培養學生批判性思維能力的高中生物學激趣教學實踐

摘要 基于培養學生批判性思維的課程目標要求，概述了批判性思維的內涵與組成要素，結合高中生物課堂教學實際，以“生物膜的流動鑲嵌模型”教學為例，提出培養批判性思維的激趣教學一般流程，為實施培養批判性思維的教學提供參考。

關鍵詞 批判性思維 激趣教學 生物膜流動鑲嵌模型

中圖分類號 G633. 91

文獻標志碼B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確將培養學生科學思維列入課程目標。批判性思維作為科學思維的高階思維和重要組成，要求學生以批判質疑作為思考的視角，“能夠運用已有的生物學知識、證據和邏輯對生物學議題進行思考或展開論證”。高階思維是學生具備深度學習能力的前提要求和重要支撐;批判性思維又可以促進學生深度學習，二者相輔相成。發展學生的深度學習能力，教師需要將批判性思維培養落實在生物學課堂教學上。鑒于此，本研究概述了批判性思維的內涵與組成要素，以“生物膜的流動鑲嵌模型”教學為例，提出培養學生批判性思維的激趣教學一般流程，為培養學生批判性思維的課堂教學實踐提供參考。

1 批判性思維的概念與要素

不同研究者對批判性思維概念內涵的理解不盡相同，但都認同批判性思維具有理性、反思性和論證性。批判性思維既是一種高層次思維，也是一種綜合性的、個體必不可少的關鍵能力和必備品質，能夠用于指導人們的認識和實踐。在高中生物學深度教學中，學生具備較好的批判性思維，則能在復雜的生物學事實和知識信息中做出合理的反省和審慎的判斷，以合理指導生物學的學習、認知和實踐。這是學生發展生物學學科核心素養的一種必備品質和關鍵能力，也是一種高階思維的組成。

批判性思維包含批判性思維傾向和批判性思維技能兩個維度。批判性思維傾向是批判性思維的前提和基礎;批判性思維技能是批判性思維的核心和關鍵。結合國外批判性思維經典理論及我國學生的學科核心素養，批判性思維的組成可概括為如圖1所示的思維傾向和思維技能兩個方面的要素。

2 建構批判性思維能力培養的激趣教學流程

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學。探究式學習可為批判性思維培養提供豐富而生動的載體和情境。就教學過程來看，探究式學習不僅是一種實踐活動，更是一種學習、認知、思維的方法和過程。教師在學生的探究過程中培養學生的批判性思維，以探究的結果作為推導和形成結論的依據，可為培養學生批判性思維的生物學激趣教學流程提供參考。綜合批判性思維要素及高中生物學探究學習的特征，結合前期研究和教學實踐，批判性思維培養激趣教學的一般流程如圖2所示。

3 培養批判性思維的高中生物學激趣教學實例

在培養學生批判性思維的激趣教學中，教師應先創設學生可批判質疑的問題情境，再促使學生發現問題并產生質疑，引導學生明晰問題，讓學生運用批判性思維的一般過程達到解決問題的目的。這需要學生積極思考，合理質疑，主動探尋證據，進行邏輯推理，反思調整，并結合證據和結果進行綜合判斷。下面以人教版生物學教材《必修1.分子與細胞》第四章第二節“生物膜的流動鑲嵌模型”為例，呈現在課堂深度教學中培養學生批判性思維能力的教學設計。

3.1 思維啟發：創設批判質疑的導入情境——情境導趣

批判性思維起始于問題質疑。教學時，教師首先要根據教材內容，創設有利于學生產生質疑意識的問題情境。一般而言，教師應利用生物學與生產、生活實際問題的銜接點或以學科認知與實踐的矛盾問題為情境，在凸顯情境素材真實性和價值性的同時，創設有利于激發批判思維的問題情境。此外，批判性問題情境還應強調多樣的研究方法和研究角度，不要求唯一的結果或結論，而是綜合多種論證才能進行判斷。因此，教師應按照批判性思維的邏輯順序，選擇情境素材，創設和構建激趣教學的問題情境。

例如，基于學生前期對細胞基本結構的學習和認知，教材設置了“嘗試制作真核細胞的三維結構模型”的實驗。學生建構細胞模型的過程涉及“細胞膜”的材料選擇。人教版生物學教材在本節的開篇設置了“問題探討”欄目，要求學生依據結構與功能相適應的觀點，從塑料袋、普通布和彈力布3種材料中選擇更適于體現細胞膜功能的材料。這樣的情境創設有利于促進學生進行比較和進一步提出問題（選什么），明確依據（怎么選），分析評價（為什么合適）和得出結論（彈力布）。教師在教學中可擴大材料的選擇范圍，并追問：彈力布是最合適的模擬材料嗎？你還能想到哪些模擬材料，為什么？如果要用生物組織材料（如魚鰾、豬膀胱等等）模擬細胞膜，應該怎么選擇？這樣以系列問題情境啟發學生批判質疑。

