高階思維培養視角下高中生物學問題情境教學策略

【摘要】在教育改革不斷深化的背景下，培養學生的高階思維能力成為高中生物學教學的重要目標。本文探討了高階思維的含義、價值與意義，并著重研究在高中生物學問題情境教學中引入高階思維的策略，旨在為提升生物學教學質量、促進學生思維發展提供有益參考。

【關鍵詞】高階思維；生物學教學；問題情境

高中生物學作為一門基礎自然科學學科，蘊含著豐富的知識體系和科學思維方法，在培養學生高階思維方面具有獨特的優勢。問題情境教學法能夠將抽象的生物學知識置于真實或模擬的情境中，激發學生的學習興趣和探究欲望。通過合理設計問題情境，引導學生在解決問題的過程中運用高階思維，有助于提高學生對生物學知識的理解與應用能力，更好地適應未來社會的發展需求。

一、高階思維的含義

高階思維是指超越簡單記憶和信息復述，能夠對知識進行深入分析、綜合、評價和創造的思維過程。它涉及批判性思維、創造性思維、問題解決能力和元認知等多個方面。在高中生物學學習中，學生不再僅僅滿足于記住細胞結構、生理過程等基礎知識，而是能夠運用所學知識對生物學現象進行解釋、對實驗結果進行分析評價、設計實驗探究未知問題以及構建生物學概念模型等，這些都是高階思維的體現。例如，在學習遺傳規律時，學生不僅要記住孟德爾遺傳定律的內容，還要能夠分析多對相對性狀遺傳實驗的數據，運用數學方法進行概率計算，對遺傳現象中的特殊情況提出合理假設并設計實驗驗證，這就需要高階思維的參與。

二、高階思維的價值和意義

1.促進知識深度理解與應用

高階思維促使學生主動探究生物學知識的內在聯系和本質規律。在分析細胞呼吸過程中，學生需要綜合考慮有氧呼吸和無氧呼吸的各個階段、場所、物質變化和能量轉化等方面的知識，通過對比、歸納等思維活動，深入理解細胞呼吸的原理。這種深度理解有助于學生在解決實際問題時，如在農業生產中分析種子儲存條件、運動生理學中解釋人體運動時的能量供應等，能夠準確應用相關知識，實現知識的遷移與拓展。

2.培養創新能力與科學探究精神

創造性思維是高階思維的重要組成部分。在生物學學習中，鼓勵學生提出獨特的見解和假設，如在研究生態系統的穩定性時，學生可以思考如何通過創新的生態工程方法來提高生態系統的抗干擾能力。通過參與探究性實驗，從提出問題、作出假設、設計實驗到實施實驗和得出結論，學生在這個過程中不斷鍛煉問題解決能力和科學探究精神，培養創新思維和實踐能力，為未來從事科學研究或其他領域的工作奠定基礎。

3.提升學生的綜合素質與競爭力

在當今社會，具備高階思維能力的學生能夠更好地適應快速變化的環境和復雜的社會需求。無論是在高等教育的學習中，還是在未來的職業發展中，他們都能夠更迅速地掌握新知識、新技能，有效地解決工作和生活中遇到的各種問題。在醫學、生物技術、環境保護等與生物學相關的領域，需要從業人員具備批判性思維和創新能力，能夠對新的研究成果進行評估和應用，開發新的治療方法、生物技術產品或環保方案等，高階思維能力能夠使學生在這些領域中更具競爭力。

三、在高中生物學問題情境教學引進高階思維的策略

1.創設真實且具有啟發性的問題情境

真實的問題情境能夠讓學生感受到生物學知識與現實生活的緊密聯系，激發學生的學習興趣和探究動機。教師可以從生活實際、社會熱點、科學研究前沿等方面選取素材創設情境。例如在講解生態環境保護時，可以引入當地的生態環境問題，如河流污染、生物多樣性減少等案例，提出問題：“如何通過生物學方法監測和評估河流的生態健康狀況？”“采取哪些措施可以恢復受損的生態系統？”促使學生運用所學的生態學知識進行深入思考和分析，培養學生的綜合思維和問題解決能力。

在創設情境時，要注重問題的啟發性，引導學生從不同角度思考問題。例如在學習光合作用時，可以展示不同光照強度和二氧化碳濃度下植物生長狀況的圖片或實驗數據，同時提問：“光照強度和二氧化碳濃度是如何影響光合作用速率的？它們之間存在怎樣的相互關系？”學生需要分析數據、回顧光合作用的過程和原理，嘗試找出變量之間的規律，這有助于培養學生的數據分析能力和邏輯思維能力。

