基于科學探究的多元化思維培養(yǎng)策略探討

摘要：本文以“植物生長素”一節(jié)的教學為例，闡述如何通過科學探究促進學生科學思維的多元化發(fā)展，具體分析了目前生物課堂上關于科學探究存在的若干問題，嘗試從設置深度問題、積極尋求轉變、開展類比推理和引發(fā)認知沖突四個方面培養(yǎng)學生的科學思維，最后總結反思，力求真正提升學生的生物學核心素養(yǎng)。

關鍵詞：探究思維深層類比

引言

生物學科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度。它為當代生物課堂教學的設計思路提出了新的方向。生物學科作為一門自然學科，其開設的宗旨并非僅限于生物知識的獲取，而寄希望于通過對生物學理論的學習，形成科學的生命觀念來有效解釋日常生活中的自然現(xiàn)象或迷惑問題，學以致用。而對于一些用已有生命觀念無法解釋的深度問題，需要積極啟發(fā)學生科學思維或引導學生自主探究加以解決。學生在探究的過程中也可以體會到成功的艱辛、合作的喜悅，加強社會責任。由此可見科學思維和科學探究是生物學核心素養(yǎng)的兩個核心內(nèi)容，二者關系密切，相互影響。尤其是在科學探究過程中進行科學思維的培養(yǎng)，促進學生科學思維全面發(fā)展，對學生當下學習和今后的工作都非常重要。那么如何利用有限的課堂時間，運用科學探究的思路來培養(yǎng)學生的科學思維呢？筆者認為教師在設計課堂結構時，應當以科學思維的培養(yǎng)為出發(fā)點和落腳點，通過積極的科學探究，引導學生自主發(fā)現(xiàn)問題、提出假設、設計方案，最終得出結論。有效的科學探究不僅能激發(fā)學生的科學思維，還能發(fā)展其勇于探索、敢于實踐的創(chuàng)新精神。

一、教學中科學探究存在的問題

隨著生物學核心素養(yǎng)的內(nèi)涵越來越廣泛被教育工作者所理解和認同，大多數(shù)教師在日常教學中都會有意識地培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究這兩個素養(yǎng)。然而，筆者在聽課研討實踐中卻仍然發(fā)現(xiàn)了很多問題，現(xiàn)將常見的問題和案例梳理如下。

（一）問題一：缺乏探究，為問而問

少數(shù)教師沒有真正理解核心素養(yǎng)的實質(zhì)或者對其理念并未認同，始終堅持傳統(tǒng)的“師講生聽”教學模式，不愿意引導學生開展深度的科學探究，為了活躍課堂氣氛，刻意設置一些簡單的問題，為問而問。如某教師在講解生長素的發(fā)現(xiàn)歷程時，設計了以下三個環(huán)節(jié)：①讓學生自己閱讀教材中有關生長素探究的歷程。②提出問題“有哪些科學家參與植物生長素的研究？每位科學家的貢獻是什么？”讓學生回答。③教師逐一詳細介紹。

問題分析：整節(jié)課看似層次分明、詳略得當、氣氛活躍，有自主學習、積極思考以及教師講解等環(huán)節(jié)，但是明顯缺乏有效的科學探究過程。學生通過閱讀快速掌握教材的大致內(nèi)容，輕松解決了教師設置的若干問題，缺乏深度的思考，甚至部分學生不用知道每個實驗的原理便能快速給出正確答案。這對學生閱讀能力和提取信息的能力確實有一定的提高，但不利于學生科學思維的培養(yǎng)，很明顯不符合生物學核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求。在評課環(huán)節(jié)中，該教師給出的解釋是探究難度太大，不便對課堂節(jié)奏進行把控，無法完成課堂任務，等等。

（二）問題二：過度準備，適得其反

如某教師讓學生分析達爾文的金絲雀草胚芽鞘的幾組實驗，嘗試用自己的觀點解釋實驗現(xiàn)象，而學生卻給出了與教材答案一字不差的答案。這使得科學探究顯得格外多余，場面很是尷尬。

