發(fā)展學生科學思維的高中生物學教學策略研究

林睿文

摘 要：在國家發(fā)展的大背景下，全民科學素質(zhì)提升計劃和以學校教育為基礎(chǔ)的課程綱領(lǐng)性文件中，科學思維素養(yǎng)扮演著至關(guān)重要的角色。學生在生物學科的教學過程中，能否發(fā)展出自身的核心能力，將會對他們未來的學習和社會生活有著深遠的影響。基于此，本文主要對科學思維的概念以及特點進行論述，并結(jié)合科學思維培養(yǎng)的基本方法，從PBL、科學史、論證式、概念圖、圖形以及解題等幾個方面論述在高中生物教學中如何培養(yǎng)學生的科學思維。

關(guān)鍵詞：高中生物；科學思維；教學策略

隨著新課程標準的發(fā)布，生物教師正在努力探索如何培養(yǎng)學生的生物學核心能力，以滿足高中教育變革的需要。生物學科作為一門具有獨特學科特點和發(fā)展趨勢的課程，必將作為高中生的熱點選考科目之一，因此，高中生在生物學科學習過程中，是否進一步發(fā)展自身的核心能力，對于學生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)，以及學習習慣的培養(yǎng)有著重要的影響，這也是當今教改的重點所在。因此，在新課標的指導(dǎo)下，怎樣更有效地提高學生的核心能力，也已變成當今教育界的一項重要課題。

一、科學思維的概述

科學研究運動是人類探索未知世界的重要方式，它不斷地嘗試新的知識，并在不斷地實驗和改進中接近真理。在科學研究的過程中，證據(jù)是非常重要的一項因素，因此，每一項科學研究和發(fā)現(xiàn)都是通過非常嚴謹和持久的觀察、精確地記錄和精確地推理。開展科學活動的目的在于對自然界的奧秘進行深入探索，是為了能夠掌握自然界當中事物的本質(zhì)，以及自身蘊含的規(guī)律，通過對自然界事物之間的自然聯(lián)系以改造自然，它是人類社會發(fā)展的組成部分，有著巨大的創(chuàng)造力，因而，科學活動要求特定的認知規(guī)律和心理規(guī)律，以便更好地實現(xiàn)其

目標。

人們的心智學習階段，也即是知識行動，主要包括意愿、情感和知識三種內(nèi)容。其中，思考是一個高等狀態(tài)的知識行動，也即是知識行動。在學生認知活動過程當中，能夠?qū)⒆陨淼倪壿嬎季S區(qū)分為理性思維和感性思維。理性思維，指的是一種非邏輯性思維，是一種通過個人的直覺，或者是想象所產(chǎn)生的一種思維，而感性思維則是一種邏輯性思維。這種區(qū)分是從一般認知活動的角度來看的，但是，如果從認知活動發(fā)生的不同領(lǐng)域或場景來看，則能夠更加細致地分析和探究這些思維活動，從而更好地理解和掌握知識。通過科學思維、哲學思維和藝術(shù)思維的結(jié)合，人們能夠更深入地理解客觀事物，從而獲得更加準確的認識[1]。

科學研究思想的質(zhì)量可以從深刻、靈活多樣、批評性和創(chuàng)造性四個方面來衡量，其中深刻反映了思想的抽象性和邏輯性，靈活多樣則體現(xiàn)在思想活動的靈巧，而批評性則是指對生物材料和思維過程進行審查的能力，而創(chuàng)造性則是指思維的創(chuàng)新性。

二、科學思維的特性

（一）抽象性

科學思維的抽象性是一種有效的方式，它可以幫助學生從多個問題中提取出共性點，從而更好地理解事物的本質(zhì)。此外，抽象也能培養(yǎng)思維的發(fā)散，使思路更加深入，因為它可以掌握事情的全部特征，而不僅僅局限于某一個特征。抽象思維不僅僅是從可觀察的事件中提煉出共同點來認識事情，而且還可以超越直覺，創(chuàng)作出更加理想化的對象，從而使科學認識更加深入，使科學思維更加抽象化。科學思維是一種不斷探索未知領(lǐng)域的過程，它以準確性為基礎(chǔ)，從而解決經(jīng)驗認知和哲理思考中存在的不確定性，因為哲理思考是一種對自身認知的反思，它以猜測的方式來探索事物，但卻不會改變?nèi)祟悓ψ匀弧⑸鐣腿说闹苯诱J知。科學思維的準確性可以從概念的明確性、命題的精確性以及它們之間的聯(lián)系來體現(xiàn)。

