深度學習視域下高中生物科學思維的培養策略

陳梁興

（福建省順昌縣第二中學，福建 順昌 353200）

《普通高中生物學課程標準（2020年修訂版）》對生物學科核心素養做出了更加明確的要求，其中對學生科學思維的培養是極其重要的一項核心內容。開放性、批判性、創新性等是科學思維的基本特征。而深度學習是一種有深度、有廣度、有高度、有效度的學習過程。創設問題情境、探究生物史料和開展自主實驗，是教師引領學生深度學習的一些有效路徑。鑒于此，在深度學習視域下，教師可通過以上的教學策略，來培養學生的開放性、批判性和創新性等科學思維。

一、巧設問題情境，培養學生的開放思維

深度學習始于問題。以探究問題為契機，學生能夠逐漸打破思維桎梏，從僵化的思維中擺脫出來，拓寬思路，進而找到解決問題的有效方法。如此，學生的思維活動才有可能活躍起來。所以，為了更好地激發學生開放的思維，教師可采取創設具有啟發性、靈活性、統領性的問題情境來作為教學策略。

（一）創設具有啟發性的問題情境

啟發性的問題情境，是指能夠讓學生積極主動、由淺入深、深度思考而設置的一種情境，并且選擇一些與問題有關聯的科研成果或社會熱點為背景的文字材料作為情境支撐。這樣的問題情境，不僅能夠讓學生產生思考的內在動力，而且能夠培養學生的開放思維。以問題情境為驅動，啟迪學生主動、深入思考，讓他們通過思考深度理解知識、持續發展思維能力，是教師創設啟發性問題情境的關鍵所在。當然，為了激發學生思考的興趣，教師應圍繞教學內容，創設具有趣味性的問題情境。

例如，在“生命活動的主要承擔者——蛋白質”這一節的教學中，教師可創設這樣一個問題情境：如果將人體攝入、分解、吸收、重構蛋白質的過程，想象為蛋白質在人體內的一次奇妙旅行，那么，我們應該如何繪制一張關于蛋白質的“生命之旅”的路線圖呢？該問題情境的視角獨特、新穎，能夠激發學生探究的興趣，調動學生探究問題的積極性。學生在該問題情境的啟發之下可發現：蛋白質通常是通過一日三餐進入人體的，而分子的大小是人體能否吸收的基本條件之一。當蛋白質進入消化系統之后，唯有在適宜的條件下才能夠分解。在人體的胃液中含有酸、酶等物質，這些物質能夠將消化道內的蛋白質逐漸分解為寡肽、小肽和氨基酸等大小合適的分子，然后才會在小腸內被吸收。以這種具有趣味性、啟發性的問題情境為推手，可推動學生的思維從閉塞走向開放。

（二）創設具有靈活性的問題情境

問題情境也應具有靈活性，即問題的答案是開放而并不唯一的。學生若從不同的角度思考、分析，往往會有不同的答案。相對于固定的問題情境而言，具有靈活性的問題情境，能夠讓學生不斷迸發思維的火花，讓學生的思維更加靈活、敏捷，從而進一步促進學生開放思維的發展。同時，通過思考、分析靈活性的問題情境，學生能夠活學活用相關知識，能夠利用所學知識創造性地解決相關問題。以此為契機，學生的創新思維能力會逐步發展，學生的思維也會更加具有靈活性。

例如，在進行“植物生長素”這部分內容的課堂教學時，教師就可創設這樣一種靈活的問題情境：1. 請根據生長素的生理作用特點，嘗試從不同的角度解釋頂端優勢現象。2.植物的根具有向地生長而莖具有背地生長的現象，請運用所學知識，解釋產生這兩種現象的原因。3.生長素類似物在生產實踐中有哪些具體的運用方法，請舉例說明。上述問題情境都具有靈活性的特征，其答案都是多元的、豐富的，并不是唯一的。在思考、分析、解決上述問題時，學生需要查閱相關資料、聯系生活實際以及靈活運用相關知識等。如此這般的培養與訓練，學生的思維也會更加具有開放性。

（三）創設具有統領性的問題情境

統領性的問題情境，猶如一個紐帶，能夠將某一課時的教學目標、教學內容、教學任務巧妙、恰當、適度地關聯在一起，使其銜接緊密、渾然一體。通過讓學生思考、分析具有統領性的問題情境，能夠讓他們更為高效地完成教學任務，并讓他們在完成教學任務的過程中習得教學內容、達成教學目標。此舉，也能夠降低學生學習新知的難度，提升學生學習新知的效度。從這個角度來看，以統領性的問題情境為引領，學生能夠向知識的深處挺進，學生的思維能夠變得越來越開放，學生也能夠達到深度學習的目的。

