基于科學思維培養目標的高中生物教學策略探究

肖正清

摘 要：在高中生物教學中，基于發展學生生物核心素養、深化知識理解、提高問題解決能力的需要，培養學生科學思維具有必要性。現階段的生物教學中，教師以講授為主的教學方式、以“刷題”為主的鞏固方式以及學生探究意識和能力薄弱，這些都影響了學生科學思維能力的提升。高中生物科學思維培養可從三個方面展開：一是強化問題情境的創設，以“問題”或“問題串”貫穿教學始終，促進學生科學思維能力提升；二是立足教材，開展多元化的生物實驗或實踐活動，以實踐為主線培養學生科學思維以及動手實踐能力；三是引入STSE試題教學策略，嚴格按照新課改和新高考的要求設計生物試題，改變漫無目的的“刷題”現狀，促進學生科學思維能力提升。

關鍵詞：高中生物；科學思維；培養對策

中圖分類號：G633.91? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：1673-8918（2023）11-0145-04

一、 引言

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確了“科學思維”系生物學科四大核心素養之一。在高中生物的教學中培養學生的科學思維，有助于學生的生物邏輯判斷能力得到提高，使學生解決實際問題的能力也得到培養，從而更好地促進學生“終身發展”。

高中階段，生物學是建立在實驗基礎之上的自然科學，在培養學生科學思維方面具有顯著的優勢。然而，教學實踐中，傳統以講授為主的教育模式，導致學生在課堂上主動思考較少，思維不夠靈活，甚至出現定勢思維的現象。這種思維定勢，不僅影響學生對生物學基礎知識的理解，更影響學生解決生物實際問題能力的提升。文章中，筆者立足近年來關于生物學科學思維的研究，探索基于科學思維培養目標的高中生物教學對策。

二、 高中生物科學思維概述

（一）科學思維的內涵

《辭海》對“思維”的定義為“理性認識的過程、結果”；著名哲學家馬克思和恩格斯認為“思維是人腦的產物，是客觀事物在人腦中的反映”，這一表述方式顯得更為直觀。綜合學者們關于思維的概述，筆者認為：思維是一種運用已有經驗對現實問題的高級認知和加工過程，從而建立對事物更為直觀的認知和理解，在此過程中也解決實際問題。

在“思維”前面加上“科學”二字，構成了“科學思維”，其目標性和指向性也就更強。關于科學思維的內涵，研究者們基于研究視角的差異也有不同的理解。筆者認為：所謂科學思維，是學習者基于現實問題，運用科學的原理和方法，通過大腦的高級認知和加工而認識事物、解決問題的理性思維方式。文章中，筆者所指的科學思維，是基于核心素養的高中生物科學思維，是構成生物學學科核心素養的重要維度。

（二）科學思維的方法

科學思維是一種高度理性的思維，具體包括五種思維方法。

1. 歸納與概括

所謂歸納，是從個別到一般的過程，是歸攏使之有條理，是學生在生物學習中通過對個別事物的分析與總結，推導出一般概念、結論的思維方式，是一種“抓要點”的過程。例如，在學習了細菌、衣原體、支原體的相關知識之后，將其歸納為原核生物。

而概括則是通過對事物共同特點的分析與總結，以簡明扼要的方式描述其內涵和特點。例如，在原核細胞和真核細胞的學習之后，學習者可以對兩種細胞的共同特點進行概括，即可概括出兩者均具有細胞膜、細胞質和以DNA為遺傳物質的特點。

在生物學習中，歸納與概括是重要的科學思維方式，兩者相互關聯，密不可分。

2. 演繹與推理

演繹與推理是與歸納法方向相反的思維方式，是從一般到特殊的推理方法。演繹與推理的推理要求前提和結論兩者之間具有必然的關聯性，因此是一種確實性的推理。例如，學生學習真核生物后，結合其對真核生物內涵的理解，明確真核生物包含植物、動物以及真菌等。