（二）形式性

科學思維的形式性是指它能夠?qū)⒅R以一定的形式表達出來，比如命題之間的關(guān)系，以及將所有科學命題組合成一個形式系統(tǒng)。通過這種形式系統(tǒng)，學生可以更好地理解廣泛對象的一般規(guī)律，從而能夠逐漸探索出，其中所包含的特定規(guī)律；而科學思維的精確性則是指它的特殊準確性，它不但能夠抓住事物的本質(zhì)，還能夠更深入地探索它們之間的聯(lián)系，從而更好地理解它們之間的關(guān)系，從而更好地掌握它們之間的聯(lián)系。精準性是科學研究發(fā)展水平的重要標準，它展現(xiàn)了對事物的掌握程度，著重于科學研究數(shù)據(jù)。客觀世界多姿多彩，變化莫測，但是其中所蘊含的規(guī)律，卻是一致的，因此在科學研究以及探索的過程中，就是要能夠從多樣化的科學內(nèi)容逐漸找到一致的客觀規(guī)律，將復(fù)雜的概念轉(zhuǎn)化為簡單的概念；而理論知識性則是指科學研究思想通過理論知識來統(tǒng)一一門知識，以便更好地理解和應(yīng)用知識，從而更好地推動科學發(fā)展。科學思想的理論知識性是以解析性為基礎(chǔ)的，它強調(diào)掌握所有局部部分中組成總體的要素，以及從個別現(xiàn)象中掌握一般規(guī)律，并超越感性的總體現(xiàn)象，深入探究抽象的本質(zhì)。

三、科學思維的基本方法

大自然科學研究是一種深入研究自然界中物體的形狀、構(gòu)造、特性、活動規(guī)則及其他們彼此間的作用的學科，它的研究對象通常非常復(fù)雜，而且受到許多因素的影響。在漫長的發(fā)展中，自然科學已經(jīng)發(fā)展成了一個全套完整的邏輯思維方式。學習科學時，高中生常常會使用分析和綜合、比較和分類、抽象和概括以至科學推理等邏輯思維方式[2]。

（一）分析與綜合

通過研究和總結(jié)，學生可以將對象的不同部分或基本要素進行劃分，并且對不同部分之間所存在的關(guān)聯(lián)性以及制約關(guān)系進行探索，并且明確這些部分在整個事物當中所處的地位，深入觀察這些不同部分會發(fā)生的變化以及變化產(chǎn)生的影響，從而在探究過程中對事物的本質(zhì)有一個更好的理解。此外，通過分析和綜合，學生可以將對象的不同部分或元素再次整合成一個總體，從而更好地理解它們的特征和本質(zhì)，通過深入分析事物的本質(zhì)和規(guī)律，學生可以更好地理解它們的整體特征。

（二）比較與分類

經(jīng)過對比和區(qū)分，學生可以更好地辨別事情相互之間的不同點和共性點。對比是在分析的基石上展開的，它要求學生按照統(tǒng)一的標準，仔細觀察每個事情的特征，并將它們按照其特征加以對比，從而發(fā)現(xiàn)它們相互之間的共性點和不同點，對他們之間存在的差異性有更好地了解。按照對象之間存在的共同性以及差異性進行劃分，這是一種基于類比思維的方法，能夠通過他們之間的異同進行分類，以便更好地理解它們相互之間的關(guān)系，從而更好地把握它們相互之間的聯(lián)系；在科學研究過程中，學生會按照特定的目標，將對象劃分為不同的類別，并以某種共同性作為標準。這樣，學生就可以將某些事物或知識劃分為具有一定等級關(guān)系的

