基于科學思維培養的高中生物情境教學策略研究

張霞

摘 要：隨著新課程改革的不斷深入，高中生物教學也在不斷發展和改進?？茖W思維的培養已成為高中生物教學的重要目標之一。本文從科學思維的概念和重要性入手，分析了當前高中生物情境教學存在的問題，并探討了基于科學思維培養的高中生物情境教學策略，旨在提升學生的科學素養和促進學生的全面發展。

關鍵詞：科學思維；高中生物；情境教學；實踐研究

科學思維是指人們在面對問題時運用科學方法和科學知識去分析和解決問題的能力。在高中生物教學中，培養學生的科學思維不僅有助于學生理解和掌握生物知識，而且能夠提升學生的科學素養和促進學生全面發展。情境教學是一種以情境為背景，通過創設情境來激發學生的學習熱情和興趣，達到教學目標的教學方法。在高中生物教學中，基于科學思維培養的情境教學具有重要的意義和作用。

一、高中生物情境教學對培養學生科學思維的重要性

（一）激發學生學習興趣和主動性

在高中生物教學中，通過創設情境，可以使抽象的生物知識變得更加具體、形象，使學生更直觀地了解生物現象和過程。這種直觀性的學習方式有助于激發學生的學習興趣，使其對生物學科產生濃厚的興趣和好奇心。學生在情境中能夠更深刻地感知和體驗生物學的奇妙之處，自發地展現出更高的學習主動性。通過興趣的驅動，學生更愿意深入學習并主動參與課堂活動，形成積極向上的學習態度。

（二）提升學生的科學素養和探究能力

創設問題情境、實驗探究情境和生活實踐情境等，有助于學生更深入地理解生物知識。通過解決實際問題的過程，學生培養了解決問題的能力和科學思維。問題情境培養了學生提出問題的能力，實驗探究情境提升了學生實驗設計和數據分析的技能，而生活實踐情境則加深了對知識的實際應用理解[1]。這樣的綜合培養不僅提升了學生的科學素養，還增強了其探究和解決問題的能力，為其未來的學術和職業發展奠定了堅實基礎。

二、當前高中生物情境教學存在的問題

（一）情境創設不夠真實，脫離實際生活

在高中生物教學中，情境創設不夠真實是一個顯著問題。有些教師過于注重情境的情節性和趣味性，卻忽略了情境與實際生活的聯系。這種情況導致學生在情境中難以找到與現實世界的關聯，陷入虛構的場景中。由于缺乏真實性，學生可能難以產生對生物知識的興趣，因為他們難以將教室中學到的內容與實際應用聯系起來。情境教學的初衷是通過真實情境激發學生的學習興趣，但如果情境創設不夠真實，反而會適得其反，使學習失去實際應用的動力。

（二）情境創設缺乏深度和廣度，無法滿足教學需求

另一個當前高中生物情境教學的問題是情境創設缺乏深度和廣度。有些教師在創設情境時，過于注重表面現象和淺層次的含義，而忽略了情境的深度。這使得情境難以引導學生進行深入的思考和探究。情境教學的核心目標之一是通過學生對情境的深度理解，培養其科學思維和解決問題的能力。然而，當情境創設缺乏深度時，學生可能只是停留在對表面現象的理解，而無法深入思考相關的科學原理。同樣，缺乏廣度的情境教學可能無法覆蓋多樣性的生物概念，使得學生在探索生物多樣性和復雜性方面缺乏全面的視野。

三、基于科學思維培養的高中生物情境教學優化策略

（一）通過創設問題情境，促進學生提出問題

在高中生物情境教學中，通過設計具有啟發性的問題情境，可以有效地培養學生的科學思維。這種策略注重的是激發學生的好奇心和主動性，引導他們在學習過程中自然而然地產生問題，并通過科學的方式進行解決。問題情境的創設應當貼近學生的實際生活和興趣，使學生能夠在情境中感受到問題的緊迫性和實際意義。通過引導學生提出問題，教師可以促使他們深入思考生物學概念的應用和實際問題的解決方案[2]。這不僅有助于培養學生的科學探究能力，還能促進他們形成對生物學知識更深層次的理解。這一策略要求教師在情境創設中注重問題的開放性和引導性，以激發學生主動提問的欲望。教師在課堂中的角色是引導和促進學生思考，通過提供資源和支持，幫助學生建立解決問題的框架。