“假如你是細胞器，你會如何進行自我介紹？”這是教師在教“細胞器”這部分內容時，創設的具有統領性且略帶擬人化的問題情境。如下是某學生以“細胞”的身份，以擬人化的方式，進行地自我介紹：大家好！我是構成生命體的一個小單位。麻雀雖小，五臟俱全。我也一樣，別看我體型小，結構可不簡單呢！質體、液泡、線粒體、內質網、核糖體、微管、高爾基復合體、圓球體、溶酶體、微體等，都是我的身體“器官”……以此為契機，這種教學策略可促使學生深度探究、通透理解、扎實掌握關于細胞器的相關知識。

二、聚焦生物史料，培養學生的批判思維

批判性是科學思維的一個典型特征。引領學生閱讀、探究、分析生物史料，是發展他們核心素養的一項有效舉措。但是，在學生研讀、研究生物史料時，教師要引導學生不應將其全部奉為真理，而應棄其糟粕取其精華，批判性地繼承。

（一）呈現史料

在悠久、漫長的生物學發展中，前人的研究不僅推動了科學的進步，同時也積淀了豐富多彩的生物史料。從深度學習的角度分析，與學習內容相關的生物史料，是學生從淺表化學習走向深度學習的一種重要鋪墊。因此，在生物課堂教學的策略中，教師應多途徑向學生呈現史料。

以“促胰液素的發現”這部分內容教學為例，教師在課前可布置一項預習作業，即要求學生自主搜集、整理一些有關“促胰液素的發現”的史料。在課堂中，教師可讓學生分享、交流自己的預習作業。例如，學生甲分享了法國生理學家貝爾納于1850年通過實驗發現：當酸性食物進入小腸之后，會引起胰液分泌現象。學生乙分享了消化生理學奠基人俄國科學家巴普洛夫的觀點，即酸性物質引起的胰腺分泌只是一個反射。學生丙則分享了法國科學家沃泰默的研究成果，即小腸和胰腺之間存在一個頑固的局部反射。然后，教師利用多媒體課件，脈絡清晰地向學生展示了這些關于“發現促胰液素”的史料。從學生的分享交流，到教師的課件呈現，讓學生對“發現促胰液素”的史料“貝爾納實驗、消化生理學奠基人巴普洛夫的觀點、沃泰默實驗”等，有了更為清晰的認識與理解。

（二）探究質疑

學貴有疑，小疑則小進，大疑則大進。讓學生學會質疑、敢于質疑，培養他們的質疑能力，是生物學科中發展學生核心素養的一項基本內容。通過質疑，學生能夠對知識有更深、更細、更透的理解，能夠循序漸進地形成批判思維。在呈現史料的基礎上，教師可啟迪、引領學生聚焦并進一步探究和質疑。在此教學策略中，學生通過探究質疑，對史料內容的理解會更加全面、深入。同時，學生的探究能力、批判思維也會逐步發展。

在貝爾納實驗中，當酸性食糜進入小腸之后，胰腺就會分泌胰液。聚焦該史料細節，有學生提出了這樣一個疑問：胰腺是怎么知道酸性食糜進入小腸的呢？或者說，酸性食糜進入胰腺的訊息是怎樣傳遞給小腸的？盡管在貝爾納實驗中，胰腺因酸性食糜進入小腸后才分泌更多的胰液是一種客觀的存在，但是對于深層次的原因，教材并未做進一步的說明。學生在教師的引導下通過質疑，就會不由自主地將“分泌胰液”這一現象，與前面學習過的“神經調節”知識聯系起來，以此實現深度學習并發展批判思維。在上面的案例中，學生所提出的觀點是對貝爾納實驗結果的一種質疑。此舉，不僅有助于學生深度理解貝爾納實驗，而且有助于促進學生批判思維的發展，讓學生從一個新的視角、新的高度理解生物學知識。

（三）批判升華

學生已有認知與生物史料之間的矛盾和沖突，是發展學生批判思維的切入點與著力點。因此，在引領學生研讀史料時，教師應通過啟迪、或點撥有意“制造”學生的實際認知與史料內容之間的矛盾與沖突，并組織學生聚焦矛盾、聚焦沖突進行批判。當然，這種批判并非對相關知識進行全盤否定，而是在解決矛盾、化解沖突的過程中，對相關知識有更新的認識、更深的理解。在此過程中，學生也能夠逐漸建構一種清晰、完整的知識體系。

