高階思維能力在高中生物教學中的培養與應用

摘 要：以推動高中生思維品質進階，落實核心素養為出發點與落腳點，從分析高中生在生物課程學習中所需形成的高階思維能力類型入手，探討學科核心素養視域下，在高中生物教學中培養學生高階思維能力的方法，包括任務驅動法、問題導學法和議題教學法等策略，旨在優化傳統“知識本位”的高中生物教學模式，使學生善于運用科學思維方法認識事物、解決實際問題，穩步發展生物學科核心素養。

關鍵詞：高階思維；高中生物；生物教學；思維能力培養

作者簡介：錢嘉雯（1994—），女，江蘇省南通市天星湖中學。

高階思維是相對低階思維而言的思維品質概念，指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知方法。隨著《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（下稱《生物課標》）的深入實施，在高中生物課程教學中培養學生的高階思維能力，引導學生應用高階思維能力學習生物學知識、運用生物學知識解決實際問題逐漸成為重要的教育教學研究課題。

一、高中生在生物課程學習中所需形成的高階思維能力類型

當前，教育界未對學生所需形成的高階思維能力作出統一規定［1］，使不少高中生物教師在培養學生高階思維能力時，容易出現育人方向模糊不清、教育教學精準性低等問題。為切實改善因看法、觀點不一致而引發的教學低效問題，本文基于對“科學思維”概念的認識和把握，分析歸納高中生在生物課程學習中所需形成的高階思維能力類型。

科學思維是高中生物學科核心素養的維度之一，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，與學生正確生命觀念的建立、科學探究能力的提升與社會責任感的形成有著內在關聯［2］。《生物課標》在“學科核心素養與課程目標”中指出，學生應“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”，這與布魯姆的認知學習領域目標學說有著異曲同工之妙。因此，在核心素養視域下的高中生物課程教學中，以發展學生科學思維為錨點培養學生的高階思維能力，采取有針對性與精準性的方法定向培養學生的歸納與概括思維、演繹與推理思維以及批判與創造思維，具有可行性與實踐價值。

二、在高中生物教學中培養學生高階思維能力的策略方法

（一）搭建任務支架，以任務驅動歸納概括

歸納概括思維，指的是學生在認知事物時，通過比較與抽象，提煉出事物的共同本質特征，并將這些共性推廣到同類事物上的思維方式［3］。例如，當人們看到麻雀時，他們能夠將其與其他動物進行比較，從而識別出麻雀的本質特征（如能飛、卵生和有羽毛），在此基礎上，將麻雀的本質特征歸納并推廣應用到對其他動物的認知中，從而將所有具備麻雀特征的動物統稱為鳥類。在高中生物課程中培養學生的歸納概括思維，教師可靈活運用任務驅動法，讓學生在學習任務的引導下，自覺運用歸納概括思維將相關的生物知識與問題整合，更好地認清生物學知識的本質，提升思維能力和學習效率。例如，在人教版高中《生物學》必修第一冊“細胞的多樣性和統一性”一課中，筆者應用任務驅動法帶領學生歸納概括各種細胞的本質特征，加深他們對細胞的多樣性和統一性的理解。

【任務一】觀察圖1中的四張細胞圖像，完成表格（表1）。

【任務二】小組合作，制作酵母菌細胞、水綿細胞、天竺葵葉片保衛細胞與魚的紅細胞的臨時裝片，并用高倍顯微鏡進行觀察。

（1）子任務1：總結使用高倍顯微鏡的步驟與要點。

（2）子任務2：繪制上述四種細胞的細胞模式簡圖，以表格的形式呈現這些細胞的共性與差異。

（3）子任務3：小組合作探討這些細胞存在差異的原因。

【任務三】科學家根據細胞內有無以核膜為界限的細胞核，將細胞分為真核細胞與原核細胞兩大類型。根據這一分類原則，聯系已知的細胞類型，將不同細胞分類為真核細胞與原核細胞。

學生在上述學習任務的驅動下，以獨立自主或小組合作的形式深入探究與歸納細胞的多樣性和統一性。在任務一中，學生遷移運用所學知識寫出圖中四種細胞的名稱，依次為動物成熟紅細胞、人口腔上皮細胞、洋蔥根尖分生區細胞和洋蔥表皮細胞，并通過繪制對應細胞模式簡圖，把握這四種細胞在結構上的共性，初步感知細胞的多樣性和統一性。在任務二中，學生以小組合作的學習方式，完成重要的生物探究活動“用高倍顯微鏡觀察幾種細胞”。在總結高倍顯微鏡的使用步驟與要點時，學生能夠自發地將其與低倍顯微鏡的使用方式進行對比；在繪制細胞模式簡圖，總結細胞在結構上的共性與差異時，學生能夠對細胞的多樣性和統一性形成進一步認識。在任務三中，學生從真核細胞與原核細胞兩個角度，對已知的動植物細胞、細菌細胞、真菌細胞進行正確分類，在歸納概括過程中完善自身的生物知識體系。教師開展知識梳理與總結活動，能夠有效培養學生的歸納概括思維，使他們在全面掌握生物學知識的同時提升高階思維能力。