例如，在高中必修一的《細胞是生命活動的基本單位》這一內容中，通過創設問題情境可以激發學生對細胞結構和功能的深入思考。首先，教師可以展示一些細胞結構和功能的圖片和動畫，如動物細胞、植物細胞、細菌細胞等的結構和功能。教師可以先請學生進行初步觀察，并提出一些引導性問題，“你們從這些圖片和動畫中觀察到了什么？有沒有什么結構或功能讓你們感到驚奇或好奇？”然后，教師將學生分成小組，鼓勵他們分享觀察和討論。教師可以提供一些激發思考的問題，如“你們的小組發現了細胞之間的共同點嗎？有哪些結構可能是所有類型的細胞都共有的？”接下來，教師引導學生提出深層次的問題，“我們已經了解了細胞的一些基本結構和功能，但這些結構和功能是如何相互關聯的？它們又是如何支持生命的各種活動的？”在引導學生提出問題后，教師可以進一步創設問題情境，“施萊登和施旺是通過怎樣的科學方法提出細胞學說的？這屬于哪種歸納法呢？”通過閱讀整個細胞學說的建立過程，教師可以提問：“你認為科學發展有哪些特點？你有什么啟示和發現？”這些問題可以引導學生深入思考科學方法的運用和科學發展的一般特點，并培養他們的科學思維能力和科學探究精神。在引導學生思考和提出問題后，教師可以進一步提供相關資料和信息，如細胞學說的提出者、細胞的發現史、科學方法的運用等，幫助學生更深入地理解細胞學說的建立過程和科學發展的特點。同時，教師還可以引導學生通過歸納和演繹等方法來解決問題，培養他們的科學探究能力和科學思維。

（二）通過合作探究情境，激發學生思維火花

科學思維是指學生在面對未知問題或復雜情境時，運用科學方法進行分析、推理和解決問題的能力。通過合作探究情境的設計與實施，教師能夠有效地激發學生的思維，培養其科學思維的各個層面。首先，合作探究情境提供了學生與同伴互動的平臺，促使他們在團隊中共同思考、討論和合作。在這個過程中，學生需要交流和整合各自的觀點，通過互相啟發和挑戰，形成對問題的深層次理解。這種團隊性的合作能夠激發學生的創造性思維，使他們不僅僅局限于傳統的問題解決方式，而是通過合作共建知識，培養出更具創新性和靈活性的思維。其次，合作探究情境強調實踐性的學習，通過學生自主設計和實施實驗，培養他們的實際操作和問題解決能力[3]。這種實踐性的學習方式有助于將抽象的生物學概念轉化為實際問題，培養學生將科學思維應用于實際問題的能力。

例如，在教學高中必修一的《細胞的基本結構》這一單元內容中，教師可以將學生分成小組，任務是深入研究不同類型的細胞，如動物細胞、植物細胞以及原核細胞。每個小組成員被要求根據所學知識，設計一個實驗，探究細胞結構與功能之間的關系，并通過實驗數據得出結論。對此，教師可以給學生布置如下任務：1.團隊合作設計實驗：小組成員共同討論和設計實驗，確定實驗的目的、方法和所需材料。他們需要考慮如何有效地觀察和比較不同類型細胞的結構，并提出能夠回答他們研究問題的假設。2.實施實驗：小組成員按照設計好的實驗方案進行實驗。這可能包括細胞染色、顯微鏡觀察、細胞分離等實際操作。在實驗過程中，學生需要相互協作，確保每個步驟的準確性。3.數據收集和分析：小組成員共同收集實驗數據，并通過合作進行數據分析。他們將比較不同類型細胞的結構差異，并討論這些差異可能與細胞功能有關的假設。4.共享結果和討論：每個小組向整個班級展示他們的實驗結果和結論。學生可以提問其他小組，共同討論不同類型細胞的結構和功能之間的聯系，并思考這對于生物體的生存和功能有何重要性。通過這一合作探究情境，學生不僅深入了解細胞結構和功能的關系，還培養了團隊合作、實驗設計和數據分析的能力。在團隊中，學生共同思考、協作解決問題，激發了他們的創造性思維。通過實踐性的學習，學生將抽象的生物學概念轉化為實際問題，培養了將科學思維應用于實際情境的能力。

（三）通過實驗探究情境，提升學生的科學思維

實驗是科學方法中的關鍵步驟，而實驗探究情境則將學生置于主動設計和實施實驗的環境中，培養其科學思維的多個層面。通過實際操作，學生能夠親身經歷科學探究的全過程，包括提出問題、設計實驗、收集數據、分析結果等。這種實踐性的學習過程有助于將抽象的生物學理論轉化為具體的實驗操作，激發學生對生物學概念的深入理解。其次，實驗探究情境要求學生進行問題的提出和實驗設計。學生需要思考和確定實驗的目的，構建相關假設，并選擇適當的實驗步驟和工具。這種過程強調學生在面對未知問題時的主動性和創造性思維，培養了他們對科學問題獨立思考和解決的能力[4]。此外，實驗探究情境注重數據的收集和分析。學生在實驗中收集到的數據需要進行合理的分析和解釋，形成科學結論。這鍛煉了學生在處理實驗數據時的邏輯思維和科學推理能力，培養了他們對科學問題進行系統性思考的習慣。最重要的是，實驗探究情境強調科學探究的過程而非單一的答案。學生在實驗中可能面臨不同的結果和解釋，這促使他們接受并理解科學知識的動態性和不確定性。這種經驗有助于培養學生對科學研究的耐心和堅持，使其具備更為健康的科學思維方式。

