高中生物教學提升學生科學思維策略探究

盧聰聰（山東省臨沂市沂水縣第一中學）

新課程標準中將科學思維納入高中生物學科的四維核心素養中。科學思維又被稱之為“科學邏輯”“理性思維”，泛指運用科學的方法解決問題進而產生的一系列理論規則。高中生學習的物理、化學、數學學科之間存在緊密的內在關聯，其融合之處就在于“科學”。因此，落實科學思維教育不僅是生物學科教育的基本職責，更是高中生專業成長、深度發展不可或缺的思維能力品質。簡言之，科學思維是貫穿于高中生物學科教育的基礎能力，學生科學思維的發展水平將對其學科學習產生重要影響。

一、高中生物科學思維能力培養的要點

（一）統籌兼顧，合理安排培養計劃

我們要立足學生視域解讀科學思維教育，學生科學思維能力的發展能對學生生物學科成績、學生個性行為、學生綜合學習能力的發展起到重要作用。從學生學科成績角度出發，在高中生物教學中大力發展學生科學思維，能有效培養學生邏輯思維，促使學生看待學科知識時更具邏輯性，對知識之間關聯的解讀更清晰、深刻；從學生個性行為角度出發，科學思維的培養能為學生個性發展帶來積極影響。科學思維強調知識之間的邏輯關系，以客觀事實為參照，以科學規律為依據。科學思維能力可以按照不同的分類思路產生多元化思維培養方向。

在高中生物科學思維能力培養過程中，教師需注意培養計劃的統籌兼顧，將能力培養目標進行全面梳理和科學分配，實現目標全覆蓋、課時全面訓練。使學生能在不同特征的教學內容中訓練適合的科學思維目標，達到較好的教育效果。

（二）循序發展，搭建能力培養階梯

學生在發展科學思維的同時受到科學思維模式的影響，以科學的眼光看待生活現象，以科學的行為分析、解決生活問題。久而久之，學生個性將向著更理性的方向發展，衍生出求真、務實、嚴謹等美好品質；從學生綜合學習能力角度出發，科學思維的影響力不僅作用于生物學科，科學思維的內涵與數學、物理、化學等學科均存在緊密的關聯性。

科學思維能力的培養并非一蹴而就的教育任務，而是持續發展、逐步生效的教育活動。學生思維品質的發展具有漸進性。認知水平將隨著思維品質的培養得以逐步提升。因此在高中生物科學思維能力培養過程中，教師需遵循學生的認知發展規律，設計由簡到難、由低階到高階的科學思維能力培養階梯，促使學生科學思維能力獲得循序漸進的發展。

二、在高中生物課堂發展學生科學思維的有效策略

（一）模型教學法，以直觀演繹促進科學思維發展

高中生物知識涉及大量宏觀與微觀層面的內容，具有一定抽象性，教師在展開教學時，運用語言難以調動學生生活經驗，將知識內容可視化。由于部分學生存在理解困難，教師可以采用培養學生科學思維的方式突破此類教學問題，將模型教學法融入課堂，讓學生在可視化模型內容中感知生物概念、專業術語之間的內在聯系，進而建立形象、生動的知識體系。模型教學法的應用不僅在學生科學思維方面予以點撥，幫助學生更好地觀察科學知識形態，還能為學生滲透一類知識的學習方法，將抽象化事物形象化，促使學生深度掌握知識，獲得關鍵性能力。

例如，在人教版《普通高中教科書·生物學》必修1《分子與細胞》中的《促成細胞的分子》教學活動中，本課教學重點涉及微觀知識領域。細胞的內部構造是學生難以通過肉眼來觀察的。為使學生深度理解知識內涵，了解構成細胞的分子，教師可以采用模型教學法展開課堂教學。首先，教師可以為學生播放動畫微課程視頻《醫學3D 動畫演示：細胞內部的各種細胞器及生命活動》，以3D 動畫作為教學模型，便于學生直觀感知細胞內的多樣化分子結構。該教學輔助視頻具有教育指向性，能以差異化顏色清晰區分細胞中不同分子的分區，便于學生清晰理解細胞內部結構的構成與形態，延伸科學思維；教師還可以為學生布置模型設計作業，請學生組成學習小組，自主設計本課涉及細胞剖面模型。該教學活動具有一定趣味性，能有效錘煉學生科學思維品質，促其核心素養發展。

（二）問題串聯法，以批判論證促進科學思維發展

科學思維是串聯多類型知識內容，建立知識關系橋梁的思考工具，問題則是牽引學生科學思維的引線。在生物課堂，教師可以為學生設計一連串啟發性問題，借助問題串聯法啟迪學生科學思考。教師可以設計批判類問題，促使學生探究、驗證問題觀點的準確性，從中獲得學習思路；教師可以設計論證類問題，促使學生在思考過程中產生論點，再圍繞論點尋找可供佐證的論據，進行論證探討。觀點的佐證和交流能以科學思維、科學邏輯為依據，促進學生科學思維的發展。

以人教版《普通高中教科書·生物學》必修2《遺傳與進化》中《生物的進化》一課為例，本課教學重點在于：讓學生了解生物進化的證據、原因、發展和變化。在本課教學中，教師可以采用問題串聯法啟迪學生科學思考。（1）試辯論：隔離在物種形成過程中是否起到重大影響作用？（2）你如何看待外來生物入侵現象？這一現象將對當地生物多樣化的形成帶來哪些層面的影響？

上述問題中，第一個問題緊扣“隔離”知識點，旨在通過辯論思考培養學生批判思維，學生能在辯證思考，萌生觀點的過程中發展科學思維；第二個問題則以啟迪學生論證思考為目標，要求學生辯證地看待“生物多樣性”問題，科學、理性地解讀生物知識，看待生活現象。學生科學思維能在思辨中得以延伸。

