核心素養(yǎng)導向下在高中生物教學中培養(yǎng)學生科學思維的策略研究

隨著教育改革的不斷推進，核心素養(yǎng)成為新時代教育的重要目標之一。高中生物作為一門基礎科學課程，不僅需要傳授學生具體的生物學知識，更應注重培養(yǎng)其科學思維能力。科學思維不僅能幫助學生更好地理解和應用生物學知識，還能促進其在其他領域的發(fā)展。然而，在實際教學中，由于知識點碎片化、抽象概念難以具象化理解、實驗教學與思維訓練脫節(jié)以及跨學科思維融合存在壁壘等問題，科學思維的培養(yǎng)面臨諸多挑戰(zhàn)。本文旨在探討如何在核心素養(yǎng)導向下，通過有效的教學策略，提升高中生物課堂的科學思維培養(yǎng)效果，為學生的終身學習奠定堅實的基礎。

一、核心素養(yǎng)導向下在高中生物教學中培養(yǎng)學生科學思維的意義

（一）幫助學生適應新時代教育需求

當前教育改革越來越強調讓學生擺脫死記硬背的學習方式，高中生物課堂培養(yǎng)科學思維正契合了這個方向。科學思維不是單純記住細胞結構或遺傳規(guī)律，而是讓學生學會用邏輯推理分析問題。比如，面對生活中遇到的食品安全問題，學生能主動思考微生物繁殖條件；看到媒體報道基因編輯技術時，能客觀分析技術原理和潛在影響。這種思維能力的提升，直接打破了傳統(tǒng)課堂“教師講、學生記”的被動狀態(tài)。很多高中生畢業(yè)后不會從事生物專業(yè)，但在學習過程中養(yǎng)成的科學思維，能遷移到處理工作矛盾、解決家庭事務等現實場景中。這種能力比具體知識更重要，因為它能幫助年輕人在信息爆炸的時代保持獨立思考，不被網絡謠言或偽科學誤導，真正實現教育“授人以漁”的目標[1]。

（二）搭建學科知識與現實生活的橋梁

很多學生覺得生物課學的知識用不上，其實是因為缺少將課本內容轉化為實際應用的思維方法。培養(yǎng)科學思維就是教學生用生物視角觀察世界看到公園落葉會自然聯(lián)想到物質循環(huán)，遇到流感高發(fā)季節(jié)能主動分析病毒傳播途徑。這種思維習慣的養(yǎng)成，讓知識不再是試卷上的填空題，而變成解釋生活現象的工具。比如，學習細胞呼吸原理后，學生自己就能解釋為什么劇烈運動后肌肉酸痛；掌握生態(tài)系統(tǒng)概念后，面對小區(qū)綠化改造方案時，能考慮到物種多樣性的重要性。這種改變讓教育真正落地，學生感受到知識的力量，學習動機從“要考試”轉變?yōu)椤跋胫馈盵2]。長遠來看，這種思維方式還能培養(yǎng)公民的科學素養(yǎng)，當社會出現轉基因食品爭議、疫苗接種討論時，具備科學思維的人能做出更理性的判斷。

（三）為終身學習奠定基礎

科學思維是學生后續(xù)發(fā)展的重要支撐。大學里做實驗設計需要控制變量思維，工作中處理突發(fā)問題需要邏輯推理能力，甚至日常生活中做消費決策也涉及證據評估。生物課培養(yǎng)的觀察、比較、歸納等具體思維方法，本質上都是現代社會需要的核心能力。特別是在技術快速更新的今天，很多具體知識五年后可能過時，但科學思維能讓年輕人持續(xù)學習新事物。會用控制變量法分析手機性能參數的學生，未來接觸人工智能、區(qū)塊鏈等新技術時，同樣能快速抓住本質規(guī)律。這種適應力才是應對未來挑戰(zhàn)的關鍵，比任何短期考試成績都有價值。

二、核心素養(yǎng)導向下在高中生物教學中培養(yǎng)學生科學思維的現狀

（一）知識點碎片化導致思維整合困難高中生物教材內容本身存在知識點零散的特點，不同章節(jié)間看似獨立，實則存在內在邏輯聯(lián)系。但在實際教學中，教師往往更注重單節(jié)課知識點的完整傳授，缺少對章節(jié)間關聯(lián)性的引導。學生容易將光合作用、細胞呼吸、遺傳規(guī)律等內容割裂記憶，無法形成完整的知識網絡。比如，學完《細胞結構后進入代謝》一章，學生很難自發(fā)將細胞器功能與具體代謝過程聯(lián)系起來。這種孤立學習模式導致他們在面對真實生物學問題時，無法調動多模塊知識綜合分析。更嚴重的是，考試題目越來越側重考查知識遷移能力時，學生常出現“背了知識點卻不會用”的現象。部分教師自身對學科體系的整體認知不足，難以提煉核心概念串聯(lián)知識，進一步加劇了這種思維割裂。長此以往，學生容易形成“生物就是死記硬背”的錯誤認知，喪失深度思考的動力。