3. 模型與建模

作為一種重要的科學思維方式，模型與建模要求學習者在學習過程中能抓住事物的主要特點，找準事物間的關系和規律，確定自變量和因變量，從而將復雜事物簡單化，形成一種可推演的模型。生物學習中，生物學模型主要分為三類：①概念模型；②物理模型；③數學模型。針對不同的模型分類，建模的方法也有所不同。如建立物理模型可以通過制作實物模型的方式將復雜的問題簡單化；而數學模型的建模，則可以利用數學公式表示生物學規律。

4. 批判性思維

批判性思維是一種重要的科學思維方式，是指學生在生物學學習過程中，敢于提出質疑和挑戰。培養批判性思維，對提高學生發現問題、分析和解決問題的能力具有積極的意義。例如，教師在指導學生學習轉基因食品的過程中，可以聯系生活中的食品安全問題，引導學生辯證地就轉基因食品的“安全性”進行思考和討論。

5. 創造性思維

創造性思維具有發散性特點，所以也稱為發散性思維，是指學生在生物學習中，不局限于某一種解決問題的方式，而是可以多方面思考問題，從而探索出更多的解決問題的方法。在生物學習中，開展調查研究等學習活動，對培養學生的創造性思維能力、發展學生的創新意識具有積極的意義。

三、 高中生物教學中培養學生科學思維的必要性

（一）發展學生生物核心素養的需要

近年來，伴隨著教育改革的不斷深入推進，核心素養已經統領了時代教育思想。高中生物核心素養中，科學思維占有重要的席位，因此，在高中生物教學實踐中，教師要把科學思維的培養置于重要的位置。為了更好地發展學生生物核心素養，高中生物教師應當突破傳統教育瓶頸，強化學生科學思維能力培養，以全面提高教學實效。由此可見，基于科學思維能力培養的高中生物教育，教師不斷優化教學方式，提高學生歸納總結、演繹推理、批判性等理性思維能力，將更有助于發展學生生物核心素養。

（二）深化知識理解的需要

近年來，教育改革不斷深入推進，以深度學習理念為指導的教學課堂，要求學生對知識的理解建立在高階思維的基礎之上，而非停留于低階思維的淺層認知。停留于低階思維的淺層認知，學生因對知識的深入理解不足，因此常常采取死記硬背的方式達到記憶知識的目的。基于科學思維培養的高中生物教學，教師將立足五種科學思維培養的方法，不斷優化教學方式，這不僅能夠促進學生高階思維的發展，同時也有助于深化學生對生物科學知識的理解。例如，教師在高中生物教學實踐活動中有意識地培養和發展學生的歸納與概括思維能力，能夠促使學生在生物學習中，用科學的思維總結、歸納和概括相關的生物概念、規律等，歸納概括的過程也就是學生深入理解知識本質內涵的過程。除此之外，批判性思維、創造性思維等的培養，均有助于促進學生高階思維的形成，最終為構建深度生物學習課堂奠定基礎。

（三）提高問題解決能力的需要

應用所學習的理論知識解決實際問題，是教育改革背景下教師教學的重中之重。學以致用，方是教育的出發點和落腳點。就傳統生物教學課堂來看，學生習慣于接受，思維的活躍度不夠，定勢思維影響了學生問題解決能力的提升。同時，為了提高學生的解題能力，部分教師采取了題海戰術的訓練方式，在加重學生學習負擔的同時，也影響了其科學思維能力的提升。基于科學思維培養的高中生物教學，教師將采取多元化的思維訓練方式，不斷活躍學生的生物學習思維，尤其是批判性思維與創造性思維；而學生思維能力的提升，將有助于促使其在解決實際問題的過程中，更加靈活多變，解決問題的能力也將得以有效的提升。

