高中生物科學思維素養的內涵與培養策略

曾偉東

隨著課程改革的不斷深入，新課程標準對生物學科提出了新的教學要求。學生的科學思維方式對提高學習生物能力具有決定性作用，科學思維素養的培養可以增強學生主動探究問題的能力，強化知識的科學性和嚴謹性。因此，教師應將生物科學思維融入教學之中，開展多樣化的生物思維培訓，從而提高學生的綜合思維素養能力。

一、高中生物科學思維素養內涵概況

科學思維是指尊重科學事實和證據的思考習慣及能力，它要求學生具備嚴謹務實的求知態度，能運用科學思維認識和解決生活實際問題。科學思維必須符合認知規律，遵循科學有效的邏輯規律，要正確呈現客觀事物及其規律，并正確地將邏輯規律運用到推理的活動中，從中不斷取得合理正確的結果。科學思想具備一定的客觀性、準確性、可驗證性及可預見性。高中生物的科學思維是運用理性意識、批判性意識和創造性意識來面對生物知識，它可以幫助學生正確理解和解釋生物學，科學有效地處理生物問題。

二、高中生物科學思維素養培養的價值

1. 運用科學思維激發學生解決問題的能力

生物教材內容一般側重于生物學的發展過程和歷史，學生在探索生物學科的歷程中對每一個生物事件都有著深刻的認識。老師通過將生物學的科學思維傳授給學生，使他們了解更多的生物現象和學到與人體健康相關的知識，對提高學生的理性思維素養有一定的積極作用。此外，科學思維素養的培養還可以檢驗學生運用科學方法研究和解決生活問題的能力。在課堂上，老師為學生提出生物學問題，學生在思考的過程中，認知能力和理性思維會達到一定的水平，在他們解決日常問題時，便能感受到科學思維的重要價值和理性思維的魅力。

2. 運用科學思維培養學生的理性表達能力

科學思維可以引導學生正確的思維發展，使他們積極地接受教師傳授的知識，不斷探索新知識。當學生通過自己的努力探索他們想理解的問題時，他們會不斷思考問題的根源以及思考解決方法。在這個過程中，學生構建起適合自己的知識體系，在回答問題的表達能力上也會做到更加理性和清晰。

三、培養學生科學思維素養面臨的困難

（一）生物課程課時較少

教師沒有太多時間來系統地培養學生的科學思維素養。據調查，在高中，每個班級在每周只安排2-3節生物課，生物課的教學時間與其他科目相比相對較少，生物學科本身的教學任務也比較多，在完成基本教學任務之后就很少有課堂的時間來開展科學思維訓練，只能采取偶爾或者利用課外時間來實現思維訓練，導致學生很少參與到此項技能的訓練，科學思維教學的效果也并不是很理想。

（二）學生對生物的重視程度不夠

經調查發現，很多家長和學生對生物學科的重視程度不夠。由于大量的主科的作業以及考試要占用大部分的時間，生物的學習被安排在次要的位置，在學習和訓練上的時間相對較少，也很少有學生愿意將課外時間用于生物學研究。有的學生甚至認為，要想在生物學上拿高分，只要將生物書本背誦就可以，沒有考慮到科學的思維素養的提高。

（三）老師的教學能力和水平不足

很多生物教師的專業教學能力和水平遠遠不足，在提高學生的科學思維能力上沒有具體的方法和策略。只有很少的教師認識到新課程標準對培養學生科學思維文化的重要意義，但由于教學經驗不足，對教材的掌握不夠深入，無法有效地實施科學思維教學。還有的生物教師對“科學思維素養”的認識不夠深刻。總之，受各種現實條件的限制，他們不能將科學思維滲透到日常的生物教學中。

