科核心素養對思維能力也有不同層次的要求。

從以上重要的綱領性文件可以看出，“思維能力”是一項綜合性很強的能力，涉及高中生物學習的很多方面，如基礎知識的理解與記憶、實驗探究、素材分析、知識應用等方面，都需要思維能力作為重要的支撐。這同時也說明了思維能力的寬泛性。

具體來說，比如對“碳元素是構成生物的最基本元素”這一概念的理解，需要通過例證分析“生物大分子以碳鏈為基本骨架”，并以碳原子的結構和特性等相關的知識為基礎。這其中就涉及理解能力、分析能力、概括能力等。再如，“DNA 是主要的遺傳物質”這一重要概念的構建過程中，主要通過對“肺炎雙球菌的轉化實驗”“噬菌體侵染細菌的實驗”等經典實驗探究過程的分析幫助學生學習，在思維層次上體驗科學發展的過程，從而認同“DNA是主要的遺傳物質”這一觀點。在此過程中，涉及的幾個實驗學生很難進行操作，因為其具有很高的難度和危險性，但學習過程同樣體現了理解、分析、判斷、推理、概括、論證等方面的思維能力。

三、辨析部分思維能力培養方法實例

“DNA 是主要的遺傳物質”是經歷了漫長的科學探究過程才得出的結論。重要的研究過程包括“對遺傳物質的早期推測”“肺炎雙球菌的轉化實驗”“噬菌體侵染細菌的實驗”等很多研究。在相關內容的教學中，教師一定要注意對學生思維能力的培養，而不是一帶而過。相對于最終的結論，分析整個探究過程對學生的學科知識體系和學科核心素養的構建也具有不可忽視的作用。

1.理解與分析能力的培養

理解能力包括三個層次：“是什么”“怎么樣”“為什么”。在“DNA 是主要的遺傳物質”的教學中，有很多基本概念和客觀事實，這些內容的梳理過程，就是培養學生理解能力的重要過程。

比如，在格里菲思的肺炎雙球菌體內轉化實驗中，“注射S 型活細菌或R 型活細菌”的小鼠生活狀態如何？這就是“是什么”的分析。但只是停留在這個層面上對學生思維的發展和知識的構建都是沒有實際意義的，必須要進一步分析“為什么”。此過程不一定需要設置很難的問題，可以是一個簡單的提問。對肺炎雙球菌的結構與特征進行分析，這個問題顯然是很簡單的，但對于整個思維發展的過程而言卻是不容忽視的。同樣，“注射加熱殺死的S 型細菌”和“注射R 型活細菌和加熱殺死的S 型細菌”小鼠的生活狀態如何？為什么？這個“為什么”的提出不僅是分析本實驗結論的必要過程，更是“艾弗里肺炎雙球菌體外轉化實驗”構建的一個重要導向。

再比如，對于“DNA 是主要的遺傳物質”結論的分析同樣需要從多角度深入。首先，為什么說“主要的”？這樣才能形成對“RNA 病毒的遺傳物質是RNA”的認同。其次，“DNA 是遺傳物質”的適用范圍是什么？這個分析能更確切地找到真核生物與原核生物在分子層次的共性。

2.推理與判斷能力的培養

“推理”與“判斷”在邏輯上具有明顯的連續性。“判斷”是基于“推理”實現的。在“DNA 是主要的遺傳物質”的教學中，有幾次重大的“判斷”過程：一是艾弗里實驗結論“DNA 才是使R 型細菌發生穩定遺傳變化的物質”的判斷；二是赫爾希和蔡斯實驗結論“DNA 才是噬菌體的遺傳物質”的判斷；三是“煙草花葉病毒重組”等實驗結論“RNA 是煙草花葉病毒的遺傳物質”的判斷；四是“DNA是主要的遺傳物質”的結論的得出。

在這幾個“判斷”的過程中，都需要學生對于實驗現象進行充分分析和推理。比如艾弗里實驗的結論“只有加入S 型細菌的DNA 才能引起轉化”就是一個重組的證據，通過對比“DNA”和“其他物質”的實驗結果，就可以得出實驗結論。但僅僅如此的話，實驗結果可靠嗎？顯然答案是否定的，否則科學家們也不至于為此引發爭論，甚至之后赫爾希和蔡斯等人的研究也就沒有了價值。實驗結論缺乏說服力的原因是DNA 的純度問題。但艾弗里設計的DNA 與DNA 酶混合的實驗組，能充分說明混在DNA 中的極少量的蛋白質也不能引起轉化。事實上其他人沒分析到這個層面上，顯而易見，艾弗里實驗已經足以說明DNA才是引起R 型細菌轉化的“轉化因子”。

