高中生物學教學中批判性思維的內涵及培育

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，學生應在學習過程中逐步發展科學思維，能夠基于生物學事實和證據運用批判性思維解決問題。素養本位的生物學教學中培養學生的批判性思維能力日益受到重視。因此，在準確厘清批判性思維內涵的基礎上，筆者將探索如何在高中生物學教學中培養學生的批判性思維，以期為高中生物學教學實踐的開展和改進提供依據。

1批判性思維的內涵探析

批判性思維是生物學學科核心素養的重要組成內容，是指基于一定評判標準的、有辨識能力的認知判斷過程，用于評估和分析信息，并據此做出決策和付諸行動。整個評判活動包含理性認識，在決策和行動上依賴于推理、論證、識別等技能。目前，在國際上得到廣泛認同的概念是由美國哲學學會提出的，將批判性思維定義為能夠自我調節的、具有目的指向性的判斷，在這個過程中運用分析、評估和推理，以及對證據、概念、方法、評判標準或背景考慮的解釋。多數學者對批判性思維的界定主要強調了兩個關鍵方面：合理性和反省性。1合理性意味著進行思考和決策的過程應該基于理性、邏輯和證據，而非盲從或個人偏見。反省性則要求個體對自己的思維過程進行反思，考慮可能的局限性、偏見和錯誤。2]

生物學教學中學生需要掌握的批判性思維能力，是指進行科學實踐、辨別事實、區分科學與偽科學的重要思維品質，包括運用推理、識別、分類、比較等思維技能對不同假設進行質疑的認識過程（見圖1）。

質疑是指個人具備一定的領域性知識后，對不同假設或觀點持有的看法，可以是支持、反駁或提出新的觀點。質疑是批判性思維的核心表征，其他技能則為質疑提供基礎性支撐。比較是指將觀察結果與持有的觀念進行對比以獲得差異。推理包括多種形式，有歸納推理、演繹推理、因果推理和溯因推理。從邏輯學角度看，這四種推理形式可以總結為兩類，分別是從具體的個例中得出一般性的結論和從一般性的前提中推斷出具體的結論。分類指將觀察結果或觀點按照不同的方式進行劃分。識別指能夠分辨出事物具體代表的含義，找到關鍵特征。

2批判性思維的培育現狀

為了解當前高中生批判性思維的培育現狀，筆者設置了開放式問卷并設計了生物學啟發式實驗，對省兩所高中、兩所高中選學生物學的191名學生進行了調查、訪談和課堂觀察。問卷共有三個問題，包含對批判性思維的質疑與評價標準、推理與科學決策力、識別與分類三個方面。學生問卷發放191份，有效回收185份，回收率為 9686% 。此外，在調查的基礎上，筆者隨機選擇8名學生進行生物學啟發式實驗，收集觀察和開放式訪談數據，通過對問卷、訪談和觀察數據的統計和分析，得出以下結果。

2.1衡量標準趨于一致，質疑能力欠缺

質疑是運用批判性思維對不同觀點進行判斷的結果，也是對評價標準的回應。問卷和生物學啟發式實驗都呈現了不同觀點和不同證據。例如，對于問題“基因突變是否會導致蛋白質改變，從而引起生物體性狀的改變”，約有 33% 的學生回答的結果表現出了質疑，并且在隨后的推理中呈現了支持性證據。學生在回答“不一定會改變”的論斷后，能從鐮刀型細胞貧血癥和遺傳密碼的簡并性兩方面提供證據，既有證實也有證偽相對應的假設或觀點。由此可以看出，該階段的學生具備利用生物學知識進行推理，進而對不同假設或觀點進行質疑的能力，即批判性思維的表征。