四、高中生物科學思維素養的培養策略

（一）運用多媒體技術培養學生的科學思維素養

隨著社會的不斷進步，手機、電腦、投影儀等多樣化媒體設備的出現，為教師的個性化教學提供了更多機會和方法。老師也可在生物教學過程中，利用多媒體，讓學生看到與教學有關的視頻和動畫等，并利用直觀的、可視化的實踐教學構建相應的生物學模式。例如，在講授《遺傳學與進化》一課時，由于基因突變的概念比較抽象，無法用實驗來演練，此時教師就可以讓學生在互聯網搜索相關基因突變視頻，學生在收集和觀看基因突變的視頻過程中，可以了解更多的關于基因工程的知識，豐富教材以外的生物知識，從而有效培養他們的科學思維。又比如，在講授《細胞的生命歷程》一課時，細胞的有絲分裂很難在現實中觀察，將相關的動畫在課堂上展示給學生，讓他們詳細了解細胞有絲分裂的原理和過程，了解細胞分裂的連續性和有序性的邏輯聯系，形成對細胞有絲分裂的理性思維。

（二）利用生物科學史培養學生的科學思維

生物科學的歷史經歷從無知到啟蒙再到科研改造，實現生物學進展的質變與量變。這一進展歷程，是生物學家以及整個人類社會不斷質疑生物學現象并達成認知的必然成果，而這些質疑也終將促進生物學的有效進展。整個生命科學的發展史中，如細胞學說的形成過程、光合作用的探索過程、生長素的發現過程等，都承載了生物學家的艱苦思索與科研工作。每項試驗的成功不但依靠科研人員的細心考察，更依靠在試驗過程中認真的態度和科學的試驗方法。這種科研方式是介紹生命科學必不可少的基礎知識，如假說推理、同類推理、同位素標記和對照性試驗等，是人類科學思維文化的整體反映。而利用生物科學史培養的學生思維主要有三種方法。

首先，教師要向學生講解生物科學史思想，讓學生清楚地了解科學家是怎樣進行研究生物學和實驗的，從而為學生研究生物學奠定基礎。學生清晰的生物學思維方式的形成是提高課堂生物學教學效果的有效保證。

其次，向學生演示生物科學史實驗。對于生物科學中無法實現的生物實驗，教師可以利用多媒體播放生物實驗的過程，在播放過程中，教師要尊重學生的個性發展，讓學生根據實驗過程自己對其講解。

最后，讓學生進行生物科學史思考。老師完成生物課知識的講授后，應該讓學生自己思考，思考生物學習過程中各種知識的原理和方法，對教材內容提出問題和質疑，思考其新的解決思路和改進方法，讓學生能夠利用已有的生物學習經驗，結合生物教學內容，設計更完整的生物知識體系結構，讓生物的學習變得簡單化。

（三）利用實驗思維訓練培養學生的科學思維

教師要實現個性化教學，首先要對生物學科的特點有透徹地了解。作為自然科學的一部分，生物學的主要目的是解釋生命活動和正確地改造自然社會。考慮到生物學科涵蓋的方面比較廣泛，教師在向學生傳授生物學知識之外，還應制定相應的實驗教學方法，使學生在實驗中培養科學思維。

首先，利用探索性實驗方法培養學生的思考能力和創新能力。教師可以通過教材的實驗與現實生活相結合，讓學生運用創造性思維解決問題。教師要將實驗教學中的驗證性實驗替換為探索性實驗，讓學生進行自主實驗，并從實驗中發現問題和解決問題，這樣可以在很大程度上提高學生的科學思維水平。例如，教師引導學生做酵母菌探索細胞呼吸的實驗，讓學習體會現實生活中的釀酒原理，思考釀酒的過程并提出相關問題。

其次，利用近年高考考試題訓練學生的思維能力。教師把高考題中的生物知識部分作為案例來講解，讓學生根據實驗現象說明產生現象的原因，說明實驗操作方法，并對實驗進行構思，以培養學生的解題思路能和邏輯推理能力。此外，教師將歷年的高考試題進行整合采編，使試題更加全面、完整、更貼近教學研究，鼓勵學生大膽質疑，對現象積極思考，從而培養他們解決實際問題的能力。