問題分析：絕大多數(shù)教師確實意識到科學思維和科學探究的重要性，或許擔心學生無法有效地完成探究任務，造成課堂的冷場現(xiàn)象，于是在課前就讓學生預習教材，以期達到所謂“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”的狀態(tài)，而結果適得其反，同樣也無法達到培養(yǎng)學生科學思維的目的。

（三）問題三：毫無方向，虛假探究

關于達爾文實驗結論的獲得具有一定的挑戰(zhàn)難度，課堂上某教師直接讓學生相互探討，并沒有給予有效的指導和幫助，學生討論環(huán)節(jié)成為活躍課堂氣氛的手段而已，學生回答的結果自然也不盡如人意。比如由達爾文實驗結論延伸出的兩個問題：①為什么胚芽鞘的背光側比向光側長得快？②這種“影響”究竟是什么？書本的結論一目了然，但實際上其探究過程是很具有挑戰(zhàn)性的，在缺乏有效指導的情況下，學生探究往往是毫無頭緒、結果五花八門，不僅耗費了大量時間，影響了課堂進度，甚至滋生出一系列問題，令教師應接不暇，難以把控場面。

問題分析：首先，該授課教師明顯準備不足，對問題的難易程度和學生已有的知識水平認識不清，沒有對問題的表征方式進行有效的思考。其次，缺乏對學生應有的指導，使學生對探究的目標認識不夠，探究活動缺乏方向性，無從下手。同時我們能明顯感覺到該教師平時的課堂也缺乏必要的探究活動，臨時抱佛腳的狀態(tài)盡顯無遺。整堂課下來，學生的思維始終處于混亂的狀態(tài)，收不到預想的效果。

二、科學思維多元化的培養(yǎng)策略

發(fā)展學生生物學核心素養(yǎng)，特別是科學思維素養(yǎng)，離不開科學探究能力的培養(yǎng)，而科學探究能力的提高，離不開教師積極的引導和啟發(fā)。

（一）設置深度問題，引發(fā)進階思維

學習發(fā)生的基本條件在于問題，深度問題必然會引發(fā)深度學習，進而培養(yǎng)深度思維。那什么問題屬于深度問題呢？深度問題是可以持續(xù)地引發(fā)學生積極思維過程的問題，不同于“是什么”“哪些是”等這類淺層問題，側重于“為什么”“怎么做”等深層探討。例如：根據(jù)達爾文實驗推導出什么樣的生命觀念？鮑森·詹森實驗的缺陷如何改進？如何改良拜爾和溫特的實驗？這些問題無不是建立在學生積極思考、深度思維的基礎上的，屬于深度問題范疇。如何使深度問題最大程度激發(fā)學生的科學思維？首先，深度問題的設置應當遵循循序漸進的原則，可以由淺層問題逐步過渡而來，使學生在思考、探究淺層問題的基礎上發(fā)現(xiàn)和解決深層問題，進而培養(yǎng)學生的進階思維。其次，在深度問題的解決策略方面，積極引導學生運用多種探究方法進行深度思考，進而促進學生深度思維和發(fā)散思維的提高。如在探究生長素兩重性的原理時，提出一個深度問題：既然該物質(zhì)被命名為生長素，為什么會抑制植物生長呢？學生可以利用查閱資料、模型構建（如圖1）等方法，加以解決。除此以外，還可以引導學生利用實驗法、集體討論法、合作探究等多種方法，以求最大程度提高學生的科學思維。

（二）積極尋求轉變，提升分析思維

1.轉變實驗情境，培養(yǎng)分析思維

實驗探究是研究自然科學最常見、最有效的手段之一，教材中的實驗更是眾多科學實驗中的經(jīng)典。我們應當充分利用好這一寶貴資源，努力培養(yǎng)學生的科學思維。因此筆者認為即便是教材中的經(jīng)典實驗，仍然具備二次探究的價值，比如在明確目標的前提下，讓學生合上書本，自行設計教材中拜爾和詹森的實驗，并簡要說出設計思路。當然，教師要及時給予指導，幫助學生理清實驗思路，以防出現(xiàn)“卡殼”現(xiàn)象。在學生正確完成實驗設計后，我們有計劃地變換實驗情境，引導學生積極分析，以培養(yǎng)學生的分析思維。如在鮑森·詹森的實驗中，如果我們將瓊脂片改成云母片會出現(xiàn)什么樣的現(xiàn)象呢？拜爾的實驗如果不在黑暗中進行，而在單側光下進行又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？溫特的實驗在黑暗中還會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象嗎？通過這些變換情境的問題，使學生思維聚焦于不同情境下的實驗比較，真正達到提升學生分析思維的目的。

