基于問題導向培養學生科學思維的高中生物教學實踐

化國鵬

摘 要：本文旨在探討基于問題導向（PBL）的教學方法如何在高中生物課堂中培養學生的科學思維。以《細胞器之間的協調配合》為例，詳細敘述了從課題描述到學生問題提出、自主探究、教師指導，以及學生展示與評估的完整教學過程。實踐表明，PBL方法能有效激發學生的興趣，增強他們的批判性思考和自主學習能力，并為他們提供一個實踐科學方法論的平臺。同時，教師的角色從傳統的知識傳授者轉變為學習過程中的協助者和指導者，更有助于學生深入理解和掌握知識。

關鍵詞：問題導向教學；高中生物；細胞器；科學思維

在新時代教育背景下，傳統的“填鴨式”教育方式已經不能滿足學生的學習需求和未來社會的發展要求。現代教育越來越注重學生的主體性發展和綜合素質的培養。問題導向學習（Problem-Based Learning，PBL） 作為一種以學生為中心的、激發學生內在學習動力的教學方法，日益受到教育工作者和學者們的重視?？茖W思維是學生在科學學習過程中必須培養的重要能力。它不僅是解決問題、分析事物的重要工具，更是一種看待世界、處理信息的思維方式[1]。尤其在生物學這門研究生命現象、解讀生命密碼的學科中，科學思維的培養顯得尤為重要。細胞是生物體的基本單位，而細胞器作為細胞內部的各種功能組織，其之間的協調配合為細胞的各種生命活動提供了保障。通過對“細胞器之間的協調配合”這一話題的探究，可以更加深入地理解生命活動的微觀機制，同時也為培養學生的科學思維提供了極好的實踐場所。

一、細胞器的基本功能及生物學意義

（一）細胞器的基本功能介紹

細胞器是細胞內的特定結構，每種細胞器都有其特定的功能，共同維持細胞的正常生理活動。細胞核是細胞的控制中心，負責儲存和傳遞遺傳信息。內質網和高爾基體參與蛋白質的合成、修飾和運輸。線粒體和葉綠體則是細胞的能量站，分別進行有氧呼吸和光合作用，提供細胞所需的能量。溶酶體含有各種酶，能夠分解細胞內的廢棄物質。質膜不僅定義了細胞的界限，而且通過選擇性地允許物質進出來維持細胞內外的物質平衡。這些細胞器各自承擔著獨特的功能，但同時也密切協作，共同維持細胞的正常運作。

（二）細胞器之間的協調配合的生物學意義

細胞器之間的協調配合是細胞生命活動的基礎。細胞的各種功能并不是由單一的細胞器獨立完成的，而是多個細胞器之間相互協作、相互制約，才能完成復雜的生命活動。例如：蛋白質的合成初步在粗糙內質網上進行，然后被運輸到高爾基體進行進一步的修飾和包裝，最后再通過囊泡運輸到指定的位置發揮作用。另外，線粒體產生的能量為其他細胞器提供動力，而溶酶體的分解功能確保細胞內不會積累過多的廢棄物質。這種協調配合確保了細胞的穩定性和效率，使得生物能夠在復雜多變的環境中生存和繁衍。

二、PBL在生物教學中的應用

（一）傳統教學方法與PBL的比較

傳統的生物教學方法往往是教師為主導的，教師傳授知識，學生則是被動的接受者。這種方式雖然能夠確保一定量的知識傳遞，但往往難以激發學生的學習興趣和動力，尤其在處理復雜的生物現象時，傳統方法可能導致學生對知識的理解僅停留在表面。相比之下，問題導向學習 （PBL） 是以問題為核心，鼓勵學生主動探索、討論和解決問題。在PBL的環境下，學生不再是被動的知識接受者，而是變成了主動的知識建構者。這種方法更能夠培養學生的獨立思考、合作交流和解決問題的能力[2]。

（二）PBL對于培養科學思維的優勢

PBL作為一種以學生為中心的教學方法，它的核心是通過真實或仿真的問題場景，使學生投身于實際的探究中。這與科學家在研究中的工作方式極為相似，即基于現有的問題提出假設，然后進行實驗或研究，最后得出結論。在應用PBL的過程中，學生不僅要尋找和整合信息，還要進行批判性思考，區分事實與觀點，判斷信息的可靠性，這些都是科學思維的重要組成部分。此外，PBL還鼓勵學生與同伴合作交流，這有助于培養他們的團隊合作和交流溝通能力[3]?？偟膩碚f，PBL方法更能夠培養學生的科學素養和科學思維方式，幫助他們成為真正的生命科學探索者。

三、以《細胞器之間的協調配合》為例的教學實踐

（一）課題描述與學生問題提出階段

在本次教學實踐中，首先向學生介紹了課題“細胞器之間的協調配合”。為了更形象地呈現這一主題并激發學生的好奇心，可以展示一個具體的生物現象，比如一個有趣的實驗現象?？梢赃x擇展示受損細胞與正常細胞的差異，這通常會讓學生對細胞內部的工作機制充滿好奇。面對這兩種顯著不同的細胞，學生自然會想知道導致這種差異的原因是什么。在這種背景下，鼓勵學生提出各種問題，這些問題涉及細胞器的功能、細胞器之間的相互關系，以及這些關系如何共同影響細胞的整體功能。