3.2 思維發生：明確需要批判質疑的問是題——問題激趣

在學生經過比較得到初步結論后，教師拋出材料，優化的“矛盾”問題，激發學生思維“沖突”，引導學生進一步聚焦和凝練問題。學生對已有結論進行反思、批判和質疑，提出新的實驗設想。

教師引導學生從思維啟發和發生角度分析：隨著新材料的選擇范圍變大，原先的結論不一定最優。“矛盾”問題也讓學生對現在的生物組織材料不能輕易地做出選擇和定論。基于此，教師引導學生凝練和明確問題：生物膜究竟是一種什么樣的結構？有何特點？這樣可以順勢將思維過程引入到生物膜結構的探索和建構中。

3.3 思維發展：實施批判質疑的論證研討 合學探趣

問題任務是驅動學生思維和課堂教學的良好載體。學生將質疑凝練成問題后，教師將主題內容按照邏輯關系設計成系列問題串，引導學生在搜集資料、批判分析的基礎上，作出推理論證并得出結論。學生經歷“問題思索一資料搜集一合作探究一觀點交流一反思總結”的過程，學習到基本知識，在分析、論證和解決問題過程中發展批判性思維。教學時，教師針對學生在生物膜模擬材料選擇時的矛盾問題和對生物膜結構的疑惑，引導學生設計問題和任務，以探究生物膜的成分和結構。教師設計的系列問題有：

（1）在生物膜的探索歷程上，科學家是如何探究細胞膜成分的？有怎樣的結論？（2）膜的脂質成分如何排列和分布？完成模型建構任務①～④。（3）膜上的蛋白質是如何排列和分布的？完成模型建構任務⑤。（4）羅伯特森提出生物膜三層結構模型后，為什么有人質疑該模型？依據是什么？你對這個模型有何評價？（5）為進一步探究蛋白質在磷脂雙分子層上的分布，科學家運用冰凍蝕刻技術發現了如圖3所示的膜蛋白質分布形式。蛋白質在磷脂雙分子層上是如何分布的？完成模型建構任務⑥。

（6）除了脂質（主要是磷脂）和蛋白質外，細胞膜的成分還包含哪些？在膜上是怎樣分布的？完成模型建構任務⑦。

（7）組成活細胞生物膜的蛋白質和磷脂是靜止不動的，還是可以運動的？如何證明膜的流動性？完成模型建構任務⑧。

（8）生物膜流動鑲嵌模型的基本內容是什么？

（9）選擇什么樣的生物材料模擬細胞膜最合適？

同時，教師安排一系列模型建構任務：

①根據磷脂分子的結構組成和親疏水特點，在圖4中畫出磷脂分子鋪展在空氣與水界面上的示意圖。②借助一張A4紙表示人的紅細胞膜脂質提取實驗單分子層和膜面積關系。你的結論是什么？

③請畫出三種兩層磷脂分子可能的排布方式，并搜集證據論證細胞膜中兩層磷脂分子的正確排布方式（提示：考慮細胞膜內外環境）。

④在水中攪拌單層磷脂分子，可以形成磷脂微球體。請畫出水中磷脂微球體的可能結構，并說明其排布的特點。

⑤依據羅伯特森的電鏡照片和蛋白質一脂質一蛋白質三層結構模型，畫出該模型示意圖，歸納該模型的結構特點。

⑥請據圖3修正羅伯特森的結構模型，嘗試畫出修正后的生物膜模型。

⑦依據資料“膜外側有少量糖類與蛋白質結合的糖蛋白以及糖類與磷脂結合的糖脂”，用六邊形表示糖分子，在模型圖的外側畫出糖蛋白和糖脂，并標明膜的內外側。

⑧搜集膜組成分子可以運動的實驗或證據，嘗試讓紙上畫好的模型體現出流動的特點（提示：用手夾住紙做波浪式運動）。

完成上述問題和模型建構，學生能夠充分理解生物膜的結構和特點.深刻認識生物膜的探究歷程和模型的基本內容。在此過程中，教師可順勢提出拓展問題，引導學生開展小組研討。在問題引導下，學生搜尋證據，分析推理，形成結論并闡述觀點;在相互展示、批判質疑中深化對生物膜結構和特點的認識，發展提升思維能力。

3.4思維核心：依據證據進行論證推理——拓展升趣

批判性思維能力的提升不僅要求學生能提出問題、辨析結論要點，還要積極尋找證據進行論證推理。學生的證據意識是思維培養的核心內容。證據意識要求學生能基于證據對生物膜結構的組成及分布特點，提出可能的假設，并通過分析推理加以證實或證偽。教學中，教師應引導學生聚焦問題本質，搜尋并基于相關證據，通過分析、推理、論證，探尋問題的解決方法，形成自己的結論，并在論證推理中提出新的問題或疑惑。教師應根據學生的思維過程及結果進行指導，引導學生進行合作探究和評價交流，科學地學習認知，合理地解決問題。

