瞄準高考 掌控學情 滲透科學思維
——通過優化實驗提升復習策略的新嘗試

新疆

生物學科教育著眼于培養學生的科學思維，以適應未來社會發展和個人生活的需要。研究表明，生物學實驗的開展對學生科學思維的提高有明顯的作用，但是在高一高二階段，由于學生在實驗過程中受到實驗技能等條件的制約，一般只能按照教材中給定的步驟開展實驗，學生缺少深度思考和發散思維的形成過程，科學思維無法得到有效提升。進入高三復習階段，教師需要借助高考試題，充分挖掘教材中的實驗，形成有效的實驗復習教學策略，幫助學生提升科學思維。這樣既避免了“炒冷飯”的無效，又能開拓思路，提升復習效果。

本文結合高考考查方向及高三學生學習特點，談談筆者利用優化實驗復習過程，滲透科學思維的一些嘗試。

一、了解科學思維，把握具體考查形式

（一）從《課程標準》看生物科學思維要素

掌握科學思維的方法是培養學生思維能力的前提。根據《普通高中生物學課程標準（2017 年版2010 年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）和吳成軍教授在《基于生物學核心素養的高考命題研究》一文中對科學思維的定義，將科學思維的方法分為歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維和創造性思維五個水平要素。

（二）從近三年高考題目看科學思維考查形式

科學思維在近年來成為生物學教學領域研究的熱點，其重要的落腳點之一就是通過考試來進行驗證。分析近三年高考試題，筆者發現其對科學思維和科學探究能力考查的意向非常明確，并多以探究型試題進行考查，同時題目也呈現出更加多元化的特點。筆者對近三年來全國卷探究型試題及所占分值進行分析，如表1 所示。

表1 全國卷探究型試題所占比重

二、基于學情特點，尋找滲透結合契機

（一）高三學生的學科知識特點

學生的認知發展是層層遞進的。經過高一和高二的學習以后，高三學生已經全面了解了生物核心知識點，同時對科學探究的過程有了一定的了解；通過一系列課堂實驗探究和課下各種真實問題情境的考查，學生對生物學知識的理解和解決問題的能力都有了一定基礎，亟待具有挑戰性和開放性的新問題來進一步開發他們的思維。因此，對于高三階段來說，比較容易通過實驗復習教學的創新使學生解決問題的能力和科學思維得到進一步提升。

（二）高三學生的科學思維特點

高三學生的科學思維較高一學生和高二學生有了一定程度的發展。為了進一步了解高三學生的科學思維水平發展情況，筆者設計了科學思維測試卷對任教的三個高三班級的學生進行測試。測試卷中的不同題目分別對應歸納與概括，演繹與推理，模型與建模，批判性思維和創造性思維五個水平，不同科學思維水平對應分值相同。測試結果如圖1 所示。

圖1 不同科學思維水平得分率

通過對測試結果分析可知學生的科學思維水平發展很不均衡，批判性思維和創造性思維的發展較差，歸納與概括及演繹與推理的發展較好。

由此可見，學生的思維發展情況符合理論預設。根據布魯姆的教育目標分類法，學生的思維分為高階思維和低階思維。從測試結果來看，學生的低階思維發展較好，比如歸納與概括得分率較高，因為學生一般都會利用簡單的科學思維，比如歸納與概括對學習內容進行整理；高階思維的得分率比較低，因為高階思維，比如創造性思維與批判性思維在課堂上很少進行訓練。

（三）啟發

學生在復習課的過程中容易按照原有的慣性思維解決問題，遇到的問題情境發生變化時容易受到阻礙，從而無法發展創新性思維。因此想要學生有所發展，就需要突破原有知識和思維框架。

在教學實踐過程中，教師應將高階思維的培養作為復習課教學的重點目標之一,結合理論知識、創設應用情境，從而提高學生的科學思維。

（3）采用amtech的芯片作為喚醒芯片，在mcu喚醒以后就讓amtech芯片關閉，用其他的傳輸芯片進行數據的無線傳輸（此種狀態是針對amtech芯片無法完成數據傳輸的情況下）[3]。

三、優化教材實驗，提升復習效率

（一）改進實驗題目，激發學生創新動力

根據建構主義的學習理論，應當把學習者原有的知識經驗作為一個新的起點，引導他們從原來已有的經驗中產生新的知識經驗。胡衛平教授出版的《科學思維培育學》認為改進生物實驗能激發學生學習興趣，是活躍和提高科學思維的一個策略。高三學生的知識已經積累到了一定程度，對教材內容有一定的掌握。因此，如果復習課教學內容沒有改變，將無法吸引學生的注意力。