在證偽啟發式實驗中，當學生面對沖突性證據時，8名學生中的3名對最初建立的支持性假設產生了疑問。在對6條有基因突變的DNA轉錄的mRNA進行全部翻譯后，改變了最初的假設。這說明其批判性思維過程完成了對最初領域性知識集合的證偽，同時也說明了大部分學生缺乏對結果的質疑能力。此外，學生在對不同假設進行質疑的過程中，會應用不同的判斷標準。 96.21% 的學生對堿基互補配對原則的應用較好，并未出現錯誤。這說明該階段的學生具有穩定統一的判斷標準，并能以此為基礎為其他技能提供支持，但質疑能力欠缺。

2.2推理能力較強，科學決策力薄弱

推理是批判性思維的重要基礎性技能，是基于現有證據推測不同結果以及建立假設的關鍵。因此，了解學生的推理能力和推理的邏輯形式，有利于培育學生批判性思維的基礎性技能。在為質疑提供證據的過程中， 88.65% 的學生使用了不同形式的推理，包括歸納推理、演繹推理、因果推理和溯因推理。

在證偽啟發式實驗中，學生能夠對mRNA進行翻譯。經過檢查發現，8名學生均能進行演繹推理并得出正確的氨基酸序列。然而，在實驗中，5名學生未能證偽最初的假設，這表明推理結果并不直接影響假設的證偽，學生可能會回避得出的結果，導致證偽失敗，這通常是由于其缺乏對推理結果的判斷能力。由此可以得出，當前階段學生的推理能力較強且形式多樣，但處理假設時則缺乏判斷推理結果的決策力。3]

2.3識別能力尚可，分類能力不足

識別與分類構成了思維的分析能力，這也是批判性思維技能的基礎。問卷和啟發式實驗均涉及識別和分類的內容。例如，對于問題“已知一段mRNA的堿基序列，請寫出蛋白質的氨基酸序列”， 58.37% 的學生能夠識別出三個相鄰的堿基構成一個遺傳密碼子，這說明大部分學生能夠將觀念中的標準應用于實踐。此外， 16.76% 的學生在推理的過程中表現出了對證據或結果的分類，其類型表現為邏輯分類和知識點分類，但總體表現水平不佳。由此可見，該階段的學生具有一定識別能力，但分類能力不足。

3批判性思維的培育路徑

批判性思維作為高階思維的一個方面，強調對不同假設提出看法，進而做出判斷，通過常規教學方法培養學生的批判性思維能力難以獲得良好效果。因此，如何在課堂教學中培養學生的批判性思維已成為現代教師亟須解決的問題。生物學作為一門與時代緊密相連的學科，在發現新規律、建立新理論或形成新科學范式的過程中，都需要批判性思維作為工具辨別科學與偽科學、真知識和假知識。在生物學教學中，教師可以從科學哲學方法論、生物科學史、跨學科實踐三個方面進行教學設計，進而培養學生的批判性思維。

3.1科學哲學方法論

科學哲學對科學學科的影響可以從三個方面進行構建，包括科學的本體論、科學的認識論、科學的方法論。生物學作為自然科學，本質上與科學哲學非常契合。科學哲學的一個重要作用是能夠幫助人們提高語義的清晰度，從而有意義地理解科學理論和科學方法的基本陳述。在科學哲學的方法論中，證實與證偽可以作為培養學生批判性思維的有效工具，為教師提供幫助。

例如，在進行“基因突變與性狀關系”的證偽啟發式實驗時，教師可以從“基因突變導致蛋白質改變，進而改變生物性狀”開始，構建基因突變轉錄的6個mRNA片段，包括4個替換突變、1個增添突變和1個缺失突變。當學生遇到支持性和相互矛盾的證據時，其認知行為無論是證實還是證偽都會有思維轉變（見圖2）。這些思維變化代表了批判性思維發展的過程。該過程具體表現為：當學生遇到與最初假設相矛盾的證據時，從肯定支持性證據轉為沖突性觀察證據。這種從證實的歸納推理到證偽的演繹推理的過程轉變，不僅是對舊有標準和假設的否定，更是對其相互矛盾的證據的適應和整合。在矛盾解決之后產生新的假設時，標志著批判性思維評價標準的不斷發展。