（三）生物史學法，以歸納總結促進科學思維發展

高中生物課程中涵蓋部分與生物史有關的知識內容。教師可以結合教材內容或教學中涉及知識點的相關拓展歷史進行細化滲透。學生能立足宏觀角度看待生物學科知識的發展，在其發展脈絡中歸納前人經驗，總結科學探究的教訓和啟示，進而追本溯源，了解科學發展的本質。教師可以為學生拓展生物史學閱讀材料，啟發學生提煉重點內容，從史實中感悟科學家的情感、態度、價值觀，促學生以發展的眼光看待生物學科，培養科學思維；教師可以將生物史學融入知識教學中，向學生普及生物學事實和證據的發現、論證過程，科學看待生活中的生命現象以及規律，進而發展學生科學思維。

例如，在人教版《普通高中教科書·生物學》選擇性必修1《穩態與調節》中《神經沖動的產生與傳導》一課教學中，該課教學重點包括“發現生物電”這一段學科知識探究歷史。教師可以借助該教學內容引領學生歸納生物學科知識芻探思維規律，總結歷史發展結論，使學生在思辨中衍生對科學的思考，建立科學思維。教師可以引領學生閱讀教材內容，引導學生將探究注意力放在生物學家的探究思路上，簡要說明探究未知生物規律的一般思路，分析其科學性與邏輯性；教師可以在講解“神經沖動”相關生物現象時，可以將相關史學材料穿插其中，便于學生全面了解該知識點，深度還原生物探究史，對相關知識的產生與發展產生科學的思考觀點。多樣化生物史學的應用與滲透能有效深化學生學科解讀，促進學生科學思維發展。

（四）實驗觀察法，以實踐探究促進科學思維發展

實驗課程以學生自主探究、獨立思考、實踐觀察活動為主體。學生能在深度觀察與實踐的過程中高效發展科學思維，深化對相關知識概念、科學理論的追問與探討。教師可以為學生優設實驗教學活動，重視學生實驗過程中獨立思考、觀察、探究、交流的過程，為學生發展科學思維能力提供契機。在上述多個實驗學習環節中，教師需為學生提供充足的學習時間和表現機會，促使實驗教學發揮其應有的能力培養價值，為學生科學思維能力的發展注入活力。

例如，在人教版《普通高中教科書·生物學》必修1《分子與細胞》中《探究·實踐 探究植物細胞的吸水和失水》一課教學中，本課教學重點圍繞“細胞吸水與失水實驗”展開。要求學生能結合教材給出的生活現象提出問題，并作出假設，設計實驗活動檢驗假設觀點的正誤，形成優秀的科學品質。在實驗教學活動中，教師可以將培養學生科學思維能力作為課時活動的重點，為學生設計科學思維能力培養環節如下所示：

（1）獨立思考環節：在實驗提出問題、做出假設環節，教師為學生布置獨立思考任務，請學生結合教材中給出的問題和生活現象提出假設，并結合假設設計實驗的探究思路。

（2）觀察記錄環節：在“洋蔥鱗片葉”實驗過程中，教師為學生預留充分的觀察時間，請學生在實驗器材準備、實施過程、實驗完成后分別進行細致地觀察與記錄。

（3）實踐探究環節：在實驗探究環節，教師可以為學生預留獨立思考任務，請學生結合個人設想調整實驗方法，觀察實驗結果。

（4）合作交流環節：完成實驗后，學生小組結合實驗的記錄結果展開活動反思。

上述實驗活動中蘊含豐富的科學思維能力培養契機。教師重視學生實驗過程中的思考、探究、交流與觀察，能為學生發展科學思維能力賦能，促使學生在實驗中獲得更深層次的學習收獲。

（五）概念教學法，以含義解讀促進科學思維發展

高中生物教學中包含著理論概念教學這一環。向學生滲透知識概念，能有效培養學生自主學習意識，促使學生深入了解科學內涵，以更宏觀、客觀的視角解讀科學，其科學思維能力自然能獲得同步發展。教師可以為學生直觀滲透生物知識的概念，通過細化講學、舉例說明、案例參照等方式幫助學生直觀理解相關科學知識的內涵。學生積累的生物理論知識越多，自主解釋科學知識、生成科學觀點的能力越強，其科學思維能力越能獲得有效的發展。

例如，在人教版《普通高中教科書·生物學》必修2《遺傳與進化》中《第2 節 DNA 的結構》一課教學中，本課理論知識的教學重點在于：讓學生掌握“DNA雙螺旋結構模型的構建”“DNA的結構”等知識。在課堂教學中，教師首先著重向學生說明DNA 的結構，并以圖示法為學生構建清晰的模型認知；其次教師可以著重向學生滲透人類發現DNA 結構、確定DNA 結構的歷程。以科學史發展角度解釋這一科學原理，豐富學生對DNA 結構概念的認知；最后，教師可以指導學生在充分了解DNA 結構的基礎上，組織學生自主繪制并創作DNA 雙螺旋結構模型，請學生基于前期課程的理解自主說明DNA 結構相關理論知識。教師則可以在這一環節深度考查學生學習目標的掌握情況，對學生科學思維能力學情的發展形成整體性把握。理論知識的正確認知是學生發展科學思維能力的必要條件。在教學活動中，通過設喻說理、概念滲透、建模說明等方式內化學生理論知識基礎，能有效推動學生科學思維能力的發展，使學生發展思維時有法可依，有章可循。學生思維能力能在學習活動中獲得長足發展。