基于科學思維培養的高中生物學項目式教學探究

摘 要：“科學思維”是高中生物學科新課程標準四大核心素養之一。生物學科是一門以實驗為基礎的科學，學習過程及探究過程中科學思維尤其重要。而項目式教學是以建構主義學習理論為指導，以國家課程方案及課程標準為依據，以驅動型問題設計為引導，以真實世界中復雜且具有挑戰性的問題解決為項目任務，解決問題的過程中實現對生物學核心知識的學習理解、實踐應用和創新，對于培養學生的科學思維具有積極的作用。因此，本文以科學思維的培養為目標，對高中生物項目式教學的開展進行了探究。

關鍵詞：科學思維；高中生物；項目式教學；特點

2017年，高中生物課程標準凝練出生物學科核心素養，包括生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任[1]。其中科學思維可理解為學生尊重事實依據，運用所學知識和形成的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力[2]。“三新”背景下，高考試卷中出現了更新穎、更前沿的科學情境內容，在此情況下，短時間內分析新情境，并將已學知識與新情境聯系的科學思維能力培養顯得尤為重要。項目式教學注重挑戰性問題的解決，是以學習者為中心的實踐性學習活動，是培養科學思維的重要學習方式。

一、生物學科科學思維概述

生物學被許多人看作是理科中的文科，死記硬背成了不少學生及教師的法寶。但理科是需要講“理”的，說理是生物學的基本屬性。生物學有著許多事實性的知識，但事實背后依然有著它的道理。如何講理？它離不開思維的方法，科學的思維就是說理的“工具”。生物學的許多重要概念也是思維的產物，它們需要通過分析、比較、歸納、演繹、綜合、抽象和概括等思維而形成。此外，科學探究過程中問題的提出、假設的形成、方案的設計、結果的分析等無不以科學思維為基礎。

“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[3]。學生應該在學習過程中逐步發展科學思維，如能夠基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創造性思維等方法，探討、闡釋生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。

二、生物學項目式教學的特點和內容

（一）生物學項目式教學的特點

1.依據課程標準

課程標準是開展常規教學的標準。項目主體的確定、目標的制訂、活動的設計及評價方案的制訂都需要參考課程標準。

2.以學生為中心

項目式教學基于的理論之一是建構主義學習理論，強調學生是學習的中心。開展項目式教學，需要構建一個真實環境，包括現實情境、需要解決的實際問題、各種學習材料、信息資源、實踐平臺、學習同伴和外部支持等，由學生組建團隊并分工合作，共同解決一個值得探究的開放性問題[4]。

3.以驅動性問題為引導

驅動性問題是在項目式教學中預先設計的問題，由教師和學生探討并回答。是基于項目的學習的主要“組織者”，為所有探究活動提供了一個舞臺。

4.呈現一個或一系列作品

項目式教學要求最終的學習結果以項目作品的形式呈現，可以是階段性作品，也可以是最終作品。階段性作品可以是項目設計方案、模型制作草稿等，目的是學生整理思維過程并提供改進的機會，以確保實現項目的最終目標。最終作品沒有固定的形式要求，可以是項目報告、幻燈片、研究論文、展覽、藝術創作或演講等。

5.具有真實性

真實性意味著應該從現實生活的實際問題中選擇項目式教學內容。

6.重視合作學習

在合作學習的課堂中，由于學生的能力、經驗和知識背景的差異，小組自然形成了多個最近發展區，使得學生可以互相幫助。

7.強調表現性評價

傳統評價的重點是所學知識的內容和解題技巧的掌握，而項目式教學過程中，評估的內容是多種多樣的，重點是評估學生的不同類型的知識（事實性知識、概念性知識、程序性知識和元認知知識）、技能和態度，擴大評價的目標，并且可以將評價視為與教學目標和課外生活相適應的過程。

（二）生物學項目式教學的內容

項目式教學不同于常規教學，教師講授的內容不多，而是留給學生更多可以自己探索知識的空間。因此，項目的選擇應留出空間供學生發揮。根據課程標準的知識內容、學業要求和活動建議，采用課程整合和課程結構調整的方法或采用新開發的方法，針對細胞、生理、遺傳、生態及綜合五個模塊，構建高中生物學項目課程體系，分為

四類：

1.生活實踐類項目

在學生日常生活或社會實踐中常見的、與生物學有關的項目類型，它們是以學生熟悉的生物學現象或事實為背景，提出問題，開發項目，啟發學生思考，有助于學生增強熱愛生活、珍惜生命、熱愛自然和崇尚科學的意識。