（二）設置核心問題，以問題引領演繹推理

演繹推理思維，指的是學生在認識事物、解決問題時，從一般性前提入手，通過類比推理、演繹推導的方式具體陳述事物的本質，得出問題結論的思維過程［4］。在高中生物教學中培養學生的演繹推理思維，有益于學生思維嚴密性、邏輯性與一貫性的提升，這也是學生養成求真務實的科學態度與理性精神的先決條件。高中生物教師在培養學生高階思維能力時，可以充分利用問題導學法，激活學生的思維。通過向學生提出層層遞進、環環相扣的問題鏈，引導學生基于生物學事實展開演繹推理，使學生的思維方式實現從形象到抽象、從感性到理性、從低階到高階的進階。

例如，在人教版高中《生物學》必修第一冊“酶的作用和本質”一課中，教師可以引導學生圍繞生物探究性實驗“比較過氧化氫在不同條件下的分解”，探索酶在細胞代謝中的作用。教師可將核心教學問題融入學生的實驗過程中，讓學生在問題的引領下，根據實驗目的“了解過氧化氫酶的作用”（大前提）和實驗方法步驟（小前提）進行演繹推理，得出“酶在細胞代謝過程中起到催化作用”的結論，逐步認識酶的本質。

首先，教師可為學生提供與本次生物實驗有關的背景知識，讓學生認識到動物新鮮肝臟中富含過氧化氫酶，知道每滴質量分數為3.5%的FeCl3溶液中Fe3+的數量約為每滴質量分數為20%的肝臟研磨液中過氧化氫酶分子數的25萬倍。隨后，教師可以提出啟發性問題鏈，如：可以用哪些動物的肝臟與藥品配制質量分數為20%的肝臟研磨液和質量分數為3.5%的FeCl3溶液？如何利用兩種溶液中Fe3+數量與過氧化氫酶分子數的數量關系完成本次實驗？如何探索過氧化氫酶的作用？引導學生結合實驗背景與生物學知識，演繹推理出控制變量法與設計對照實驗的探究思路，并完成實驗方案的設計（表2）。

其次，在學生根據實驗方案展開實驗活動時，教師可以走動觀察，適時提出進階性教學問題鏈，如：2號試管中的現象與1號試管有何不同？這一差異說明了什么？3號試管與4號試管中，哪支試管中的反應速率更快？這說明了過氧化氫酶對細胞內化學反應的什么作用？為什么未加熱的3號與4號試管中也有大量氣泡產生？引導學生基于實驗事實與證據分析問題，深刻認識到酶對細胞內化學反應的重要作用，并理解加熱能夠促進過氧化氫的分解，過氧化氫酶與Fe3+能夠降低過氧化氫分解反應的活化能，達到催化的效果。

最后，在各組學生完成實驗后，教師可以設置挑戰性問題，如：為什么細胞代謝離不開酶？酶的化學本質與無機催化劑有何不同？如果動物肝臟中的過氧化氫酶催化效率降低，會對動物活動造成怎樣的影響？酶是否能像無機催化劑那樣催化多種化學反應？鼓勵學生圍繞實驗展開小組討論，通過類比推理實驗中的現象與結論，推導出絕大多數酶的本質是蛋白質，并認識到酶的專一性，即只能催化一種或一類化學反應。

教師設計環環相扣的問題鏈，不僅可以鍛煉學生的實踐能力，提高學生的探究水平，還能培養學生的演繹推理思維，使學生掌握正確的學習方法，促進其高階思維發展。

（三）提煉有效議題，以互動帶動批判創造

批判與創造思維，指的是學生通過反思質疑、理性評判、提出不同見解與觀點等方式，獲得有效解決問題的對策的目的性思維過程。在高中生物教學中培養學生的批判與創造思維能力，教師需為學生營造一個民主和諧的交流互動環境，確保學生能夠主動提出觀點，發表個性化見解，審視他人的觀點，從而實現創新與有效批判。為此，高中生物教師可以通過設置教學議題，引發學生的認知矛盾與思維沖突，增強師生之間與生生之間的互動交流，讓學生在求同存異的過程中形成善于批判、樂于創新的思維品質［5］。

例如，在教學人教版高中《生物學》必修第二冊“自然選擇與適應的形成”一課時，教師便可圍繞拉馬克的進化學說與達爾文的自然選擇學說，設置具有爭議性的議題：如何解釋枯葉蝶與翅色鮮艷的蝴蝶同時存在于同一自然環境中？這個問題能夠驅使學生從生物進化或適應的角度給出有理有據的科學解釋，讓課堂氛圍在學生各抒己見與暢所欲言的過程中活躍起來，促進學生之間的思維碰撞與交流。在討論過程中，教師可以組織學生圍繞這一議題展開正反雙方的辯論，要求學生列舉自然界中生物完全適應或不完全適應環境的實例，幫助他們感知適應的普遍性與相對性，體會適應形成與生物遺傳、變異（內因）、環境（外因）之間的相互關聯。由此在促進學生深度學習的同時，讓學生在批判他人觀點與提出創造性見解的過程中，培養高階思維能力，加深對知識內涵與本質的理解。

結語

總而言之，核心素養視域下，教師在高中生物教學中培養學生的高階思維能力，應將培養學生的科學思維核心素養作為錨點，正確分析高中生所需形成的高階思維能力類型。靈活運用助學、促學價值突出的任務驅動法、問題導學法和議題教學法，優化高中生物課程的教學形式和呈現方式，讓學生在積極挖掘生物學科本質、深度參與生物學探究的過程中，逐步形成歸納概括思維、演繹推理思維、批判與創造思維，進而實現深度學習能力與生物學科核心素養的協調發展。

［參考文獻］

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