再比如，赫爾希和蔡斯的“噬菌體侵染細菌的實驗”，用什么元素標記DNA 和蛋白質？這也是一個基礎的判斷。而學生要做出這樣的判斷，必須對兩種物質的元素組成進行分析。這樣問題看起來已經很簡單了，但事實上，對于很多同學來說，“用什么元素標記”是可以回答的，這只是一個基礎的記憶性知識，沒有任何的技術含量。但是一旦在后面加上“為什么”，很多學生是迷惑的。所以基礎分析和邏輯推理與判斷同樣是教學中需要被重視的。

3.概括能力的培養

“概括”的本質就是尋找不同事物的共性。在“DNA是主要的遺傳物質”教學中最核心的一個“概括”就是“DNA是主要的遺傳物質”。首先，學生要在“原核生物”“真核生物”“細胞生物”“病毒”等不同的分類單元進行一次初步的“概括”，對各類生物的遺傳物質有一個整體的認知；然后再從“整個生物圈”的角度來尋找共性，才能得出“DNA 是主要的遺傳物質”的結論。也就是說，這個結論的適用范圍是“所有生物”。實際上，“概括”的基礎是“推理和判斷”，必須做出正確的邏輯判斷之后，才能進行精確的概括。“分析與理解”也發揮著不可或缺的作用。

4.論證能力的培養

“論證”是一個遠高于其他幾項思維能力的品質。要求學生能提出自己的觀點，并做出充分的證明。這樣的思維品質更多地體現在科學探究過程中。“DNA 是主要的遺傳物質”教學雖然是經典實驗的理論分析過程，但是其中的一些環節同樣可以設計一些精巧的問題，拓展學生的思維，同時培養學生的論證能力。比如在“標記噬菌體的DNA 或蛋白質”的過程中，關于如何使噬菌體被標記的問題，這個問題在人教版教材上實際是有精確敘述的，但并沒有說明如何使噬菌體被標記的原因。此處便可以設計“如何使噬菌體被標記？為什么？”這樣的連環設問，不僅能在理解與分析、推理與判斷、概括等方面使學生得到鍛煉，同時，在學生做出判斷并證明的過程中，也是“論證力”培養的過程。

四、概述思維能力培養的基本策略

思維能力是一項綜合能力，涉及很多方面的思維品質。不同的教學內容，可以使學生不同的思維能力得到鍛煉和發展。教師在教學中需要有針對性地進行訓練。不論是從“形象思維能力、抽象思維能力、歸納概括能力、演繹推理能力、批判性思維能力、辯證思維能力”的思維認知能力群來看，還是從“理解力、分析力、綜合力、比較力、概括力、抽象力、推理力、論證力、判斷力”的能力劃分來看，實際兩個系統是相互交叉、相輔相成的。從教學活動來看，不論是實驗探究還是理論學習，都需要從不同的角度對學生的思維能力進行培養。教學實踐中，可以通過多方面、多角度的策略，對不同的思維能力有針對性地進行培養。

1.“模擬觀察”培養形象思維能力

形象思維是一種直觀的形象和表象形式的思維模式，是淺層次的思維能力，也是其他思維品質發展的重要基礎。生物教學中，有很多客觀事實需要通過直觀的形象來進行傳遞，甚至只有淺化為直觀形象才能真實有效地傳遞相應的教學信息。這也正是進行大量的觀察實驗和模擬實驗的必要性。在整個生物教學過程中，諸如細胞結構與功能、細胞增殖等知識，甚至是很多驗證性、探究性的實驗，都是為了直觀、準確地傳遞信息。教學中也存在一種現象，某些經典的實驗案例（諸如眾多的科學史），在現有的條件下很難重復實驗，或者是沒有重復實驗的必要性等，但通過簡單的文字描述又無法達到良好的教學效果。這種情況下，教師可以通過模擬實驗的方式，將經典的實驗案例模擬成形象的、可視化的模型或視頻等，以達到良好的信息傳遞效果，如“恩格爾曼實驗”“噬菌體侵染細菌的實驗”等。而對于一些操作簡單、沒有危險性的實驗，可以重復實驗，學生可以從中得到更直觀的體驗，如“植物的向光性實驗”等。

2.“概念構建”培養抽象思維能力

抽象思維是一種以“概念”為起點、以“想象”為主體的思維品質，其中包括理解、分析、推理、判斷等思維能力。“大概念”是《課程標準》中的核心理念。通過概念構建的方式，教師在實現“知識傳遞”的同時，更能很好地培養學生的抽象思維能力。

