立足高中生物學課堂培養學生科學思維的策略

摘 要：基于國家發展及新課程標準改革在當前教育教學工作中的要求，培養學生良好的科學思維，對于學生在高中階段習得多元知識技能，掌握正確解決問題的方法并獲取豐富的學習體驗有著重要作用。文章首先對現今高中生物學課堂中學生科學思維的培養現狀進行研究，分析由于教師層面及其他客觀因素等造成的不利于學生科學思維發展的因素，并嘗試提出解決策略。之后從具體的課堂教學實踐出發，研究針對不同教學內容應如何采取更具高效性、針對性的教學策略，如模型與建模、概念教學、問題驅動等，培養發展學生的科學思維，在課堂教學環節中加以實踐并不斷反思完善。

關鍵詞：高中生物學；科學思維；教學實踐；策略研究

科學素質能力是學生綜合素質能力中的重要組成部分，科學思維也已經成為發展學生生物學核心素養不可缺少的內容。《普通高中生物學課程標準（2017版）》將學科核心素養作為本課程的宗旨，科學思維、生命觀念、科學探究和社會責任共同組成高中生物學科四大核心素養，這也是教師開展課堂教學的總目標。生物學科本身就是一門研究自然法則、科學問題的重要課程，其與社會群體的生活實際有著緊密聯系。傳統形式的課堂教學，更多是通過重復、機械性記憶和書面檢測等手段來讓學生掌握知識。對學生的科學思維著重進行培養，對繁復的生物學知識點進行概括、歸納和總結，提高學生的綜合分析能力，對問題的探究和解決能力，能夠使學生在自主分析、合作探究及深度思考中對世界形成更加明確深刻的認知，以科學思維來促進學生終身學習能力的提升。

一、科學思維的概念

明確科學思維概念，需要先探討“思維”的概念，事實上，通過人腦來對事物進行認知和再加工的過程就是思維形成和發展的過程，利用多種形式的思維方法，最終對事物形成自身的理解分析。

科學思維則是關注于對學生自主意識的培養，基于事實和邏輯行為來對其蘊藏的方法原理進行理解和掌握，并將其融合自身的知識經驗，在長時間的實踐訓練中形成深層次的思維模式[1]。高中生物學科教學中需加強對科學思維的培養，確保學生在面對生活實際問題時，能夠利用自身已有的科學思維方法來進行分析解決。在實際的教育教學環節中，教師要充分發揮自身專業能力，針對不同的知識內容，采取適合有效的教學策略，培養發展學生的科學思維。具體的科學思維能力包括歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維和創造性思維等。

二、高中生物學課堂教學中學生科學思維培養現狀

第一，教師對科學思維的解讀能力還需要進一步提高。通過實際的觀察研究可以看到，在當前高中生物學課堂教學過程中，大部分教師會有意識地落實學科核心素養培養目標，但是，存在一部分教師對于科學思維素養的具體內涵并沒有掌握透徹，或者是即使教師對于科學思維培養的方法已有所了解，但在具體的教學應用中又缺乏明確的認知和有效的手段。在新課程標準改革背景下，系統學習新課標內容，借助多重手段挖掘理解新課改內涵已經成為高中生物學教師的必修課。教師要科學結合各種資源，如利用互聯網各教育平臺開展的主題教研活動、專題講座、課堂實錄、賽課案例等來對學科新課標研讀、核心素養內涵及具體的科學思維培養方法培養策略等內容進行學習。學校也可以設置專門化的培訓，打造學習板塊，讓教師接觸科學思維培養等相關教育教學信息的途徑更加便捷、豐富。

第二，教師在課堂中落實科學思維培養目標的意識需要加強。調查研究顯示，大多數教師都認為，科學思維能力是學生學習生物學知識，掌握知識技能必不可少的重要素質能力，對于學生綜合素質能力發展也具有重要意義[2]。但還是有少數教師認為，科學思維能力培養對于高中學生而言并非必要，學生只要能夠理解和掌握教材當中的基礎知識就已經足夠了。當代教師不只是要做好傳道授業解惑的工作，還需要具備先進意識，緊跟時代發展的步伐，突出對學生全面綜合素質能力的培養，特別是對科學思維能力做好重點培養。科學思維是學生開展生物學習活動、進行實踐訓練必不可少的能力，生物學教師要對核心素養基本內涵做到深度理解和把握，從實質意義上為國家、為社會發展培養更多具有嚴謹學習態度、良好學習習慣、高度學習意識、正確決斷能力的實用型、創新型、復合型人才。讓學生真正做到在走出校園之后，能夠適應社會發展，獲取終身的學習技能，隨著社會進步而進步。