例如，在解決問題（2）時，為明確細胞膜上磷脂分子的正確排布方式，教師讓學生對折A4紙，以模擬表示出人的紅細胞膜脂質提取實驗單分子層和膜面積的2倍關系。學生明確膜上磷脂分子必然是由兩層磷脂分子組成，大膽假設兩層磷脂的3種可能排布方式（頭對尾、頭對頭、尾對尾）。之后，學生搜尋證據（細胞膜內外所處水環境），論證哪一種排布方式符合事實。在學生建構磷脂雙分子層模型后，教師可以結合具體實驗情境（水中攪拌磷脂分子形成磷脂微球體），引導學生拓展構建兩種磷脂微球體，以加深學生對磷脂分子排布的認識。

又如，教材通過文字描述呈現蛋白質分子的排布形式，不能作為論證推理的證據使用。故在解決問題（5）時，教師為學生提供冰凍蝕刻技術研究膜蛋白分布的實驗作為論證依據，進而引導學生批判質疑羅伯特森的三層結構模型，修正和完善模型。

再如，學生在紙上進行作圖構建生物膜模型，所作的圖形均是靜止的，不能體現膜的流動性。故在解決問題（7）時，為模擬膜的流動性，教師通過紙張的波浪式運動，加深學生對流動性的理解，從而培養學生的批判性思維。

3.5 思維結果：依據結論進行綜合判斷——總結固趣

從思維過程來說，批判性思維強調通過論證推理進行認識和判斷;從思維結果來說，批判性思維要求綜合眾多證據和論證分析得到一個合理的判斷，學生需要經過多角度思考探索，綜合不同實驗事實證據和他人的觀點結論，才能得到更加準確、合理的觀點結論。激趣教學在培養學生批判性思維的同時，達成了深度教學目標。

結合批判性思維培養和深度學習需要，本節教學目標之一為：運用批判性思維過程，通過實驗探究分析與模型建構相結合的方式搜集證據，明確生物膜的流動鑲嵌模型的結構和基本內容，感悟科學探索歷程，養成批判質疑的科學思維。學生提出并解決問題（1）和（2），利用理論分析和實驗探究，理解磷脂分子在生物膜上的排布，建構磷脂雙分子層模型，初步領會磷脂分子的特點。經過問題③～⑧的探究，尤其是膜蛋白分布及流動性的探究，學生得出膜蛋白排布方式和流動特性的結論。另外，學生經過對比、反思，發現：磷脂分子層僅僅是膜的基本支架，而膜蛋白的分布和流動實現了膜的功能。據此，學生加深對膜蛋白決定膜功能的理解（結構功能觀），認識到膜的流動性是選擇透過性的基礎，為后續學習物質跨膜運輸奠定結構基礎。

問題（9）是在學生完成上述問題探究和建構任務后，依據結論進行綜合判斷得到的思維結果。盡管學生思考的結果不一定相同，但由于經歷了批判性思維過程，思維結果將更深刻。這不僅能引發學生的自我反思和總結，還能促使學生在新的問題情境中調整自己的認知和思維方式，為探究新問題做好思維上的準備。

4 培養學生批判性思維能力素養的激趣教學建議

批判質疑思維不是與生俱來的，而是需要長期的培養。批判性思維的培養不僅需要教師在課堂上按照批判性思維激趣教學一般流程教學，更需要學生在解決問題的過程中保持審慎態度，不盲從他人觀點，經歷論證推理分析、得出結論、綜合判斷和自我反思過程來使認識和解決問題。學生要學會對不同信息進行選擇、加工、整合，對信息和觀點進行批判性獲取和應用，養成實驗探究和推理分析相結合、科學知識與科學事實相印證的證據意識。

課堂教學作為批判性思維培養的主陣地，需要在目標確定、內容選取、方法應用及評價導向上進行聚焦、重構、優化和凸顯，以促進學生批判性思維的發展。在激趣教學中，教師應創設有利于激發批判性思維的問題情境，培養和激發學生對問題追根究底的探究興趣。探究學習和模型建構為批判性思維的培養提供了良好載體。教師在激趣教學中可以利用實驗過程中出現的系列“矛盾問題”，促進學生批判性思維的發生和發展，要求學生學會以質疑的視角去審視問題，聚焦問題本質，敢于提出批判性問題，以論證推理的方式進行分析，以科學嚴謹的方式得出結論，對批判質疑問題進行證實或證偽。這樣，激趣教學在達到教學目標的同時，也培養和發展了學生高階思維素養能力，實現了學生的深度學習。

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