概念構建的著眼點不一定是大概念，甚至很多時候并不是大概念。一個大概念的構建往往是需要很多知識作為支撐的。但在學習中，學生總是會缺少各種各樣的必備知識，需要不斷地補充和修正。以一些基本概念為基礎，不斷地修正概念認知，并把大概念的構建作為發展的目標，逐步實現知識的概念化和網絡化。

比如，從科學史發展的角度認知“基因”這一概念的形成，將對“孟德爾提出遺傳因子”“薩頓推理遺傳因子在染色體上”“約翰遜提出基因、表現型、基因型等概念”“摩爾根證明基因在染色體上”等內容有整體認知。進而分析“基因與性狀”“等位基因與相對性狀”“基因型與表現型”等基本概念，就可以得到“表現型是基因型與環境共同作用的結果”這一上位概念，如圖所示。

“基因”的概念構建過程圖

3.“網絡構建”培養歸納概括能力

“歸納與概括”就是尋找事物的共性，并形成特定的鏈接。在教學實踐中，“概念圖”“思維導圖”等教學模式比比皆是，但實踐中發現，教學效果并沒有想象中那么好，甚至一點作用都沒有，反而浪費了不少時間。原因其實也很明顯：學生的認知水平有限、知識儲備不完善、能力水平參差不齊。不同學生的思維的發散程度也明顯不一樣，這也使得教學不具備良好的可控性和可操作性。雖然學生的思維本就應該是多元化的，但這種不加以限制的思維發散，并不能很好地將知識形成穩定的系統，反而在隨意的思維發散過程中可能會形成一些思維漏洞。因此，在概念教學的過程中，教師可以事先設計好大概念的基本構架，做一些必要的留白，課上引導學生推理和完善概念圖。這樣的方式一方面可以提高學習的效率，更重要的是可以做一些正確的引導和示范，促使學生能夠自主梳理基礎知識，歸納、整理并概括出自己的知識認知體系。

4.“實驗設計”培養演繹推理能力

學生對“演繹推理”的認知主要來自于孟德爾豌豆雜交實驗中的“假說-演繹法”。實際上演繹推理是科學探究中最常用的方法。培養演繹推理能力的最有力措施就是練習實驗設計。通過修改或完善實驗方案、自主設計實驗等方法，演繹推理能力得到切實有效的訓練。

這些實驗設計不一定是教材上已有的實驗，可以來自教學中的某些內容的拓展，比如設計實驗驗證植物的生命活動需要鎂元素；也可以是教材實驗的改編或延伸，比如在“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”實驗的基礎上，可以拓展設計“探究赤霉素對植物種子萌發的影響”等實驗；還可以是試題中的實驗設計，考試中經常會遇到實驗設計的題目，往往會要求“寫出實驗思路”等，這樣的機會自然是不容錯過的。

教學中教師把握每一次機會，從實驗設計入手，便可以使學生的演繹推理能力有明顯的提高。

5.“問題引導”培養批判性與辯證性思維能力

批判性思維需要樹立一定的評價指標，本質上是一種思維傾向，同時也屬于思維品質。批判性思維具有更高層次的抽象性，具有反思的性質，屬于個人思維能力的較高層次的體現。而辯證性思維則屬于一種與“矛盾”對立的批判性思維，具有爭論的性質。

學生自主形成批判性思維和辯證性思維的可能性是很大的。教學實踐中總會有一些來自學生的質疑，這實際上就是批判性思維的雛形 。比如，“植物生長素的極性運輸是否受重力的影響？”“非極性運輸的運輸方向是什么？”等等。教師在教學過程中對于學生提出的一些有價值的問題，有必要進行公開的思考與討論。此外，教師也要有意識地設置一些重要的問題，引導學生進行思考和交流。在問題引導的形式下，思維才能更好地發散開，并得到有效的訓練。

五、結束語

思維能力是一種綜合性很強的能力，“思維認知能力群”包含了豐富的內容。生物教學中，教師需要有目的、有計劃地針對不同的思維能力設置不同的教學方案和手段，將不同的思維能力融匯到教學的各種情境中，促使學生思維能力的全面培養。運用“模擬實驗與觀察實驗”“概念模型構建”“知識網絡構建”“實驗設計訓練”“問題情境引導”等方法，可以從不同的角度，針對性地培養學生不同的思維能力。尤其是對于“‘基因’概念群”這類具有很強的邏輯聯系的內容，通過長期有效的堅持，必然能達到促使學生思維能力發展的目的。