高中生物課堂中有效培養學生科學思維的實踐研究

陳麗香

摘 要：高中生物學科作為科學領域的一門基礎學科，其學習和研究過程中需要運用多種科學思維方法，在高中生物教學中，對學生實施科學思維培養也具有非常重要的價值。科學思維包括歸納思維、演繹思維、科學實證、變量控制、假說演繹、批判性思維、模型構建和系統思維等，與學生的思維拓展、能力提升關系密切。高中階段培養學生的科學思維，有利于幫助高中生形成正確的科學態度、求真的科學思維，有利于促進學生的學科知識掌握。

關鍵詞：高中；生物；學科思維

隨著新高考改革的深入推進，高中生物教學也面臨著新的要求和挑戰，包括生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任、生物學科知識與技能、實驗設計與操作技能、生物科學學習方法等多重要求。其中，科學思維在高中生物教學中的價值不言而喻。科學思維能力是指通過觀察、實驗、推理和驗證等方式，進行科學思考和問題解決的能力。在高中生物學科學習中，學生需要運用科學思維能力去理解生物學的概念、原理和方法，探究生命現象和解決實際問題。培養科學思維能力不僅有助于提高生物科學的學習效果，還能夠發展學生的創新思維和解決問題的能力，對于學生未來的發展具有重要意義。

一、基于生物科學素養的學生科學思維概述

（一）科學思維相關概述

《普通高中生物學課程標準》（2017年版2020年修訂）提出“高中教育階段的生物學課程是科學領域的重要學科課程之一，其精要是展示生物學的基本內容，反映自然科學的本質”的觀點，由此彰顯了科學思維的重要性。科學思維是指基于科學原則和科學方法的一種思維方式，它旨在分析和解決自然界和人類生活中的問題，探究和揭示自然規律和生命奧秘。在高中生物學科中，科學思維是學生必須掌握的一項重要能力，它有助于學生理解生物科學知識，提高學生的科學素養，培養學生的創新精神和實踐能力。科學思維的基本原則包括客觀性、精確性、系統性、邏輯性等。客觀性是指要基于事實進行思考和判斷，不主觀臆斷；精確性是指要精確地描述和測量現象，使用準確的術語；系統性是指要全面考慮問題，分析各種因素之間的聯系；邏輯性是指要遵循邏輯原則，推理要有據可循。科學思維的特點包括分析性、綜合性、創新性、實證性等。分析性是指要對問題進行深入的分析和分解，找出關鍵因素；綜合性是指要將各種信息、觀點和方法進行綜合，形成完整的認識；創新性是指要敢于提出新的觀點和假設，探索新的研究方向；實證性是指要通過實驗和觀察來驗證假設和結論，以事實為依據[1]。

（二）高中生物教學中學生科學思維培養的現狀

1.缺乏深度和廣度。科學思維作為思維方式之一，在教學中應當隨著教學活動的不斷深入，實現深度和廣度的培養，尤其是對于生物學科而言，學生對知識的理解不能停留在淺層次，而是要確保學生對學科概念、性質的深度把握。但是目前在高中生物教學中，很多教師對于某些科學概念和實驗只是簡單介紹，以學生知識掌握、記憶和考試為主，而沒有深入探討其原理和應用，這可能導致學生對于科學知識的理解不夠深入，限制了其科學思維的發展。

2.缺乏實際操作。生物學科是一門實驗性學科，需要通過實驗來驗證理論和概念，尤其是高中生物所涉及的內容較為抽象，是學生基于抽象概念的理解實現對知識的應用和拓展的過程，因此對學生實際操作的要求更高。只有通過實際操作學生才能切實掌握知識概念，實現科學思維發展。但是目前在高中生物學科教學中，教師通常只是通過講解或演示來介紹實驗，而沒有讓學生親自動手操作，這可能導致學生對于科學實驗的方法和技巧理解不足，也限制了其科學思維的發展。

3.缺乏與實際生活的聯系。生物學科的知識與人們的日常生活密切相關，學生需要運用所學知識去解決實際問題，如分析遺傳病、設計實驗等，通過不斷地解決問題，學生的解決問題能力得到提高，這也為學生未來的工作和學習打下了堅實的基礎。然而，在高中生物教學中，雖然部分生物教師也能夠將教材中的內容進行拓展，聯系實際生活，但是也僅僅局限在教材為學生展示的圖片中，沒有融合到學生的實際生活中。這會導致學生對于科學知識的應用價值理解不足，也限制了其科學思維的發展。

4.缺乏對科學思維培養的重視。高中生物科學思維并沒有明確被列為高中生學科素養之一，但是基于課程標準的概念界定，生物學科作為科學學科的基礎之一，在生物教學中培養學生的科學思維是重要內容。樹立科學觀念是高中生物學科學習的又一重要任務，這需要學生理解科學的本質、方法和價值，樹立科學意識和科學觀念。但是在目前高中生物學科教學中，部分教師在教學設計時對學生的核心素養關注點更高，但是卻忽視了學生的科學思維培養，是高中生物教師對學生科學思維培養不夠重視的表現之一[2]。