例如，學生聯系之前所學的“神經調節”的相關知識以及根據巴普洛夫的觀點，便會認為“神經調節是胰腺分泌胰液的原因”。在此基礎上，教師又向學生展示了沃泰默的實驗及其結論，即在沒有神經調節的情況下，胰腺也會分泌胰液。這便會導致學生已有認知與史料知識之間產生矛盾。然后，以此為切入點和著力點，學生就會對巴普洛夫的觀點、沃泰默實驗的結果產生批判、質疑。而這又會引領學生進一步深層次思考：如果酸性糜食進入小腸之后，胰腺分泌胰液如若不是神經調節的作用，那么又是哪種物質刺激了胰腺？應該如何設計實驗進行驗證呢？根據沃泰默的實驗結論中，學生會對巴普洛夫的觀點產生質疑：既然胰腺在沒有神經調節的前提下也會分泌胰液，那么，可以肯定神經調節并非胰腺分泌胰液的根本原因……如此這般的矛盾與沖突之中，學生的批判思維也會逐步發展。

三、依托自主實驗，培養學生的創新思維

創新性是科學思維的一個顯著特征。一個人創新思維的形成、發展、提升，需要打破既有的思維模式，創造性地解決相關問題。在自主實驗中，學生需要打破既有思維模式，自主選擇實驗材料、自主操作實驗過程以及自主分析實驗結果等。在此教學策略過程中，學生的創新思維也會逐步發展。

（一）自主選擇實驗材料

與常規實驗中教師為學生提供相關的實驗材料不同，在自主實驗中，學生需要圍繞實驗主題自主選擇相關的實驗材料。因為學生在選擇實驗材料時有充分的自主權，所以他們會選擇材質相同的不同材料。此舉不僅能夠凸顯學生在實驗中的主體地位，而且也有助于培養學生的創新思維。

例如，在“綠葉中色素的提取和分離”這部分內容的教學中，教師可鼓勵學生基于實驗需求來自主選擇實驗材料，于是乎學生自主選擇身邊容易采集到的實驗材料就多種多樣，如：菠菜葉片、綠蘿葉片、三葉草葉片、玉米葉片、苔蘚的葉……以圍繞實驗主題來聯系實際生活并基于實驗需求來自主選擇實驗材料為契機，學生不僅對實驗過程產生更加濃厚的興趣，而且在不知不覺中發展了自身的創新思維。

（二）自主操作實驗過程

在實驗操作過程中，教師應該給予學生更多的自主權，讓他們自主操作、自主觀察、自主記錄、自主分析等。學生在自主發現、梳理、分析實驗中所遇到的各種問題時，往往能以創造性的方法來解決。同時，在解決問題的過程中，學生也能夠更為準確、靈活地運用相關知識。這樣的結果就是學生的創新思維也能得到很好的發展。

仍以“綠葉中提取和分離色素”實驗為例，教師可改變策略，將此項實驗作為一項課后作業，要求學生在家中自主完成。于是乎在選擇葉片、設計實驗、操作儀器、觀察現象、分析現象以及形成結論的過程中，學生可能會遇到各種各樣的困難，包括：選擇哪種葉片？如何更為科學、合理地設計實驗？怎樣有序、有效地操作實驗？如何全面、深入、細致地觀察實驗現象？怎樣通透分析結果得出實驗結論。

針對學生在實驗過程中可能遇到的各種問題，教師既不干預，也不介入，而應該充分放權，讓學生自主分析、自主解決。在此過程中，學生會運用一些解決問題的新方法、新策略，學生創新思維的火花也將不斷迸發。

（三）自主分析實驗結果

在自主實驗過程中，因為學生運用的實驗材料不同、采取的實驗方法不同等，必然會導致自主實驗的結果產生差異。為了讓學生以實驗為切入點，更深、更透地理解相關知識，教師應積極指導和鼓勵學生自主的分析實驗過程和結果。

例如，在“提取和分離綠葉中的色素”的實驗操作中，依據紙層析法的實驗原理得到的結果是：胡蘿卜素溶解度最高且在濾紙條上擴散速度最快，則在濾紙條的最上層，其后依次是葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。而色素從上到下依次是“橙黃色、黃色、藍綠色和黃綠色”。某學生經實驗得到的結果與實際不符，教師抓住契機引導學生聚焦實驗過程進行自主分析，以確定差異產生的原因。

在實驗教學中，引導學生以自主分析實驗過程或結果為契機，可促進學生對實驗中所蘊含的生物學知識能有更為深入、細致、通透地認識與理解。在此過程中，學生的創新思維也會得到進一步的發展與提升。

四、結語

綜上，深度學習是以理解為基礎的意義探究型學習活動。學生在教師的指導下，通過解釋、舉例、分析、總結、表達、解決不同情境中的問題等，在已有知識基礎上進行建構性活動，由此創造出對新知的理解。在深度學習視域下的高中生物教學中，教師應通過采取巧設問題情境、聚焦生物史料以及依托自主實驗等教學策略，有序、有效地發展學生的開放思維、批判思維以及創新思維等科學思維。同時，學生科學思維的發展，又會反作用于學生的學習過程，助力學生從淺層學習走向深度學習，讓學生的生物學科核心素養能在深度學習中得到全面提升。