2.實驗探究類項目

以真實的生物學研究內容或生物學知識內容溯源而成的情境或問題為背景形成的項目類型，它們在培養學生科學探究能力的同時，可以激發學生進行科學探究的熱情，有助于培養學生嚴謹的科學態度和科學的探索精神。

3.規劃設計類項目

具體規劃或總體設計類型的項目，它綜合考慮了政治、經濟、歷史、文化、民俗、地理等因素，以改善設計方案并提出規劃期望、愿景以及發展方向、發展方式、控制指標等。在此類項目式教學中，能夠以造福人類的態度和價值觀，積極運用所學的生物學知識和方法，關注社會議題，參與討論并做出合理的解釋，識別迷信和偽科學；結合當地資源開展科學實踐，嘗試解決現實生活中的問題；樹立和貫徹“綠水青山就是金山銀山”的理念，形成生態意識。

4.生命科學史類項目

生命科學的歷史描述了生物學發展的軌跡。它是生物學知識系統的重要組成部分。包含生物學知識、生物學研究方法和獨特的育人價值[5]。利用生命科學史上的重要事件作為項目背景，可以使學生在科學研究精神和科學研究方法方面得到啟迪，學會繼承、借鑒和創新。

三、基于科學思維培養的高中生物項目式教學策略

（一）結合社會性議題，引導學生理性思考

在項目學習的設計中，在關注項目所承載的概念知識的同時，教師也要考慮到對學生能力與情感態度價值觀的培養。教師在設計每個任務和問題時都要考慮學生可以在項目完成時運用到哪些科學思維方法，形成哪些科學態度[6]。同時，思考學生在活動中對相應方法與態度的掌握與養成可能存在哪些障礙，需要教師提供哪些引領，以及如何做好引導。

比如：果子貍該不該殺？非典曾在全球很多地區傳播，引起過民眾的恐慌。當時，某地政府部門曾召開緊急會議，部署在全市范圍內滅殺可疑攜帶非典病毒的果子貍等野生動物，并強調一定要在5天內滅殺本市果子貍，決不允許出現遺漏。此消息一出，引發了地區乃至全球范圍內關于人與動物該如何相處、病毒防控、動物保護等話題。關于“果子貍該不該殺”也有兩種截然相反的觀點，到底是病毒的防控更重要，還是野生動物的生存更重要？針對這一情境，請小組提出觀點，并開展項目活動，為辯論會做準備。

這個案例涉及社會性議題，在引導學生提升社會責任感的同時，需要對免疫、傳染病、生物多樣性的保護等問題進行學習。在小組確立了自己的觀點后，需要學生小組收集、篩選信息，為自己的論點提供論據。學生在這個過程中一定會搜集到各種有關果子貍與非典的資料，且來源多樣、觀點多樣、證據多樣，這就需要學生能夠利用科學思維分析，綜合各種事實證據科學推理、科學質疑，為自己的論點提供科學的支撐。在準備辯論和辯論過程中逐漸形成批判性思維，學會辯證地看問題，創造性地使用材料，提升綜合解決問題的能力。科學思維關注的是質疑、實證和邏輯，可以幫助人們獲得更加可靠的結果，在現實生活中學會理性思考，是從事科學工作的基本范式。

（二）注重興趣活動的設計，激發學生的興趣

高中生物學涉及的學科內容較為復雜，要求學生不僅掌握基本知識，還要深入了解和探究。然而，傳統的教學方法過于單一，缺乏對學生的指導，導致學生難以掌握知識，缺乏合作學習的機會，無法提高實際能力。因此，項目式學習是一種有效的教學方式，可以提高趣味性，改變單一的教學方式，促進學生對知識的深刻理解和掌握。為了激發學生的興趣，生物學教學應注重興趣活動的設計。

比如：質壁分離及復原拓展與觀察細胞質流動的實驗，學生可以以小組合作探究的形式進行。在課前，筆者發現很多同學已經填寫了部分實驗報告，看來同學們的預習工作做得相當到位，在實驗前，同學們看到桌上擺放的洋蔥，雖然味道刺鼻而且辣眼睛，但都興奮地拿起來研究。還看到了桌上的黑藻和紅墨水，開始熱切地討論怎樣合適地使用它們會產生奇妙的現象呢，熱烈的氣氛中充滿了好奇心和求知欲。課上筆者講解了顯微鏡的使用方法，著重分析了實驗的創新設計，引導學生運用科學探究思維進行創新，在原有方案的基礎上進行改良設計。也加深了同學們對高考題的理解，并提醒學生在實驗完成后，完成實驗報告中的任務清單。在小組成員的共同努力下，各個小組都拿到了滿意的實驗結果，看來大家的團隊合作能力都很不錯，同學們也認真地進行現象記錄以及結果分析，并撰寫實驗報告。