系統(tǒng)。

（三）抽象與概括

由于自然界中物質(zhì)多樣性、運動復(fù)雜性以及相互作用的特點，研究者們必須面對一個個棘手的問題：實際的事物往往具有多種特性，每一種科學問題都涉及多個因素，但要想全面、徹底地探究每一種因素的存在，就會讓學生在處理問題時陷入困境。通過抽象與概括，學生能夠從一種更宏大的角度出發(fā)，去除問題中的非本質(zhì)因素，把一類事物的共同屬性聯(lián)系起來，構(gòu)成一種清晰的、主題突出的新形象、新程序或者新思路，從而有效地解決這個問題。在科學領(lǐng)域中，抽象定義和歸納能夠用來構(gòu)建合理模式、構(gòu)建合理程序、運用合理實踐以及構(gòu)建合理理論，從而推動科學發(fā)展。

（四）科學推理

科學推理是人們以已有的知識為基礎(chǔ)，經(jīng)過推論得出新的結(jié)果的方式。邏輯推理中可分成歸結(jié)推論、詮釋推論和對比推論。歸結(jié)推論是一個從特定的、個體的判斷中推論出普遍性的結(jié)果的過程，它能夠幫助學生更好地理解和掌握知識，也能夠幫助學生更好地分析和解決問題。詮釋推理則是這種從普遍性的結(jié)果中推演出個體性的結(jié)果的邏輯推理方式，它能夠幫助學生更好地理解和解決問題，并且能夠幫助學生更好地預(yù)測未來的發(fā)展趨勢。類比推理是人們從一般原理和結(jié)果出發(fā)，通過對以上兩種物質(zhì)的相互對比分析，就能夠發(fā)現(xiàn)這些物質(zhì)之間存在的相似之處，從而能夠一次推斷出另外的屬性上是否也能夠有類似的思維方法，從而得出新的

結(jié)果[3]。

四、發(fā)展學生科學思維的高中生物學教學策略

（一）PBL教學策略

PBL教學策略是一種有效的學習方式，它通過精心挑選和設(shè)計問題，幫助學生掌握解決問題所需的關(guān)鍵知識，并能夠運用系統(tǒng)的方法來解決實際生活和工作中遇到的挑戰(zhàn)。

PBL策略在生物學教學中被廣泛應(yīng)用，它可以調(diào)動學生的學習興趣，幫助他們通過思索和研究來找到難題的所在，并進一步深化對難題的了解，從而尋找各種解決辦法。在PBL教學，難題不僅可以幫助學生解決一個大問題，而且還可以讓他們更好地了解和歸納答案中隱藏的知識點，從而構(gòu)建出一個相對完整的學習單元。此外，情況不是直接呈現(xiàn)出來的，而是與日常生活情況、實際或是需要解決的問題有著緊密聯(lián)系，情況可以引起學生所了解到的內(nèi)容與其原來的認知結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖突，因此，學生需要將自身的感性認識轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇哉J識，以便更好地理解和掌握知識點，并可以更好地應(yīng)用所學知識。學生可以利用小組討論和實踐來探索方法，這些方法包括社會調(diào)查、網(wǎng)絡(luò)搜索、圖書館查閱資料、向教師和專家咨詢等。此外，學生還可以設(shè)計實驗來證明自己的觀點，即利用各種途徑尋找支撐自己論點的材料，并且要可以說服其他同學接受自己的觀點。這也是一個假設(shè)演繹的過程。通過采用PBL教學策略，學生能夠有效培養(yǎng)學生的思維能力，使他們能夠更深入地思索提問，并且能夠進行創(chuàng)新性和批判性思考[4]。

（二）科學史教學策略

“科學技術(shù)”是一部關(guān)于科學發(fā)展史的寶貴著作，它深入探討了科學技術(shù)的演變、分析方法的發(fā)展及其物理學家們的精神。通過閱讀“科學史”，學生不但能夠了解生物科學本身，還能夠深入理解生物學家們的思維模式和分析方法，進而提升運用科學技術(shù)解決實際問題的能力，而且也能培養(yǎng)學生的科學思維素養(yǎng)。教師通過將科學巨匠的獨特思維和方法融入知識傳授中，讓學生從先人的實驗設(shè)計中掌握科學思維和研究方法，了解事物的本質(zhì)，更要理解它們的原因，訓練學生的變通性和靈活性，在了解科學史的過程中會改變思考方式，解放思想，并不斷更新自己的觀念。在高中生物課本中，有大量的科學技術(shù)史材料，它們記錄了生物學家們?nèi)绾卫脤嶒瀬斫鉀Q生物學問題，探索生命的本質(zhì)，以及他們在論斷上的失誤，以及如何糾正這些失誤。教師可以利用這些科學史材料，引導(dǎo)學生學習專家們的思想，讓學生在潛移默化中學習科學思想，從而進一步提高他們的科學技術(shù)知識水平。