讓學生在課堂上自主提問是一個很好的策略，因為這樣可以讓他們感到自己是學習過程的主導者。對于提出的每個問題，教師都可以給予一些反饋，進一步指導學生思考的方向。這種教學方式使學生更加主動地參與到學習中，更愿意探索和尋找答案。

在此階段，最重要的目標是確保學生對課題產生濃厚的興趣，并開始思考他們想要深入探討的具體問題。這不僅僅是為了讓他們獲得知識，更重要的是，通過這種方式，學生能夠培養出自主學習和批判性思考的能力。

（二）學生自主探究階段

1.資料收集與整合

資料的收集和整合是PBL中至關重要的一環，它是學生從未知走向已知，從困惑走向明晰的關鍵過程。在確定要探討的問題后，學生首先需要確定可能的資料來源。雖然互聯網是一個廣泛且即時的信息來源，但教科書、學術文章、實驗報告以及相關的生物學數據庫等資源往往提供了更加深入、具體和權威的內容。

在小組內部，學生可以根據各自的興趣和專長進行分工。例如：一些學生可以負責搜索在線資料，而其他學生則可以專注于查閱教科書或實驗報告。有效的分工可以確保資料的全面性，同時也提高了工作效率。在收集到大量資料后，學生需要進行評估和篩選。這需要他們判斷資料的相關性、可靠性和準確性。一些關鍵的評估標準包括：資料的出版日期、來源的權威性、資料內容是否與研究問題相關等。

在篩選出最有價值的資料后，學生需要對其進行整合。這意味著他們需要從各種不同的資源中提取信息，構建一個連貫、邏輯性強的知識框架。這可能涉及到制作思維導圖、整理筆記或創建

PPT等。

整合后的資料需要在小組內部進行分享和討論。通過團隊的互動，學生可以互相補充和糾正信息，確保資料的完整性和準確性。此外，這也是一個互相學習和啟發的過程，有時候一個小組成員的觀點或發現可能為整個小組帶來新的靈感。

整個資料收集與整合的過程不僅幫助學生深入了解“細胞器之間的協調配合”這一主題，同時也培養了他們的信息處理、批判性思考和團隊合作能力。

2.小組內部討論與推理

小組內部的討論與推理環節是學生真正融會貫通學到的知識并互相碰撞思維火花的時刻。

一開始，小組成員們需要圍繞“細胞器如何協調工作來完成一個特定的細胞功能”來展開討論。例如：圍繞蛋白質合成、運輸和分泌的過程，討論核糖體、內質網、高爾基體等細胞器是如何協同工作的。每位成員可以先分享關于某個細胞器的資料。例如：一位同學可能分享關于核糖體在蛋白質合成中的作用，而另一位同學則解釋高爾基體在蛋白質加工和包裝中的角色。隨后，小組內可以討論這些細胞器是如何互相配合的。

在對各細胞器的功能有了初步了解后，小組開始討論它們之間的交互。如：蛋白質在核糖體上合成后，是如何被運輸到內質網，并最終經過高爾基體進行加工和分泌的。為了使討論更加生動，小組可以選擇某些特定的細胞功能，如激素分泌或ATP產生，模擬細胞器間的交互過程。這樣的活動能夠幫助學生更直觀地理解細胞器的協調工作機制。在討論中，學生需要確保他們的論述基于所收集的資料，并使用邏輯推理來解釋細胞器之間的互動。此外，他們還需要學會傾聽同伴的觀點，對其進行補充或有建設性的批評。在深入探討了細胞器的協同作用后，小組總結了他們的發現，并可能提出進一步的問題，如：“如果某個細胞器功能受損，會對整個細胞功能產生怎樣的影響？”這為今后的學習留下了思考的空間。

通過小組討論，學生不僅更深入地理解了“細胞器之間的協調配合”，還鍛煉了他們的批判性思維、溝通技巧和團隊協作能力。

（三）教師指導與反思階段

在基于問題導向的學習模式中，盡管學生主導著自己的學習過程，但教師仍然起到了至關重要的作用。他們不僅提供關鍵的指導和支持，還幫助學生進行反思，確保深度學習的發展。教師需密切觀察學生的探究過程，及時發現他們可能走入的誤區或忽略的重點。例如：如果某個小組過于專注一個細胞器的功能，而忽略了它與其他細胞器的相互作用，教師可以通過提問或提供示例來重新調整他們的焦點。

當學生遇到難題或陷入困境時，教師不直接給出答案，而是通過提出開放性的問題來引導他們。這種方法鼓勵學生運用已有知識和邏輯思維，獨立找到答案。例如：當學生對于細胞器之間的某種交互關系存在疑惑時，教師可以問：“你認為這兩個細胞器之間存在什么樣的物質交換？”