二、高中生物課堂中有效培養學生科學思維的路徑

（一）創設教學情境，激發學生的科學思維

高中生物課程是生物學的基礎，對于學生掌握生物學基本理論和實踐技能具有重要意義，情境教學作為一種創新的教學方式，將其引入高中生物課堂，可以帶來多方面的價值。情境教學通過創設生動、真實的學習場景，使學生身臨其境，激發學生學習生物學的興趣。在情境中，學生可以感受到生物學的實際應用，了解生物學的社會意義，進一步激發學習熱情；情境教學將抽象的生物學知識融入具體的情境中，使學生更容易理解和記憶，動態的情境、形象地展示有助于學生形成深刻的印象，提高記憶效果；情境教學在創設情境的過程中，注重啟發學生的科學思維，通過引導學生發現問題、提出假設、設計實驗等過程，培養學生的批判性思維、創新思維和科學解決問題的能力；情境教學鼓勵學生發揮想象力，嘗試解決問題；在情境中，學生面臨的問題往往具有多種可能性，這為學生提供了創新的空間，通過引導學生探索新的解決方案，培養學生的創新能力。基于此，通過在高中生物課堂中設置多種情境，有利于加強對學生科學思維的培養。

例如，在高中生物《細胞呼吸的原理和應用》一課的教學中，本部分問題探討提出“培養酵母菌為什么有的需要通氣，有的卻需要密封？”酵母是學生生活中比較常見的物品，其核心成分是酵母菌，可以成為制作面食的重要材料，因此，與學生的生活關系更為密切。在探究“酵母菌的呼吸方式”時，在探究實驗中，學生得出酵母菌可以進行有氧呼吸和無氧呼吸兩種呼吸方式，且有氧呼吸產生大量二氧化碳和水，無氧呼吸產生酒精和少量二氧化碳。基于探究背景，教師可以為學生創設生活實驗情境“開放形式酵母菌發面”與“密封形式酵母菌發面”的區別，探究酵母菌的呼吸方式，其對照組為“不使用酵母菌”。在實際的情境中，學生能夠探究得到現象：1.“開放形式酵母菌發面”組，發好的面團氣孔多，表面有水珠，有發酵氣味；2.“密封形式酵母菌發面”組，發好的面團氣孔少、小，且有酒精味道；3.“不使用酵母菌”組面團變化不大，內部未產生明顯氣孔。以學生得出的實驗結果，進一步融合生活情境開展探究，促進學生的科學觀察，鍛煉學生科學應用思維。

（二）應用問題引導，驅動深度學習

科學思維作為一種思維方式，在高中生物學習中的意義重大，而在高中生物課堂教學中，教師可以通過設置驅動問題的方式，引導學生深度探究，實現學生科學思維培養。在新高考背景下，學生課堂的主體性應當被有效激發。問題設置由淺入深，引導學生逐步思考，培養他們的邏輯思維和推理能力，通過問題鏈的引導，學生可以在探索問題的過程中，不斷發現新的知識和解決問題的方法，提高他們的創新思維和實踐能力。以問題設計的方式引導學生進行學習，有利于促進學生想象力發展，促進學生在課堂中展示自己真實想法，鍛煉學生思維，啟發學生思考，學生更加明確教師在課堂中所講述的關鍵內容，積極參與課堂學習，有助于實現良好的學習效果。

例如，在高中生物《蛋白質是生命活動的主要承擔者》一課的教學中，主要核心內容為：對蛋白質的功能和結構有所了解，明確氨基酸的結構特點及形成蛋白質的過程；了解蛋白質結構和功能多樣性的原因。學生初次在細胞與分子中認識蛋白質這一物質，對生物學科的認識開始從具體到抽象，因此，在本部分教學中，教師可以為學生設置層層遞進的問題鏈，彰顯對科學思維的引導：1.蛋白質由哪些元素組成？2.蛋白質的基本單位是什么？3.蛋白質有哪些種類？4.蛋白質在生命體中發揮了哪些作用？5.蛋白質的合成過程是怎樣的？6.蛋白質多樣性的原因是什么？7.蛋白質在生活中的應用舉例說明。從這七個問題出發，其中對蛋白質的認識、蛋白質的生物認識、蛋白質的類型認識、蛋白質的特性、合成過程、多樣性等多個方面，由微觀到宏觀，由抽象到具體，層層遞進，對學生的科學思維發展進行全面考查，在問題中實現學生科學思維培養。

（三）開展項目探究，培養創新能力

項目探究活動在高中生物科學思維培養中具有重要價值。通過項目探究，學生可以在實踐中親身體驗生物學知識，培養觀察、實驗和獨立思考的能力，項目教學對于高中生科學思維的培養意義深遠。