（四）采用參與式教學方法培養學生的科學思維

1. 加強師生之間的和諧關系，有效實施參與式教學

培養師生情感，實現情感交流是學生主動學習的推動力。在參與式教育中，師生平等，學生對老師的喜愛會無形中增加他們對課堂的精神投入。在教學過程中，生物教師首先要學會關心學生學習和生活，在學生面臨問題時，用和藹的態度給學生講解問題產生的原因，并給予正確的解答。對于一些生物知識的講解，教師可以采用游戲或者活動的方式，讓學生積極參與到實踐和討論中，在活動和游戲中，師生的關系更為密切，教師更能獲得學生的信任和認可，在互動中教師更能發揮參與式教學的優勢，對提高學生科學思維素養的效果會更加有效。例如：為了拉近師生距離，可以設計一個小游戲，教師提前準備好許多小植株，讓學生分成小組，每組在三分鐘內觀察討論一盆植株，要詳細地觀察外形、根莖以及紋理等;過三分鐘后，每個小組選出一個人來講述觀察的內容，通過各個小組的回答，教師再進行補充，形成嚴謹的生物語言，教學生合理的生物思考。在這個過程中，學生在和諧的教學氛圍中學習，對提升教學效果非常有效。

2. 重視習題講解過程，組建系統性知識框架

學生在解答生物習題過程中，是否能高效且準確地整理出題干信息，并給出符合邏輯的條理性答案，對于提高學生生物學習能力和成績至關重要。在新授課中，學生只是一味地接受新知識的灌輸，知識點零散繁雜，不利于知識的消化吸收。但是在習題講解過程中，學生會在習題解答和老師的講解中，將所學知識進行歸納整合，構建系統的知識框架，這是培養和提升學生科學思維的重要途徑。因此，教師要重視生物相關習題的講解，一方面，按照知識系統的邏輯順序進行引導，簡單題目重點強調概念辨析;難度大的題目則重教學生解題思路和方法，通過這樣的方式來幫助學生對所學知識進行二次吸收，同時還能夠做到對沒有掌握的知識進行查缺補漏;另一方面，對同一知識點的不同題型作橫向比較，不同題型可以培養學生不同類型的科學思維，鍛煉學生的比較分析能力。此外，在講解難題和復雜題目時，教師要與學生一起解題，親近學生、了解學生，并對不同層次水平的學生采用不同的方式講解，做到因材施教。最后，適時開展學生自命題活動，讓學生做出題人，比如以小組為單位，針對某一知識點進行自主命題或者改編，再與其他小組進行交換解題。在這一過程中可以培養學生的小組合作意識和創新性思維，進而達到提升學生科學思維素養的目的。

3. 情境懸念調動積極性

教師可以創造有趣或現實的生活情境，以增強學生的代入感和學習熱情。例如：教師可以設計一個TTP情境實驗，用刺激青蛙的坐骨神經的照片組做成一個教學情境來介紹神經的傳遞知識。這樣的情境會引起學生的興趣和注意，在情境教學中，教師要設置幾個關鍵性的問題來制造懸念，讓學生帶著問題進行思考和觀察，這將更有利于他們主動參與學習。

4. 讓學生參與到獎懲機制之中

每個學生都想獲得老師的表揚。在生物教學中，教師可以建立一個評價獎懲機制，引導學生在日常學習中積極主動、保持好的學習習慣，評價機制的建立在生物學習中起著重要作用。同時，老師也需要注意，不要把學生知識的熟練水平來當作獎勵機制高低的主要指標，而是要把學生的總體學習水準、理性實踐能力以及科研思維能力當作最主要的評判標準，在獎勵機制的促進下，學生才能逐步提升生物學科的各項技能。

總結：

生物學是一門與生活息息相關的學科，在高中生物教學中積極培養學生的科學思維素養是培養綜合性人才的關鍵。科學思維素養的提高，有利于學生構建科學的思維體系，全面地認識和理解生物概念和原理，從科學合理的思維角度去看待科學實驗中的問題。對于思維培養科學思想與學科的有機結合，對提高學生的綜合能力具有極其重要的作用。然而，科學思維素養的培養不是一蹴而就的，教師應在長期的教學過程中逐步提高學生的思維能力。