例如，在高中必修二的《孟德爾的豌豆雜交實驗》這一內容中，教師可以借助信息技術構建一個模擬實驗的平臺，通過虛擬實驗平臺或模擬軟件，學生將參與還原孟德爾的豌豆雜交實驗的過程。這個虛擬實驗情境旨在通過實際操作來深化學生對孟德爾遺傳法則的理解，并提升其科學思維。學生將在虛擬實驗室中選擇要研究的豌豆特征，并設計實驗步驟，模擬進行豌豆的雜交實驗，記錄每一代后代的表現型和基因型。通過數據收集、分析和討論，學生將驗證或推翻孟德爾的遺傳法則，形成對科學實驗和遺傳規律的深刻認識。這一情境設計不僅強調實踐性學習，還培養了學生在面對未知問題時的主動性和創造性思維。通過模擬實驗，學生不僅能夠理論上了解孟德爾的豌豆雜交實驗，還能夠通過實際操作深入理解遺傳規律，提升實驗設計、數據分析和科學討論的技能。整個過程將學生置于科學思維的培養環境中，促使他們在模擬實驗中主動參與，體驗科學探究的過程，全面提升其科學思維水平。

（四）通過生活實踐情境，加深學生對知識的理解

生活實踐情境注重將抽象的生物學知識與學生身邊的現象和經驗相結合，使學生能夠更直觀、更深刻地理解生物學原理。通過將生物學知識與學生日常生活中的實際問題聯系起來，可以引起學生的好奇心和主動學習的欲望。學生在解決與自己生活相關的問題時，更容易產生對知識的渴望，并更愿意深入思考和探究相關概念。而且，通過創設學生比較熟悉的生活情境，可以拉近學生和知識之間的距離，同時還能在一定程度上實現跨學科的融合，這種綜合性的學科應用使學生能夠更全面地理解生物學知識，同時培養他們解決實際問題的能力。此外，生活實踐情境注重培養學生的觀察能力。通過觀察身邊的自然現象、生態環境以及生物行為，學生能夠培養對生物學現象的敏感性和深度理解。這種觀察力的培養不僅有助于學生對知識的理解，還促使他們形成科學思維的習慣。

例如，在教學高中必選擇性必修二的《生物多樣性及其保護》這一單元中，通過創設生活實踐情境，教師可以幫助學生更深刻地理解生物學原理，特別是關于生物多樣性保護的重要性。首先引入物種滅絕等方面的紀錄片，讓學生了解到當前生物多樣性面臨的威脅和挑戰。教師可以選擇像《地球：神奇的一天》這樣的影片，通過其優秀的制作和影像呈現，讓學生深刻感受到地球上千萬種動植物的生命之美和多樣性。這部紀錄片通過精彩的拍攝技術，展現了地球與太陽的共舞，孕育了各種獨特而美麗的生命形式。正如影片中所說：“地球上的生物有些很常見，有些卻是稀世珍寶。”通過這樣的引入，學生將能夠在驚人的畫面中親身感受到地球上各類生命的多樣性，從微觀到宏觀，從小到大，展現了自然界的奇妙之處。學生觀看紀錄片后，需要分析影片中提到的生物多樣性問題，理解導致物種滅絕的原因，以及這些問題對生態平衡和人類社會的影響。教師可以組織學生進行實地觀察，如參觀當地的自然保護區、動植物園等地。通過親身感受自然環境，學生能夠更深刻地了解各種生物的棲息地、行為習性等，加深對生物多樣性的感性認識。然后，要求學生根據觀察和紀錄片的信息，提出一份生物多樣性保護行動規劃。這可以包括提倡環保行為、支持相關組織、參與義工活動等實際可行的方式。通過情境創設，學生將在生活實踐中深入了解生物多樣性問題，并思考如何在日常生活中實際行動起來，保護生物多樣性。教師引導學生反思他們個人的生活習慣是否對環境產生了負面影響，調動他們參與保護行動的積極性。

結束語

總之，基于科學思維培養的高中生物情境教學策略旨在引導學生深度思考、主動探究，全面提升科學素養。通過創設問題情境、合作探究、實驗探究和生活實踐等措施，使學生在情境中感受科學的魅力，不僅掌握生物知識，更培養了解決問題的能力。

參考文獻

[1]王靜仁.以“三段論”為載體培養高中生物科學思維的教學實踐[J].生物學通報，2022，57（6）：44-45.

[2]王上銳，凌瑩穎.指向科學思維培養的高中生物深度學習教學實踐[J].中學生物學，2022，38（6）：26-28.

[3]賴清玉.基于科學思維培養的高中生物情境教學實踐研究[D].阜陽：阜陽師范大學，2021.

[4]黃珍.基于科學思維素養培養的高中生物參與式教學實踐研究[D].廣州：廣州大學，2019.