基于此，筆者以原有實驗為基礎，對實驗的內容、材料或方法進行創新或改進，針對教材中的19 個實驗題目進行了修改（如表3），讓學生對改進的實驗進行探究，重新生成一堂實驗課，既達到了復習相關知識點的目的，又讓學生感覺耳目一新。

表2 教材實驗題目修改匯總

在改進后的實驗復習課教學中，學生不再能夠用思維慣性來進行接受性學習，因而便會傾向用發散性思維來解決問題，從而能夠更好地培養學生的創新性。除此之外，在不同類型的實驗課中，學生的不同科學思維水平都能得以訓練，均衡發展。

（二）設計問題情境，滲透科學思維元素

實驗復習教學過程中的重點是對科學思維的滲透，教師在教學過程中可以通過設計合適的問題情境，培養學生不同科學思維水平的發展。例如在“運用質壁分離原理探究植物細胞液的濃度”復習教學中，嘗試用不同方式進行科學思維水平的落實。

（1）聯系核心概念，進行有效滲透

教學過程由原始實驗植物細胞的失水和吸水復習導入，既對核心概念進行復習又喚醒學生對實驗流程的記憶。在學生復習的同時提出新的探究實驗，讓學生對原有的知識點進行拓展應用。教學過程如圖2 流程圖所示，在復習原有知識點過程中注重對學生歸納與總結思維的培養；在設計“通過質壁分離原理探究細胞液濃度”這一新實驗時，注重對學生演繹與推理和創新性思維的培養；在處理實驗數據時，注重對學生模型與構建思維的培養；最后在實驗結束時對整個過程進行反思，培養學生批判性思維。

圖2 實驗復習教學概念圖

知識體系的完整構建有助于學生思維能力的提升。學生在復習以后，對核心概念有了更加清晰的認識，尤其是對質壁分離這一概念掌握得更加深刻。通過對所學知識的拓展應用，學生的創新性思維和發散性思維得到培養，科學思維逐步形成。

（2）借助高考真題，檢測思維能力

在實驗教學內容結束以后，通過合適的高考真題幫助學生進行實戰演練，鞏固所學知識。

【高考鏈接】(2019 年，全國卷Ⅱ，第3 題) 某種H+-ATPase 是一種位于膜上的載體蛋白，具有ATP 水解酶活性，能夠利用水解ATP 釋放的能量逆濃度梯度跨膜轉運H+。①將某植物氣孔的保衛細胞懸浮在一定pH 的溶液中（假設細胞內的pH 高于細胞外），置于暗中一段時間后，溶液的pH 不變。②再將含有保衛細胞的該溶液分成兩組，一組照射藍光后溶液的pH 明顯降低；另一組先在溶液中加入H+-ATPase 的抑制劑（抑制ATP 水解），再用藍光照射，溶液的pH 不變。根據上述實驗結果，下列推測不合理的是 （ ）

A.H+-ATPase 位于保衛細胞質膜上，藍光能夠引起細胞內的H+轉運到細胞外

B.藍光通過保衛細胞質膜上的H+-ATPase 發揮作用導致H+逆濃度梯度跨膜運輸

C.H+-ATPase 逆濃度梯度跨膜轉運H+所需的能量可由藍光直接提供

D.溶液中的H+不能通過自由擴散的方式透過細胞質膜進入保衛細胞

【答案】C

【分析】本題求解過程中體現了以下科學思維要素：

演繹與推理：根據題干信息分析，H+-ATPase 是一種位于某植物細胞膜上的載體蛋白，運輸H+過程中逆濃度運輸且消耗能量，因此為主動運輸；同時照射藍光后溶液pH 下降，即H+含量增加，說明藍光能夠引起H+轉運到細胞外。

歸納與概括：通過對①進行歸納總結原先細胞內pH 高于細胞外，即細胞內H+濃度低于細胞外，因此該H+為逆濃度梯度轉運；通過對②中的兩個實驗進行對比歸納得出：藍光引起細胞內H+轉運到細胞外需要通過H+-ATPase。

批判性思維：通過前面的分析可知H+可以通過主動運輸的方式進入細胞，若要判斷其是否存在其他運輸方式由①中的實驗可知，最初細胞內pH 高于細胞外，即細胞內H+濃度低于細胞外，但暗處理后溶液濃度沒有發生變化，說明溶液中的H+不能通過自由擴散的方式透過細胞質膜進入保衛細胞。

在復習中，高考試題的引入能夠更好地激發學生一試身手的欲望。學生依托已經具有的知識和科學思維，嘗試解決相似的問題，養成對其靈活應用，舉一反三的思維習慣和能力。

科學思維的培養是一個循序漸進的過程，在高三復習過程中，教師要結合學生思維特點，針對高考變化軌跡，不斷改進探究性實驗教學的內容和方法，將知識傳授與增加學生的感性體驗相結合，使學生的科學思維得到提高。