在探究活動的某個階段或結束時，教師會組織學生進行反思會議。在此過程中，學生會分享他們的研究經驗、探究策略，以及他們如何克服困難的方法。這不僅幫助學生認識到他們的進步，還鼓勵他們學會從經驗中學習，為今后遇到類似問題做好準備。教師鼓勵學生深入思考他們在探究過程中的學習體驗，以及他們如何能在未來的學習中應用所獲得的知識和技能。例如，學生可能會思考：“如何在其他的生物學議題中應用我們學到的關于細胞器交互的知識？”教師還會給予學生及時的反饋，指出他們的優點和需要改進的地方。這種反饋旨在幫助學生明確自己的學習目標，了解自己在哪些方面需要繼續努力。

（四）學生展示與評估階段

學生的展示和評估環節是探究學習過程的收尾階段，但同樣也是非常重要的一環。在這一階段，學生有機會公開展示他們的學習成果，并從同伴和教師那里獲得寶貴的反饋。

學生小組根據自己的探究成果選擇最合適的展示方式。有的小組可能選擇制作PPT來展示關于“細胞器之間的協調配合”的研究過程和結論，而有的小組則可能通過制作模型來模擬細胞器間的交互作用。還有的小組可能會通過實驗演示來展現某種細胞功能的形成過程，而其他小組則可能撰寫詳細的報告來總結他們的發現。在每個小組的展示結束后，其他同學和教師都會提供反饋。這種反饋不僅僅是對于內容的評價，也包括對于展示技巧和團隊合作的評論。學生需要學會聽取并認真思考這些建議，以便進一步完善自己的工作。

展示環節不僅僅是為了分享知識，更是一個培養學生公開演講能力的機會。在準備和進行展示的過程中，學生學會了如何組織和表達自己的思想，如何吸引聽眾的注意，以及如何回應聽眾的問題或質疑。對于許多學生來說，接受和處理他人的反饋可能是一項挑戰。在這個階段，他們學會了如何從批評中尋找有助于自己成長的信息，而不是僅僅看到負面的信息。他們也學會了如何對反饋進行反思，以及如何將這些建議應用于自己的學習過程中。展示和評估環節結束后，學生還需要進行自我評價，思考自己在這次探究中的表現，以及哪些地方可以在下次做得更好。這種自我反思能夠幫助學生更好地認識自己，明確自己的學習目標，以及如何達到這些目標。

四、教學實踐的效果與評價

（一）學生的學習成果

通過PBL的方式對“細胞器之間的協調配合”進行教學，學生在知識掌握上顯示出明顯的提高。他們不僅理解了各細胞器的基本功能，而且能夠深入分析這些細胞器之間的相互作用和配合。實踐中，很多學生在小組展示中都能夠提出一些富有創意的見解，這些見解很可能在傳統教學方法中難以體現。

（二）學生科學思維能力的提升

與傳統教學方法相比，采用PBL方法的學生在科學思維能力上有了明顯的提升。他們學會了如何定義問題、如何系統地收集和評估信息，以及如何進行批判性思考。在小組討論中，他們展現出更強的邏輯推理能力和問題解決能力。許多學生在反思時表示，這種教學方式幫助他們更好地理解了科學研究的過程，也培養了他們的獨立思考能力[4]。

（三）課程滿意度與反饋

在教學結束后進行的問卷調查中，大部分學生對這種基于問題導向的教學方法表示高度的滿意。他們認為這種方法更加有趣、更具挑戰性，也更有助于他們深入理解生物學知識。同時，也有少數學生提到，由于需要自主尋找資料和進行小組討論，他們在時間管理和組織協作上遇到了一些挑戰。對此，未來可以考慮提供更多的時間管理和團隊合作的培訓和指導，以幫助學生更好地適應這種新的教學方法。

結束語

通過《細胞器之間的協調配合》這一課的教學實踐，能夠深切體會到基于問題導向的教學方法在高中生物課堂中的價值。這種方法不僅幫助學生建立扎實的知識體系，更重要的是，它培養了學生的科學思維和自主學習能力，使他們更好地為未來的學習和工作做好準備。這為我們提供了一個重要的啟示：教育的核心不僅僅是傳授知識，更重要的是培養學生的思考方式和學習方法。

參考文獻

[1]田晉飴.高中生物學PBL實驗教學模式的應用研究[D].伊寧：伊犁師范大學，2023.

[2]馬婕.問題導向學習在高中生物學概念教學中的應用與實踐[D].鄭州：河南大學，2023.

[3]王敏.基于問題導向引領深度學習：以人教版高中生物教學為例[J].高考，2021（36）：112-114.

[4]敬紅星，李艷紅，胡杰，等.基于問題導向培養學生科學思維的高中生物教學實踐：以“細胞器之間的協調配合”一課為例[J].科學咨詢（教育科研），2023（6）：170-173.