第三，教師沒有從整體上把握科學思維的培養維度。基于全局培養情況進行分析，部分高中生物學教師已具有在教學中融合科學思維能力培養的理念，對學生的科學思維能力也有所關注。但是調查發現，不少生物學教師對于學生的科學思維能力培養力度并不充分，在教學策略的制訂上更多圍繞知識技能掌握，而沒有從思維方向上來多加考量，具體實踐方面更是不足。此外，從科學思維能力的整體培養情況上分析，還呈現出片面性的特點。相對而言，教師對于學生歸納與概括、演繹與推理、模型與建模能力的培養更加重視，這種現象的產生和高中生物學教材中與之相關的內容體現較多有關，造成教師對于這三個維度能力的培養也更加重視，而針對學生的批判性思維和創造性思維這兩個維度的訓練較少。因此高中生物學教師需要積極挖掘課堂內外教學資源，結合生物學課程的教學重難點，加大對批判性思維和創造性思維這兩個維度的培養，彌補學生在這方面所缺少的科學思維能力。備課時，教師要針對教學內容合理采取教學策略，促使學生的科學思維能力得到全面發展[3]。

第四，當前一些客觀因素影響了學生科學思維能力的培養。首先，由于應試教育、現行高考體制要求等，學校教學質量評價標準更多關注學生的升學率，因此教師在教學中仍多是采取對知識技能進行保守的、固定的講解傳授策略，對于科學思維能力的培養只是寬泛的引導。再加上高中生物學科授課時間往往比較有限，教師難以更加深入地開展科學思維能力訓練活動，這就阻礙了科學思維能力培養的有效進行。

三、立足高中生物學課堂培養學生科學思維的優化策略

（一）結合模型與建模策略，培養學生科學思維

與初中階段的生物學知識相比，高中階段的生物學知識體系更加繁復，抽象程度更高，學生理解的難度系數也比較大。大部分知識需要從微觀層面切入分析，如果無法透過表象來探查本質，學生也將無法對其微觀層面的細微變化加以感知，造成學生學習難度不斷提升。結合模型與建模的策略方法來搭建高中生物學知識學習的支架，可以將更加抽象、復雜的事物加以梳理，使其更易于理解，確保問題的解決更加簡明扼要。在高中生物學教材中，很多實踐訓練內容可以利用模型與建模策略來分析解決，在教學相關環節，教師可以采取適合的策略來增強學生的模型與建模能力。如構建數學模型時，學生需要依據數據信息來對構建模型所要求的公式進行總結歸納。模型建立的過程中，學生要在思考、質疑和研究中強化批判性思維。伴隨著問題內容的逐步加深，學生可通過公式間的規律來推導出另一個公式，這也強化了學生的演繹推理能力。

例如：在學習“種群數量的變化”相關內容時，可結合其中的“J”形和“S”形增長曲線來設計模型與建模實踐。從導入過渡到構建細菌種群數量增長模型，先引導學生對細胞分裂的特點和結果進行思考分析，并對課本中所編排的表格內容自主填寫，以N來表示細菌數量，通過演繹推導，學生得出細菌種群增長規律基本公式：Nn=2n。接下來，學生依據已有的表格數據，繪制細菌增長的曲線圖，相關過程都是在對學生的科學思維能力進行強化。在引申拓展環節，教師還可以出具現實中的具體案例，看看其是否與所總結的公式、細菌增長的模型相符合，并進一步進行模型的修正。最后對種群的“J”形增長曲線和“S”形增長曲線進行探討，分析比較兩者之間的異同點，學生嘗試歸納和匯報總結。在該數學模型的建立和完善過程中，學生歸納與概括、演繹與推理及批判性思維等都得以發展。

（二）結合概念教學策略，培養學生科學思維

在高中生物學課程教學中，概念教學在整體課程教學環節中的應用比較廣泛，利用生物學知識概念的前后學習聯系，來助力構建學生新的概念體系。當前階段仍存在部分教師沿用傳統的教學模式來進行概念講解，教師缺乏間接引導，更多的是直接將概念灌輸給學生，學生記憶概念的方式也比較單一化、機械化，這種方式無法讓學生將新概念與先前所學的概念進行整合并深入理解應用。學生在學習時并沒有對新概念的內涵意義形成深刻體會，更不理解新舊知識概念間的轉化聯系，因此這也在一定程度上阻礙了學生的科學思維能力形成。通過教師的指導，調動學生主動思考的積極性，自覺、自主探究新舊概念兩者間的整合方法，在理解新舊概念聯系的基礎上，持續強化自身的歸納總結能力。實施概念教學，需要在課前組織學生做好課堂相關材料準備；在教學環節，組建學生學習小組，自主對課程相關模型進行構建設計，同時對學生的建模能力加以訓練；各小組完成學習任務后，每個小組成員代表上臺來對本組模型進行展示，最后環節，在學生中展開互評活動，通過良性評價完善模型。每個學生都可以發表自己的看法意見，針對其他學生小組的模型進行評價，提出自己的創新想法。學生在提出關于模型的優點、缺點的過程中，也能在潛移默化中鍛煉其批判性思維。