首先，以預測分析做好科學思維培養準備，在活動開始前，學生可以根據已有的知識進行預測，然后在實驗中通過觀察和記錄數據進行驗證。這種預測和分析的過程可以幫助學生深化對生物學知識的理解，同時也訓練了他們的科學思維方法。其次，以項目探究活動強調科學思維培養，尤其是在進行生物實驗時，學生需要設計實驗流程、選擇合適的實驗設備、分析實驗數據等。這個過程不僅培養了學生的動手能力，還讓他們在實踐中學習到科學的研究方法，進一步提升了他們的科學思維能力。最后，以興趣引導進一步促進學生的思維培養，項目探究活動通常具有趣味性和實用性，可以激發學生對生物學的興趣，使他們更加主動地學習和探究生物科學知識，當學生感到學習是有意義的事情的時候，他們會更愿意投入時間和精力去思考和探索問題，這也為培養他們的科學思維提供了良好的環境。

例如，在高中生物《細胞的衰老和死亡》一課的教學中，教師可以為學生設置驅動項目“個體衰老與細胞衰老的關系”，基于總體項目及學生的科學思維培養目標，教師還為學生設置了子項目“人體衰老癥狀及其出現的原因”“細胞死亡的概念”等，在項目背景下，教師為學生展示了“燙傷表皮的細胞死亡圖片”“骨折后細胞死亡的3D動態演示”“癌癥病毒攻擊人體細胞導致細胞死亡的動態演示”等驅動活動，引導學生在驅動下開展項目學習。在項目中，教師對學生提出問題“細胞衰老和細胞凋亡的區別”“細胞凋亡的利弊分析”，為學生的科學思維發展提供進階引導，以任務為切口，引導學生實現思維與學科知識的交流互動，為學生的科學思維發展提供途徑，助推學生科學思維的構建。

（四）構建數據模型，發展邏輯思維

在高中生物學習中，數據模型是一種重要的學習方法，能夠幫助我們更好地理解和掌握生物學的概念和原理，其包括分子結構模型、細胞結構模型、生物過程模型、生態系統模型、遺傳模型、生物多樣性模型、生物進化模型和藥物作用模型，融合了高中生物各階段的學習內容。一方面，通過引導學生建構數據模型，可以培養學生的洞察力和透過事物現象揭示本質特性的能力。數據模型是一種描述和表達生物現象和生命活動規律的有效工具，它能夠將復雜的生物現象簡化和抽象化，幫助學生更好地理解生物學的本質。

例如，在《生長素的生理作用》一課的教學中，可以通過引入數學曲線模型，讓學生理解生長素作用的兩重性，掌握生長素濃度的最適范圍以及不同濃度的生長素對植物生長的影響。另一方面，借助虛擬仿真實驗開展概念模型教學，可以激發學生的好奇心和求知欲，為他們提供更多思考和探究的機會。虛擬仿真實驗能夠模擬真實的生物學實驗，讓學生親身體驗實驗過程，加深對生物學知識的理解和記憶。同時，概念模型也是一種有效的學習工具，它能夠將復雜的生物現象簡化和抽象化，幫助學生更好地理解生物學的概念和原理[3]。

例如，在高中生物“被動運輸”知識點的學習中，植物的吸水和失水過程是滲透系統在完成作用，但是生物畢竟是微觀的，通過肉眼對植物的吸水和失水過程觀察并不明顯，且極少數高中會為學生配備開展實驗探究的相關器材，因此高中生物教師可以通過構建動態數據模型的方式，引導學生深入了解該知識點。首先，教師要結合該知識點為學生準備相關模型材料，包括玻璃紙、透析膜、漏斗等，玻璃紙的作用是模擬細胞膜；其次，教師在課堂中不要著急為學生演示模型，而是先引導學生開展科學思考，猜想“物質是如何實現運輸的”？激發學生對生物學科的濃厚興趣；最后，教師引導學生通過分組的方式利用材料模擬被動運輸過程，讓學生明確看到漏斗內液體高度變化，觀察并總結被動運輸現象，理解植物細胞的吸水和失水過程，使抽象知識具體化，實現學生科學思維的培養。

結束語

綜上所述，在新高考背景下，高中生物教學培養學生的科學思維已成必然趨勢。對于高中生物教師而言，應當提高對學生科學思維培養的重視度，改變教學觀念，通過多樣方法培養學生的科學思維，提高學生對生物知識的理解、掌握和應用能力，為學生的思維發展奠定良好基礎，提高學生綜合素養的同時落實高中生物學科育人的基本要求。

參考文獻

[1]胡廣偉.高中生物教學中學生科學思維培養策略的實踐研究[J].知識文庫，2023，39（13）：55-57.

[2]孫天寶.高中生物教學中學生科學思維的培養[J].新課程研究，2023（18）：105-107.

[3]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.