（三）根據項目主題，創設項目任務

項目式學習就是強調學生獨立或者合作處理一個具體的學習項目，學生結合多樣化的學習素材，進行學習方案的整體設計，以項目主題為中心，學習專項生物知識，之后開展針對性的實踐訓練，在學習過程中逐漸發現學習障礙和發掘學習問題，由此發展科學思維[7]。

比如：“為航天員設計營養餐”為主題的項目化學習。以“天宮空間站”為真實情境，關聯高一學年細胞中的化學學科知識，從生物學和化學學科的角度分析細胞中的化合物在保障生命活動、維持人體穩態中的作用，從而設計航天員的營養餐，認識細胞中物質和能量的統一性。然后創設以下

任務：

任務一：認識航天員的飲食。項目學習任務：查閱資料，了解天宮空間站的食物供給和航天員的一日三餐，包括近幾年航天員的飲食發生的變化。項目學習成果呈現：調查報告和微課視頻或自媒體動畫的形式。項目學習目標：（1）通過查閱資料認識近些年航天員的飲食發生的變化，認同社會和科技的進步，落實社會責任。（2）學生通過搜集整理資料信息提高獲取信息、整合信息的能力，提升科學思維。

任務二：分析航天員飲食特點及營養需求。項目學習任務：分析運往天宮空間站的食物適合航天員食用的原因以及營養餐的營養價值分析。項目學習成果呈現：化學分析實驗（實驗操作形式呈現最好）和學習成果匯報，學習成果匯報以小組論壇形式或分享視頻講座的形式。項目學習目標：

（1）設計實驗，對食物中的化合物進行成分分析，為合理搭配飲食奠定理論基礎。（2）通過分析化合物的性質和功能，結合空間站的環境和人體對能量的需求，初步形成對于食物搭配的原則的認識。

任務三：設計航天員的營養餐。項目學習任務：根據活動體驗過程中獲得的知識經驗，再思考如何從太空的環境條件、食物的性質、細胞中的化合物的功能以及人體對營養物質的需求等方面尋找最合理的食物營養搭配方式，設計—份航天員的營養餐。項目成果呈現：“航天員營養餐設計方案”項目化學習報告，報告中要求體現食物搭配的原則、營養餐的營養價值分析等，具有一定的推廣價值。項目學習目標：（1）加強對學科知識的理解，認同細胞中的化合物在保障生命活動、維持人體穩態中的作用。（2）從微觀層面了解生命的物質性，細胞中物質和能量的統一性，形成結構與功能觀、物質和能量觀。項目化學習是一個學生主動學習、持續探究解決問題的過程。有了項目主題和任務，學生就有了持續探究的動力，在這過程之中，學生的科學思維也將逐漸得到發展。

結束語

總而言之，科學思維的各種方法與能力對學生認知發展的要求略有不同，例如：歸納與概括相對容易，但演繹推理、批判性思維相對復雜，則可在時間順序上做調整。同一種方法或能力也有不同層級的體現，因此也需要在不同年齡段有不同的目標設定，使素養的形成循序漸進。我們要以學生預期的學習結果為起點，確定學生的項目學習目標，制訂評估證據，精心設計有效的項目任務，通過營造真實的問題或任務情境，開展自主、合作與探究學習，學生在解決實際問題中，理解概念、構建知識、遷移知識，提高教學效能，落實核心素養，培養科學思維。

參考文獻

[1]李杏輝，陳冰.新課標下項目式學習在高中生物學教學中的實踐[J].中學生物教學，2022（3）：11-13.

[2]蔣素梅.促進深度學習的項目式實驗教學：以“探究環境因素對光合作用強度的影響”為例[J].中小學實驗與裝備，2021，31（6）：23-25.

[3]廖美芳.基于網絡的項目式學習在高中生物學大概念教學中的應用[J].基礎教育研究，2022（11）：66-68.

[4]傅建利，周朝勇.深度學習視域下高中生物學課堂形成性評價的建構與實踐[J].教學月刊（中學版），2023（2）：14-18.

[5]張歡歡.探究性學習模式在高中生物教學中的實踐分析[J].新教育時代電子雜志（教師版），2023（11）：52-54.

[6]林惠蓮.指向科學思維培養的自主課堂教學設計與實施[J].教學管理與教育研究，2023（3）：84-86.

[7]林惠蓮.高中生物學專題復習中科學思維的培養策略[J].華夏教師，2022（35）：30-32.

本文系福安市教育科學研究2023年度課題“勞動教育視域下中學生物學校本課程的開發研究”（立項編號：AJKT2023013）研究成果。