（三）論證式教學策略

論證式教學策略是一種有效的學習方法，它要求學生從多個角度深刻思考，以解釋數(shù)據(jù)、理解現(xiàn)象，并通過反駁和辯護來改正自己的觀點，以便讓其他同學接受自己的觀點。在這種教學策略中，學生需要學會評估自己的觀點和想法，并利用新的證據(jù)來調(diào)整自己的觀點，從而更好地理解和掌握知識。在論證式教學中，學生需要積極回答教師和其他同學的提問，并在限定的時期內(nèi)加以深入思考，以便形成自己獨特的見解，并將其清晰明了地表達出來，這對于學生科學思維的培養(yǎng)是非常有利的。

（四）概念圖教學策略

概念圖策略已經(jīng)成為生物學教學中不可或缺的一種方法，它有利于促使學生更好地理解和掌握知識點，并將其有機地組織起來，形成一個有深度、有意義的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。觀念圖的層級化和交錯性特征，使得它更加有效地推動知識點的同化，從而達到知識點的融合。經(jīng)過教師的引導(dǎo)，學生即可自主構(gòu)建觀念圖，從而更好地回顧和提煉知識點，分析內(nèi)容重點，融合新舊知識，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，濃縮認知結(jié)構(gòu)。此外，認識圖還有利于協(xié)助他們整理觀念相互之間的層級關(guān)聯(lián)，并在各觀念間形成意義的關(guān)聯(lián)，從而深化他們對概念的理解，也就是說，學習的過程也就像一個建網(wǎng)的進程，持續(xù)地向網(wǎng)上添加內(nèi)涵，在這個進程中，學生還能憑借對新觀念和新命題的了解和回歸，來糾正和完善原有的認知結(jié)構(gòu)，從而更好地掌握知識。經(jīng)過持續(xù)的學習和實踐，提升自身的科學思維能力和創(chuàng)新精神。

教師能夠使用概念圖來評估學生的學習成績，并為他們提出反映情況。這種方法能夠通過各種方式實現(xiàn)，例如需要學生在某些領(lǐng)域描畫定義圖，填補空缺，描述定義相互之間的聯(lián)系，編制定義卡片等。

（五）利用圖形、圖像、數(shù)據(jù)培養(yǎng)學生的抽象與概括能力

在高中生物教材中，有大量的圖像素材，它們涵蓋了分子結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)構(gòu)成、細胞膜構(gòu)成、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、細胞結(jié)構(gòu)圖等。圖畫是一種直觀、生動的學習方式，它能夠有效提高學生的學習興趣，讓他們在欣賞科學技術(shù)優(yōu)美的圖畫時，更為熱衷于生物專業(yè)。為了調(diào)動學生的主動性，教師應(yīng)該嘗試讓學生將閱讀的圖畫通過文本加工整合，以便他們能夠?qū)⒅庇^經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為間接經(jīng)歷，并運用抽象式思考與歸納的科學研究方式，將形狀或像素中的信息內(nèi)容轉(zhuǎn)變成文本性的信息內(nèi)容，從而更好地理解和掌握知識。學生們需要在理解圖像信息的基礎(chǔ)上，將形狀或像素中的各個組成部分加以整合，將抽象式的概念轉(zhuǎn)化為具體的文章，以便更好地表達自己的想法和感受。這不但能提高學生的能力，也能提高他們的邏輯思維。