2.設計層次遞進的問題鏈

圍繞問題情境設計一系列層次遞進的問題鏈，引導學生逐步深入思考。從簡單的回憶性問題到分析性、綜合性和評價性問題，逐步提升思維難度。在學習細胞有絲分裂時，可以先提出基礎性問題：“細胞有絲分裂分為哪幾個時期？各時期的主要特征是什么？”幫助學生回顧基礎知識。接著提出分析性問題：“有絲分裂過程中染色體、DNA（脫氧核糖核酸）的數量變化規律是什么？為什么會有這樣的變化？”引導學生深入分析細胞分裂過程中的物質變化機制。然后提出綜合性問題：“在細胞有絲分裂過程中，如果某個環節出現異常，可能會對細胞和生物體產生哪些影響？”促使學生綜合運用知識，考慮細胞分裂與生物體生長、發育和遺傳的關系。最后提出評價性問題：“現有的研究方法在觀察和分析細胞有絲分裂過程中有哪些優點和局限性？如何改進？”培養學生的批判性思維和創新思維能力。問題鏈的設計要符合學生的認知規律，根據學生的思維水平和知識基礎，合理安排問題的順序和難度梯度，使學生在解決問題的過程中不斷挑戰自己，逐步提升高階思維能力。

3.引導學生合作探究與交流

在問題情境教學中，組織學生進行小組合作探究活動。將學生分成小組，每個小組圍繞問題情境進行討論、分析和實驗設計等。在研究酶的特性時，各小組可以設計實驗探究不同溫度、pH值對酶活性的影響，并在小組內分工合作進行實驗操作、數據記錄和分析。在合作過程中，學生需要相互交流、分享觀點和經驗，共同解決遇到的問題。

通過小組合作探究，學生能夠從同伴身上學到不同的思考方式和解決問題的方法，拓寬思維視野。同時，在交流和討論過程中，學生需要清晰地表達自己的觀點和思路，傾聽他人的意見，這有助于提高學生的語言表達能力和溝通能力，促進思維的碰撞和啟發，進一步培養高階思維能力。在此過程中，教師需充分發揮引導作用，適時地為學生提供精準指導與有效反饋，啟發學生進行深度思考與自主探究。

4.利用現代教育技術增強情境效果

借助現代教育技術，如多媒體、虛擬實驗室、模擬軟件等，可以更加生動形象地呈現問題情境。在講解基因工程時，可以利用動畫、視頻等展示基因操作的過程，如限制性內切酶切割DNA、DNA連接酶連接片段等，使抽象的分子生物學過程直觀化。通過虛擬實驗室，學生可以模擬進行基因工程實驗，如設計轉基因生物的構建方案、預測實驗結果等，在虛擬環境中進行探究和實踐，增強學生的學習體驗和實踐能力。利用在線學習平臺和教育軟件，教師可以提供豐富的學習資源，如生物學研究論文、實驗案例、科普視頻等，拓寬學生的知識面和視野。

5.培養學生的反思與元認知能力

在問題情境教學中，引導學生進行反思和自我評價。在完成一個問題的解決或一個探究活動后，組織學生回顧解決問題的過程，思考自己在思維方法、知識應用、團隊合作等方面的優點和不足。例如，在進行完一個生態調查活動后，讓學生思考：“在調查過程中，我們是如何確定調查方法和指標的？在數據分析過程中，我們遇到了哪些困難？通過這次活動，我們對生態學知識有了哪些新的認識和理解？”通過反思和自我評價，學生能夠逐漸提高對自己思維過程的監控和調節能力，即元認知能力促進高階思維能力的持續發展。

在高中生物學教學中，通過問題情境教學法培養學生的高階思維能力是一個長期而系統的工程。教師需要不斷提升自身的教學素養和專業能力，精心設計問題情境和教學活動，引導學生積極參與探究和思考，提高學生的生物學學習成效和綜合素養，為學生的長遠發展筑牢根基。

【參考文獻】

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（基金項目：本文系海南省教育科學規劃2023年度課題“基于高階思維培育的高中生物學情境教學實踐研究”的研究成果，課題編號為QJH202310165）