高中生物學中科學思維多維性的單元教學初探

摘要：科學思維是科學素養的一個重要維度，也是科學教育的一個重要目標。學生科學思維水平的提升，需要教師的教學實踐活動保障。科學思維多維性的單元教學從整體和宏觀的角度審視科學思維教學方法，將科學思維教學與單元教學、思維多樣化有機結合。本文以“生命活動的調節機制”單元教學為例，通過“血糖調節”課時教學展示了科學思維多維性教學的實現路徑。

關鍵詞：高中生物學；科學思維；多維性；單元教學

文章編號：1003-7586（2024）02-0006-04 中國分類號：G633.91 文獻標識碼：B

科學思維是科學素養的一個重要維度，也是科學教育的一個重要目標。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）將“科學思維”列為4個學科素養之一，并指出：“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。有研究者也指出，“科學思維”是人腦對于自然世界（客觀事物之自然世界，有時也包括人工自然世界沖事物的本質屬性和內在規律及事物間的聯系和相互關系的間接的、概括的反映，是人們應用科學概念（本質上是人腦對自然界共同的、本質的屬性的把握）、科學規律與原理（本質上是人腦對自然世界事物間內在的、必然的聯系的認知與理解），解決科學問題的一種人類思維活動。由此可見，科學思維是人類認識自然，形成概念、原理或理論，并能運用于解決科學問題的思維活動。《課程標準》還列舉了有關科學思維的具體方法，如歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創造性思維等。生物學是自然科學的重要分支，人類在獲得相關生物學知識的過程中逐步發展了本學科的思維方法。學生在學習生物學的過程中，不僅要知道生物學眾多的概念，還需要借助科學實踐，比如觀察和實驗等，并綜合運用多樣化的科學思維方法去知曉概念的來由。學生科學思維能力的高低在一定程度上決定了學生對生物學概念、原理、規律和理論的理解深度和廣度，以及運用所學解決實際問題的水平。

如何在高中生物學單元教學中發展學生科學思維，如何運用科學思維的方法進行單元教學是當前研究的一個熱點問題。本文從高中生物學的教學活動著手，通過發生在教學過程中的觀察與比較、分析與歸納、演繹與綜合等多種科學思維活動方式，將培養學生形成生物學科學思維能力和習慣落在實處。科學思維的多維性單元教學就是指導學生能綜合運用多樣化的思維方法進行學習的一種策略。下面以蘇教版《普通高中教科書生物學選擇性必修1穩態與調節》中有關“生命活動的調節機制”的學習單元內容為例，探討基于科學思維多維性的生物學教學。

1整合教學內容，創設科學思維單元學習框架

“各結構協調統一共同完成復雜的生命活動，并通過一定的調節機制保持穩態”是課程標準聚焦的重要概念。通過梳理動物生命活動調節機制的相關內容，本文確立了以“教學單元”創設課堂教學中科學思維情境的教學思路，即將與機體生命活動調節有關的內容進行整合。例如，將內環境穩態的自身調節、機體穩態的神經調節和激素調節等內容整合為各有側重的教學單元核心內容。以生命個體調節機制整體性和協調性為突破口，構建教學中體現科學思維多維性的內容基礎（見圖1）。教師在教學過程中引導學生進行多維度的“科學思維”，使科學思維的火花閃耀在課堂教學活動中，為學習者提供了展示科學思維多維性的機會。

2運用科學比較法認識不同生命活動調節方式的分類依據

科學比較法是進行科學分類的基本前提。客觀事物既相互區別又相互聯系，既相似又相異。通過比較，我們可以具體地了解事物之間的相似或相異，為進一步分類提供客觀依據。

在有關動物生命活動調節的教學內容中，無論是血糖調節、體溫調節等機體內環境變化引起的自身調節，還是基于感知機體內、外環境變化而產生的神經調節，或是免疫系統參與的調節都是生命個體復雜而完善的生命活動調節機制。這些內容既是教學中需要尋求突破的難點，也是最具科學思維價值的內容。在具體教學實踐中，教師可以先引導學生瀏覽教材與生命活動調節相關的內容，運用比較法認識不同生命活動調節方式，自主編制生命活動調節方式比較表（見表1），鍛煉學生的科學思維。學生在比較這些生命活動的調節形式時，能充分地認識到它們之間的差異，明確各調節方式所適用的范圍及其主要特點，理解生命活動方式分類的依據所在。這也為后續學習生命活動——調節維護內環境穩態打下扎實的基礎。

3運用分析與歸納法進行多維度的科學思維教學

動物生命活動調節具有整體性和統一性等特征，但教學活動受到課時和學情影響，且每個課時又有各自的教學重點，因此，本文僅以機體的血糖水平調節為例，將血糖調節中各系統的作用設計于教學單元中，通過引導學生進行歸納分析從而理解生命個體機體調節的統一性。教學過程以“問題引領分析歸納”“單元整合得出結論”進行多維度科學思維教測設計。