在高中生物課本中，直觀的數(shù)字表并不多，但它們卻經(jīng)常被用作考試的素材，比如高考實驗題目中，要求學生采用抽象式思維方法，從而推導(dǎo)出果蠅成蟲大小隨時間的基本規(guī)律，并構(gòu)建其數(shù)量增長的模型，從而得出正確的答案。這樣，學生就能夠在考試中發(fā)揮出自己的科學思維能力，從而更好地理解和掌握知識。在生物學中，通過對比生命現(xiàn)象的差異，仔細分析可能導(dǎo)致這些差異的因素，并綜合考慮所有可能因素，學生能夠更好地理解事物的本質(zhì)和規(guī)律性。因此，教師應(yīng)該在課堂上讓每個學生對比不同的概念，對比它們之間的相似性，并將這些結(jié)果用數(shù)據(jù)表的形式表達過來，以培養(yǎng)比較與分斷能力，同時也應(yīng)該提供一些數(shù)據(jù)表，以便學生更好地理解生物學的基本原理。通過完善填寫數(shù)據(jù)表，培養(yǎng)學生的分析和綜合能力。

“進行中樞神經(jīng)體系的調(diào)控”和“進行代謝活性激素的調(diào)控”是“穩(wěn)定與環(huán)境保護”中的重要一章，它們的難點很大，或許會讓許多學生感到了解不易。然而，這兩節(jié)內(nèi)容與“分子與細胞”中的許多知識有著密切的聯(lián)系，學生們可以通過學習人類和動物的生命活動來認識自我，體會生命現(xiàn)象的復(fù)雜性和規(guī)律性。此外，“穩(wěn)定與環(huán)境保護”中還包含了大批的圖形和圖像素材，因此，利用課本或相關(guān)論文中提供的一些對策和辦法來培養(yǎng)科學技術(shù)思維素養(yǎng)是十分有效的。在教學中使用科研史課程策略、討論式課程策略以及概念圖課程策略應(yīng)用于教學，并結(jié)合學生的反饋和其他經(jīng)驗豐富的生物教師的評課，經(jīng)過多次修改與完善，最終形成了一個具有代表性的教學案例。該案例不僅融入了多種教學方法，還充分運用圖形、圖像、表格等多種形式，以培養(yǎng)科學思維能力。

（六）在講解習題中培養(yǎng)學生科學思維素養(yǎng)

學生在解答生物學問題時，能否準確理解題意，有效整理出題干內(nèi)容，思路清晰，邏輯嚴謹，具備明確的目標和方法，可以判斷問題類型，并可以用形象畫面等形式表達出問題內(nèi)容，可以在解法后面加以反映和拓展，在遇到困難時可以及時調(diào)整策略，對于提高學生學業(yè)質(zhì)量至關(guān)重要。習題課是一個有助于學生提升科學思維能力的平臺，它不僅可以幫助學生將所學知識整合儲存，而且還可以讓他們在需要時可以正確運用所學知識解決問題。此外，教師還可以采取多種方法來培養(yǎng)學生的科學思維能力，從而提高他們的思維品質(zhì)[5]。

第一，在講習題時，應(yīng)該根據(jù)認知體系的邏輯次序講。多數(shù)教師習慣于根據(jù)問題原來的先后順序講，但是很多習題冊中往往會將針對各個章節(jié)的問題打亂依次隨意排列，這種做法可能會干擾他們對章節(jié)的了解和學習，也不利于他們良好的了解和總結(jié)認知體系，所以，在上習題課時，應(yīng)該采取更加靈活的方式，讓他們更加自主地思考和探究，以便良好地掌握知識，并且能夠良好地了解和把握整個認知體系。教師應(yīng)該在備課過程中，將習題的先后順序加以重新排列，以符合他們的認知結(jié)構(gòu)，幫助他們形成一個更加體系的認知架構(gòu)。同樣，應(yīng)該根據(jù)習題的難易程度，對簡約題予以重點強化概念辨析，針對繁雜題則著力教授方法，以幫助學生更好地理解新授課中沒有掌握的知識點，并通過習題課的補充和強化，使學生能夠更有針對性地吸收所學知識點[6]。