四、 影響高中生科學思維能力提升的主要因素

（一）以講授為主的教學方式

知識的講解以單向的講授為主，學生一直處于“聽”“記”的狀態，這是高中生物教學中影響學生科學思維能力提升的主要因素之一。在以教師講授為主的教學模式下，學生的主動學習思維并沒有得到有效地激發，而是一直處于被動接受的狀態。這種狀態持續久了，學生會怠于思考和探索，而習慣于接受的學習狀態，將會直接影響學生科學思維能力的提升。

（二）以“刷題”為主的鞏固方式

在高中生物教學中，學生知識的鞏固方式也在一定程度上影響其科學思維能力的形成與提升。就當前的高中生物教學而言，以“刷題”為主的知識鞏固方式普遍存在。而“刷題”，即我們常說的“題海戰術”，學生通過大量做題來達到鞏固知識的目的。當學生的課余時間都沉浸在“題海”之中，其自主思考的時間和空間將會受到極大的制約，從而影響學生科學思維能力的提升。

（三）學生的探究意識和能力較為薄弱

學生的生物科學思維，與其探究的意識、能力息息相關。若學生在生物學習過程中有較強的探究意識和能力，其科學思維能力將會得到顯著地增強。而教學實踐中，筆者發現：由于習慣了接受，學生在生物課堂、日常生活實踐中探究的意識和能力處于較為薄弱的狀態。例如，部分教師在生物教學課堂中構建小組合作探究的教學模式，但學生的合作探究意識、能力有待提升，導致小學合作學習模式的構建往往難以取得理想的教學效果，甚至難以實現教學目標。

五、 基于科學思維培養目標的高中生物教學對策

基于上述分析可以看出：在新課程改革背景下，高中生物教學把培養學生的科學思維列入重點考慮的內容具有必要性。結合影響高中學生科學思維能力提升的主要因素，筆者認為，把科學思維培養作為重要目標的高中生物教學可以從如下幾個方面進行。

（一）創設問題情境，培養科學思維

在教學實踐中，“問題”與“思維”之間往往具有密不可分的關系。高中生物教師可以巧妙地通過創設問題教學情境的方式設疑、啟發和解惑，促進學生深入探究、分析、總結，進而達到全面提升生物科學思維能力的目標。

例如，高中生物《分子與細胞》章節的教學中，本章節的教學涵蓋很多知識點，筆者以“細胞的能量‘貨幣’ATP”為例，在教學中，筆者立足核心素養的教育思想，緊密結合教學內容進行了教學目標、教學重難點的設計。以下簡要闡述問題情境創設的過程：

首先，創設問題導入情境，激發興趣，激活思維。導入作為教學的關鍵環節，通過創設問題情境作為課堂導入的方式，更有助于活躍教學課堂，培養學生的科學思維能力。本節課教學中，筆者以杜牧詩句為背景播放了螢火蟲飛舞的視頻，然后提出問題：①螢火蟲為什么會發光呢？②發光的過程，是否會產生能量的轉換？③其生物學意義是什么？上述三個問題，不僅有助于引入教學內容，同時緊密貼近學生的生活。教師引導學生對上述三個問題的思考和解決，不僅能夠培養其科學思維，同時也有助于提高其生活實踐能力。

其次，創設問題情境，突破教學重難點。本節課的教學中，教師教學的重點在于科學引導學生深入理解ATP的化學組成、特點以及在能量代謝中的作用；把握ATP與ADP的相互轉化。為了突破教學的重點和難點，筆者采取的方法如下：①學生自主閱讀課本并思考問題：ATP是什么？結構簡式是什么？為什么其是高能磷酸化合物？如何構建ATP模型？②閱讀教材中有關“ATP與ADP”相互轉化的素材，然后通過小組合作學習討論的方式分別填寫ATP水解與合成的反應式、酶的類型、場所、能量來源與去向。