例如：在學習“生態系統的結構”相關內容時，教師能夠用多種形式來開展概念教學。新課學習前先對種群和群落的概念進行回顧，之后再聯系新內容，即生態系統的概念[4]。在課中環節，可以通過呈現圖片和視頻等，讓學生小組合作，通過對比觀察、討論分析，得出生態系統的組成成分，讓每組學生代表小結，其他學生補充說明，在培養學生觀察能力的基礎上，強化其概括能力。

（三）結合問題驅動教學策略，培養學生科學思維

問題對于調動學生的學習積極性有著重要作用。在高中生物學課堂教學中，其應用可從三個點展開分析，通過問題的逐步深入、層層推進，將大問題進行分解，變成小問題，更有利于學生思維能力的培養和訓練。在問題的設置上，可以明確劃分為問題層面、問題來源和問題模式。

第一，基于問題層面而言，高中生物學課堂教學過程中會產生問題，是由于學生在學習的相關環節產生了疑難，難以應用已知的知識來解決。第二，問題來源。在高中生物學課堂教學中所使用的問題，一部分來自教材內容，能夠啟發學生思考，開發學生的思維。一部分來自教師為調動學生學習積極性，基于教材內容和教學目標所設置的一些引導性問題。最后，課堂問題的解決，這個過程既可以通過學生小組來合作探討，也可以由師生共同對問題開展實踐探究。第三，在問題模式上，高中生物學課堂所應用的問題模式，根本要求在于培養和強化學生的問題意識，形成學生良好的思維能力。此外，教師要避免簡單地將問題和意識這兩部分的概念進行相加，要讓學生能夠深入到教師所提出的實踐活動當中，針對難以解決的疑難問題做好懷疑、假設、驗證、總結，再獨立思考開發個人思維的能力。問題解決的過程中，需要教師預先設置任務，從問題情境的創設入手，結合學生身心發展的規律，科學合理地對生物學教材資源加以整合，在教與學的推進過程中，以教師為主導，學生為主體，選擇適當的教學情境來貼近學生的日常生活實際。學生經過問題分析、搜集和整理，形成系統、有效、合理的解決方案。在最終評價環節，教師需要給予學生充分思考的時間，引導學生提煉總結性語句，讓知識轉化更加直觀。

例如：在進行“探究植物細胞的失水和吸水”相關知識點的教學實踐活動時，教師可先利用導學案，在課前讓學生明確質壁分離、復原的概念理論，同時呈現出問題：1.質壁分離產生的條件是什么？2.不同細胞分別處于相同濃度的蔗糖溶液中，其質壁分離程度是一樣的嗎？3.同一細胞在不同濃度蔗糖溶液中都能發生質壁分離嗎？學生分小組認領教師提出的問題，結合教材給出的思路，分組進行實驗設計，并對相關步驟加以完善。課中環節，教師提供紫色洋蔥、水綿、不同濃度蔗糖溶液、載玻片、蓋玻片、顯微鏡等實驗材料，學生以小組為單位依照課前討論設計的實驗方案展開實驗。學生操作的同時，教師要給予指導，以表格形式做好實驗結果和歸納整理，最后各小組結合實驗結果進行總結匯報和評價交流，對認領的問題進行解決，并可能提出新的問題。如用尿素溶液或者硝酸鉀溶液替換蔗糖溶液時，洋蔥的質壁分離復原過程會有什么變化，這種變化產生的原因是什么，與細胞的物質運輸有什么關系等。學生可以繼續就新問題進行探究，整個教學實踐過程對學生的科學探究能力，批判性思維、創造性思維、歸納與概括等各個維度的科學思維能力都進行了較為有效的培養。

結束語

綜上所述，高中生物學課堂教學中，作為教學活動的引導者，教師首先需要明確科學思維素養的重要性、增強培養意識，在發揮教師主導作用的基礎上，要充分發揮學生的主體作用。科學思維的培養不能僅局限于一種模式，教師需要善于收集學習各種資料，善于設計整合多種教學策略，并根據不同的教學內容加以選擇，借助多種途徑實現多維度培養發展學生的科學思維能力。教師通過教學實踐和反思，不斷優化在高中生物學課堂中培養學生科學思維能力的策略。

參考文獻

[1]吳悠貝.高中生物學教學中科學思維培養現狀的調研及建議[D].湘潭：湖南科技大學，2019.

[2]趙占良.對生物學學科核心素養的理解（二）：科學思維及其教學[J].中學生物教學，2019（19）：4-7.

[3]張飛.運用論證式教學策略培養學生的科學思維[J].生物學教學，2019，44（7）：15-17.

[4]徐建華.生物教學中培養學生科學思維的策

略[J].中學生物學，2019，35（5）：34-35，62.