第二，在習題的練習過程當中，針對同一個知識點內(nèi)容，教師也需要結(jié)合不同的題型進行分門別類，以便學生得到更好地了解和把握。例如：判斷題主要是考查學生對相似概念的辨析能力，要求學生學會對相似的概念加以比較解析，并將其有條理地整理綜合；而填空題則需要學生通過將腦中的想法加以有效的組織，以便更好地了解和把握主要知識點，并得以利用所學專業(yè)知識加以解決問題。通過觀察、剖析和反思，學生才能得出準確簡潔的答案。例如：在開展數(shù)學、表格、流程圖等知識的教學當中，針對相關(guān)問題的解決，需要調(diào)動學生的抽象思維進行理解，并且挖掘其中所包含的隱含信息，而針對分析類型的題目，能夠進行整理，同時也能夠讓學生進行集中訓練，以此幫助學生在集中訓練過程中，能夠?qū)嶒灥幕痉椒ㄓ幸粋€更好的掌握。不僅如此，教師還能夠引導(dǎo)學生在課外運用同樣的方式去對所學的知識進行系統(tǒng)性的分類整理，并且在整理的過程中對所學的內(nèi)容進行對比分析，從而提升他們的科學思維水平。

第三，在講復(fù)雜問題與難點時，教師應(yīng)該把自身的身份融入學生的身份，與學生一起理解，以便更好地幫助學生理解題目的解法和答案，并且可以通過深入探究學生的思維漏洞，激發(fā)他們的思考能力，從而改變他們不良的思考方式，使他們能夠更好地理解題目，而不是死記硬背，只學會一道問題的解法。為了培養(yǎng)正確的思維習慣，在講述完問題后，教師應(yīng)該幫助學生梳理思路，并及時補充相同類型的題目，讓學生練習解決一類問題而不是一道題。在高中生物課堂上，重復(fù)題或難點的數(shù)量相對較少，因此教師可以將這些題目進行分解，并采取不同的方式來幫助學生掌握[7]。

第四，在習題課上應(yīng)該積極組織他們參加獨立課題項目，讓他們以班級為單位，根據(jù)自己對某一個知識點的掌握情況，從問題人的角度出發(fā)，對問題加以改編，以此來培養(yǎng)他們的小組合作學習意識，同時也能夠讓他們更好地理解問題的邏輯，激發(fā)他們的創(chuàng)新思考意識，進而提高學生的學習效果。各個研究小組之間能夠通過互換問題和做出評析來提高他們的分析水平和思維水平，進而提高他們的學習效率和成果，以求達到提升學生的科學思維素養(yǎng)水平的目的[8]。

結(jié)束語

綜上所述，科學思維是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)和生物學科素養(yǎng)的關(guān)鍵因素，在生物教育中，不僅要讓學生掌握生物學的基礎(chǔ)定義、規(guī)則和理論，更要重視培養(yǎng)學生形成合理的生存價值觀，以及提升他們研究思考能力和品質(zhì)。本文旨在探討如何通過多種策略來培養(yǎng)科研思維素養(yǎng)，包括PBL、科學史、論證式和概念圖等。這些策略可以幫助學生更好地理解和掌握課程內(nèi)容，培養(yǎng)綜合素質(zhì)，并在課堂中靈活運用這些策略來提高科學思維能力，進而提升學生的生物學科素養(yǎng)。

參考文獻

[1]楊柳眉.初中生物模型思維能力模型建構(gòu)與應(yīng)用探索[J].亞太教育，2022（3）：85-87.

[2]李婷婷.生物核心素養(yǎng)之構(gòu)建模型認知在初中生物教學中的應(yīng)用[J].數(shù)理化解題研究，2021（8）：99-100.

[3]馬衛(wèi)軍.以元素教學為例談ARCS動機模型在生物教學中的應(yīng)用[J].數(shù)理化解題研究，2020（14）：84-85.

[4]胡久華，章潔妮，林佩賢.基于認識模型的初三物質(zhì)主題復(fù)習教學[J].高中生物教學參考，2020（7）：55-60.

[5]夏九云，曹飛.ARCS動機模型在初中生物微課設(shè)計中的運用[J].生物教學，2017（3）：40-44.

[6]柯珍玲.高中生物學重要概念建構(gòu)中發(fā)展學生科學思維的策略研究[D].淮北：淮北師范大學，2022.

[7]陳薇.基于科學推理能力培養(yǎng)的高中生物學教學策略研究[D].鄭州：河南大學，2022.

[8]劉柳.高中生物學教學中培養(yǎng)學生科學思維的策略研究[D].沈陽：沈陽師范大學，2019.