最后，以拓展性問題培養學生的科學思維。不斷拓寬學生對知識學習的廣度和深度，是高中生物教學的重中之重。在本節課教學中，為了拓寬學生的知識面，筆者提出了拓展性的問題：結合生活實際思考還有哪些生命活動需要ATP功能呢？上述的問題具有啟發性，啟迪學生緊密結合生活實際思考問題，也能夠在一定程度上促進其科學思維能力的提升。

從上述教學案例可以看出：以“問題”為核心和主線的教育模式，對學生科學思維能力的培養、學習主觀能動性的激發都具有重要的意義。因此，高中生物教師應當以核心素養為指導，通過“問題”或者是“問題串”的設計，巧妙地培養學生的科學思維能力，以發展學生生物核心素養。

（二）開展實踐活動，培養科學思維

實踐是檢驗真理的唯一標準。生物作為一門以實驗為載體的自然科學，實驗活動的開展是教師全面提高學生科學思維能力的有效手段。在高中生物實踐活動的開展方面，筆者提出兩點建議：一是高中生物教師要嚴格按照生物教材的要求，積極開展生物實驗，以實驗為主線培養學生的生物科學思維；二是教師在生物教學中，可以巧妙地開展一些富有趣味性的生物實踐活動，引領學生在實踐探究的過程中形成生物科學思維。

以《分子與細胞》教學中“探究植物細胞的吸水和失水”為例，從教學主題“探究”二字可以看出：本部分知識點的教學，應當以探究活動的開展為主，方能更好地助推教學目標實現。因此，在本節課教學中，筆者嚴格按照教材中的“探究·實踐”教學思路，以小組合作的方式，引領學生積極參與了探究性的實驗活動。在實驗進行的過程中，從制作臨時裝片、低倍鏡下觀察細胞形態、滴加蔗糖溶液后低倍鏡下觀察全體過程，都由學生小組自主完成，教師僅僅是處于引領和指導的地位。在實驗活動開展的過程中，每個小組均有相應的表格，學生需要自主觀察實驗現象、記錄實驗結果。

在實驗結束之后，教師提出問題，進一步升華學生科學思維的培養效果：①質壁分離的條件是什么？②什么細胞可以發生質壁分離呢？③相同濃度的溶液，不同細胞質壁分離是否相同？④同一細胞在不同濃度的蔗糖溶液中是否都能夠發生質壁分離？針對上述問題，每個學生小組結合自己實驗的過程進行深入的思考并解答。

（三）引入STSE試題教學策略，培養科學思維

在當前的高中生物教學中，STSE試題是順應新課改和新高考的新題型策略。作為高考生物試題中的熱點和亮點，這類試題不僅強化了學生基礎知識的鞏固與應用，同時對學生模型轉化、思想方法等的考察也較為全面。為了有效地規避傳統“題海”式的知識鞏固方式，高中生物教師可以巧妙地引入STSE試題教學策略，以更好地培養學生的生物科學思維。

例如，在“光合作用與能量轉化”的教學中，為了幫助學生鞏固知識，筆者立足教材和教學目標，充分利用教輔材料，結合光合作用的場所、過程、原理及應用等，引入了STSE試題教學策略，相關的試題不僅具有針對性，同時也立足新課改和新高考前沿，有效地提高了生物知識鞏固的實效性。

六、 結語

教育改革背景下，高中生物教學中培養學生的科學思維，是深化學生對生物知識的理解、提升學生解決問題的能力、發展學生生物核心素養的必由之路和有效途徑。而傳統以講授為主的教學方式、“刷題”為主的鞏固方式以及學生薄弱的探究意識和能力，對高中學生生物科學思維能力的發展和提升形成了障礙。只有把培養學生的科學思維列入重點考慮的內容，創設問題情境引導學生思考，開展實踐活動引導學生歸納綜合，引入STSE試題教學策略有效訓練學生思維，才能真正打開學生生物科學思維的大門，讓學生生物科學思維得到良好的發展，最終發展生物學核心素養。

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