3.1問題引領－分析歸納

3.1.1基礎性問題：血糖的涵義和標準是什么？

人體血糖水平在餐前、餐后一小時、餐后兩小時等的變化是什么？血糖是內環境的重要成分，其變化是機體生命活動的結果。這些基礎問題的學習過程，主要體現生命觀念素養的培養，并為科學思維的形成打下牢固的知識基礎。

3.1.2分析性問題：內環境中的血糖水平是如何發生變化的？哪些組織、器官、系統會影響血糖的變化？如何影響？

教師通過引導學生分析并使其認識到，在血糖水平的變化中，既有在血糖升高或降低時，通過相關物質合成、分解、轉化或利用等實現的自身調節，更離不開神經系統參與的神經調節和內分泌系統參與的激素調節，而神經調節和激素調節在血糖調節中發揮了關鍵作用。因此，分析性問題的設置使學習過程進入積極的科學思維狀態，并使學生的思維活動維度得到由點到面的擴展。

3.1.3綜合性問題：人體的血糖水平為什么能保持相對平衡？神經調節、激素調節在血糖調節中發揮什么作用？

基于落實課標的有關內容標準的教學目標，教師需要引導學生深入探討血糖調節的綜合機制，使學生能夠在說明血糖調節具體過程的基礎上，闡明神經調節和激素調節在血糖調節中的具體作用。例如，神經系統的哪些器官、組織參與了血糖調節？下丘腦在血糖調節中發揮了怎樣的作用？哪些激素與血糖水平變化有關，它們各自發揮怎樣的作用？能否根據已有知識，歸納哪些激素有升血糖作用，哪些激素有降血糖作用？這樣的歸納是否有足夠的證據支持？在深入的探討中，激發學生科學思維活動的主動性；引導學生在認同血糖調節的生命活動機制過程中，通過推理產生對其中一些問題的質疑或提出新的疑問，提升學生多維度的科學思維的深度。

3.1.4深化性問題：激素調節或神經調節對血糖水平影響的分子機制是什么？與細胞的哪些結構有關？

正如教材所舉例的，Ⅰ型糖尿病和Ⅱ型糖尿病的發病機理是不同的，那么正常人和不同的糖尿病人，血糖調節的差異是什么？抗原基因異常、胰島素抵抗是發生在細胞水平還是分子水平？病人的神經調節和激素調節還能發揮作用嗎？在教師的引導下，學生不斷剖析問題、解決問題，又不斷生成新問題，使其在學習過程中發展多維度的科學思維。

課堂教學中，教材和章節內容可以成為良好的學習指南，但學生學習的內容應不限于某教材、某章節的知識。各種問題可以來自教師的精心謀劃和預設，也可以來自學生預習或學習后的再生成。以問題為導向、解疑為動力，激發學生的積極性，形成多維度的科學思維情境，使探討相關生命現象的機制成為可能。

3.2單元整合－得出結論

本課時以血糖調節為中心開展，需要教師做好單元教學設計下的備課工作，預測不同內容的課堂中學生思維活動的趨勢，把握課堂教學活動發展的方向。教師課前指導學生通過網絡、書刊等收集資料，幫助學生提煉主要內容，提出問題，形成精簡的小報告，方便在班級或小組進行交流。在學生交流過程中，當學生提出疑問或質疑時，教師也需因勢利導，啟發學生做好進一步的討論。

“血糖調節”一課的教學中，雖然涉及多個課時的內容，但由于是在單元教學模式下開展的學習活動，其教學過程打破了傳統的知識呈現順序。這種教學模式以學生學習需求為立足點，在教師引導、學生自主學習、小組合作等多種學習形式下，有助于學生學會運用生命個體整體性、生命活動調節統一性的觀點學習生物學，逐步形成“學以致用、用以促學、學用相長”的學習觀，初步實現多維度的科學思維的教學效果。

通過不同層次的問題設計，引發多維度的科學思維，是生物學教學中體現科學思維多維性教學的手段之一。當然，引導學生發展科學思維的方式還有很多；例如，在以神經調節為核心的教學過程中，教師可以引導學生組成學習小組，以圖文并茂、模型制作等呈現方式，直觀展示神經調節在血糖調節、激素調節等多項生命活動中的作用，通過討論和交流激發學生的積極思維，從神經調節的角度發散構建科學思維體系，形成從局部到整體的、對機體生命活動規律的認識，運用所學來解決相關問題。經過對學生多維度科學思維發展的初步探討，我們深刻體會到，發展學生科學思維的多維性，培養學生形成科學思維的習慣，不是一蹴而就的，需要在長時間的教學過程中不斷實踐和努力。