3.2生物科學史

生物科學史能夠培養學生的批判性思維，學生通過理解科學發現中的不同競爭團體來認識科學發展的規律，并不是簡單地將科學史理解成科學發展的記錄。生物學的發展史包含了不同科學團體的科學家對生物界的探尋，囊括了科學規律與知識、方法與路徑、思維與智慧。學生可以通過學習生物科學史，體會科學哲學家庫恩（T.S.Kuhn）所倡導的科學革命范式。在范式理論中，科學發展包括常規科學的證實階段，即“解謎題”，然后在范式工作中，發現反常的事實或現象以至于出現范式危機，最終引發科學革命以建立新的范式。4常規科學的“解謎題”是指在確定的范式下，擴展對事實的認識，增進事實與范式預期之間的符合程度，并且進一步闡述范式本身。科學革命則是對已有科學研究范式中的反常事實或觀察結果進行變革，進而促進研究范式的轉變。

例如，在孟德爾的基因分離和基因自由組合兩大定律被認可前，融合遺傳的觀點曾在19世紀下半葉十分盛行。孟德爾（G.J.Mendel）所學習的一定不是基因分離和基因自由組合定律，而是原有的融合遺傳的相關假說和理論觀點。當在這個范式工作下孟德爾發現了豌豆性狀的遺傳，并不符合融合遺傳的理論預期，導致了新事實與原有范式之間出現了沖突和矛盾，這也為科學革命提供了契機。孟德爾的兩大定律成為新的范式后，圍繞細胞核遺傳的相關研究迅速成為生物學遺傳研究的主導，這也使范式過渡到了“解謎題\"的階段。縱觀這段科學史可以看出，在科學發現的過程中，對上一個占據科學界范式的批判促進了科學發展的進步。由此可見，學生可以通過學習對舊范式的批判和對新范式的建立來理解批判性思維對科學發展的重要性。

3.3跨學科實踐

批判性思維的培養離不開跨學科實踐。生物學跨學科實踐是一種通過整合不同學科知識和技能來探索生物學問題的教學過程。這種方法借鑒了物理、化學、數學等多個學科的知識，為學生提供了更廣闊的視野和多元化的思維方式。教師可以通過創設真實情境，讓學生在解決實際問題時，能夠綜合運用不同學科的知識，從而培養學生的批判性思維能力。

例如，在學習“生態系統穩定性”內容時，學生需要設計實驗或調查方案，通過實地考察或模擬實驗采集數據。學生能夠在過程中不斷提出和驗證假設，例如“物種多樣性是否與生態系統的穩定性直接相關”“外來物種的入侵對本地生態系統的影響有多大\"“某些區域的水質較差對生態系統的影響”等。通過質疑和探討，學生能夠逐漸學會從多個角度看待問題，并根據數據支持或推翻假設，體現了批判性思維的核心—質疑和驗證。又例如，在研究食物網和種間關系時，學生必須仔細記錄每一種生物的數量及其與其他物種的相互作用，并通過推理預測隨時間的變化而產生的種群數量變化。此外，學生在撰寫調查報告時，需要就如何保護和維持生態系統的穩定性提出建議，這不僅要求其具有扎實的學科知識，還要有清晰的表達和邏輯推理能力。

參考文獻

[1]DAVIESM，BARNETTR.ThePalgraveHandbookofCriticalThinkingin Higher Education[J].Journal of OrganizationalKnowledgeCommunication，2015，2（1）：81.

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[3]林婉晶，張鋒.基于生物學決策活動的高中學生批判性思維培養[J].生物學教學，2023，48（7）：13-15.

[4]托馬斯·庫恩.科學革命的結構[M.張卜天，譯，北京：北京大學出版社，2022：5-29.