2.改良經(jīng)典實驗，升華分析思維

除了變換實驗情境，我們還可以引導學生創(chuàng)新實驗設計思路，鼓勵學生自己改良教材經(jīng)典實驗（如圖2），并對其設計思路與教材思想進行理性的分析、比較，找出自我設計方案的問題及其原因，再進一步進行優(yōu)化。通過改良教材經(jīng)典實驗，不僅能有效提高學生的分析思維，還能使他們形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

（三）開展類比推理，形成比較思維

類比推理法是一種古老的認知思維與推測的方法，是對未知或不確定的對象與已知的對象進行歸類比較，進而對未知或不確定對象作出猜測。類比推理與假說演繹法都是生物學常見的探究方法，雖然其說服力不如后者，但其應用范圍卻更加廣泛，尤其是在教師的教學中，我們可以對事物的結構和功能等多方面進行類比推理，如以“如何根據(jù)達爾文實驗讓學生自己推導出正確的生命觀念？”這一問題的解決為例，我們可以引導學生進行積極的類比推理，先將胚芽鞘伸長區(qū)彎曲生長與動物骨骼生長原理相類比，再對植物彎曲生長的原理進行推理（如圖3），使探究過程更具方向性。

還可以引導學生對植物激素與動物激素進行類比，由動物激素的特點推導出植物激素的特點，通過類比推理法啟發(fā)學生積極思考，形成良好的比較思維。值得注意的是類比推理法只是我們探究的一種方法，屬于知識遷移的范疇，并不能保證結果的準確性，需要學生認真思考、查閱資料以及教師的正確指導，切不能錯誤引導，違背科學。

（四）引發(fā)認知沖突，激發(fā)辯證思維

認知沖突是指一個人已有的認知結構同當下所面對的知識情境之間出現(xiàn)不一致的狀態(tài)，是學生學習動機的源泉，也是誘發(fā)學生積極參與思維學習的動力。因此教師可以從誘發(fā)學生認知沖突入手，努力設置一些與學生已有認知結構相矛盾的問題，引導學生積極思考，力求重新同化，建立新的圖式。也可以在學生深入學習獲取正確結果基礎上，展示一些與學生深層探究結果不相符的案例或結論，給學生“當頭一棒”的震撼效果，意在培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和良好的辯證思維。當然這種展示是在對學生探究結果進行充分肯定的基礎上進行的，切不能畫蛇添足，適得其反。例如在引導學生利用生長素運輸機理完美解釋植物向光性生長的原因之后，提出新問題：這種理論一定正確嗎？有沒有可能存在其他物質(zhì)也能發(fā)揮同樣的作用？有沒有可能存在其他相反的機理呢？（如圖4）引發(fā)學生認知沖突，激發(fā)其深入思考，培養(yǎng)其良好的辯證思維。

三、總結和反思

本節(jié)內(nèi)容的設計中，筆者以植物生長素的發(fā)現(xiàn)歷程為主線創(chuàng)設情境，努力挖掘材料中豐富的探究資源，引導學生積極探究，力爭激發(fā)學生的科學思維，使學生的思維呈多元化發(fā)展。

如何成為新時代研究型教師？首先，我們要做到不忘初心，與時俱進，認真研究生物學核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，特別是科學思維和科學探究這兩個素養(yǎng)，從這兩方面入手反思教學設計，從傳統(tǒng)“灌溉式”的課堂模式轉變?yōu)樾滦偷摹疤骄啃汀闭n堂模式。其次，我們還要依據(jù)不同的情境，綜合多方面的因素，靈活運用多種教學方法，避免單一方法造成思維定式，真正成為學生思想的引路人。

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