（二）抽象概念難以具象化理解

生物學科中存在大量微觀層面的抽象概念，如基因表達調控、生態(tài)系統(tǒng)能量流動等，這些內容超出了學生的日常經驗范疇。教師在講解蛋白質合成時，即便使用動畫演示，很多學生仍難以在腦中構建核糖體移動、tRNA轉運的動態(tài)過程。涉及分子機制的章節(jié)，學生往往只能記住結論性語句，無法真正理解背后的原理邏輯。比如，學習“細胞信號傳導”相關知識時，多數人只能機械記憶“信號分子與受體結合”這個步驟，對后續(xù)級聯(lián)反應的因果關系模糊不清。這種表層化學習導致他們在解釋實際生理現象時，常出現“知其然不知其所以然”的情況。更棘手的是，部分教師自身對抽象概念的理解也不夠透徹，教學中習慣用“記住就行”搪塞學生追問，反而強化了學生對抽象知識的畏難情緒，形成思維惰性[3]。

（三）實驗教學與思維訓練脫節(jié)

當前生物實驗課普遍存在“重流程輕思考”的現象。學生按教材步驟完成顯微鏡觀察、酶活性測定等實驗后，往往只記住了操作要點，卻說不清實驗設計的科學邏輯。比如，在質壁分離實驗中，多數學生關注的是實驗現象是否明顯，很少思考蔗糖濃度與細胞失水速度的關系。教師為保證實驗成功率，常提前規(guī)定好試劑用量、觀察時間等變量，導致學生失去自主設計對比實驗的機會。更嚴重的是，很多學校受限于實驗條件，將本應動手操作的實驗改為視頻觀摩，學生連基本器材都沒摸過，更談不上培養(yǎng)科學思維。即便是開展的實驗，也常因課時緊張壓縮討論環(huán)節(jié)，學生來不及梳理實驗現象背后的生物學原理。這種流于形式的實驗教學，使得本該培養(yǎng)假設驗證、數據分析能力的實踐課，淪為機械重復的技術訓練。

（四）跨學科思維融合存在壁壘

新課標強調生物學與化學、物理等學科的交叉，但在實際教學中常遇到融合障礙。例如，講解細胞膜流動性時涉及分子熱運動，學生因物理知識遺忘難以理解，分析生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)需要化學方程式基礎，部分學生出現知識斷檔。教師團隊分科教學的固有模式，導致生物教師很少主動關聯(lián)其他學科內容，遇到跨學科知識點時往往選擇避重就輕。即便想要引導學生建立學科聯(lián)系，也常因自身知識結構限制而力不從心。比如，在遺傳概率計算中融合數學排列組合知識時，部分教師只能照本宣科，無法揭示數理邏輯與生物規(guī)律的深層關聯(lián)。這種學科壁壘使得學生在解決真實科研問題時，缺少綜合運用多學科視角分析的能力，思維始終局限在單一學科框架內。

三、核心素養(yǎng)導向下在高中生物教學中培養(yǎng)學生科學思維的優(yōu)化策略

（一）加強實驗教學，培養(yǎng)學生的觀察與實驗能力

要讓學生真正理解生物學的本質，必須把實驗教學放在核心位置。具體操作時，教師可以分三步走。第一步，把教材里的驗證性實驗升級為探究性實驗。比如，在“細胞膜的結構與功能”實驗中，不要直接告訴學生“細胞膜具有選擇透過性”，而是準備不同濃度的蔗糖溶液和半透膜裝置，讓學生自己設計梯度實驗，觀察紅細胞的漲破情況。通過記錄不同濃度下細胞形態(tài)變化的數據，引導學生自主總結滲透作用規(guī)律。第二步，增加開放性實驗環(huán)節(jié)，在“觀察葉綠體”的實驗中，除了常規(guī)的菠菜葉片，可以讓學生自帶不同植物葉片（比如紫鴨跖草、苔蘚），對比葉綠體分布差異。第三步，重視實驗后的深度討論，做完質壁分離實驗后，拋出問題：“如果換成動物細胞會怎樣？”讓學生用同樣的實驗器材嘗試洋蔥表皮細胞和口腔上皮細胞的對比觀察。這樣的設計既鍛煉操作技能，又培養(yǎng)“觀察現象一發(fā)現問題一提出假設”的科學思維鏈條。在“構建細胞模型”這類實踐活動中，要鼓勵學生用生活中的材料（如橡皮泥、吸管、彩紙）表現細胞器協(xié)作關系，模型完成后開展“答辯會”，讓每組學生講解線粒體為什么設計成雙層結構、核孔復合體如何控制物質運輸，把動手實踐轉化為思維訓練[4]。

（二）開展問題導向學習，提升學生的推理分析能力

課堂教學要從“知識講解\"轉變?yōu)椤皢栴}驅動”。以《降低化學反應活化能的酶》為例，教師先用生活情境導入：為什么發(fā)燒到 40^°C 人會昏迷？這跟酶活性有什么關系？接著設計問題鏈：常溫下過氧化氫為什么分解慢？豬肝研磨液起了什么作用？用斐林試劑檢測需要什么條件？（此處設陷阱，學生通過錯誤操作發(fā)現酶促反應條件差異）。例如，在《細胞呼吸》教學中，可以設計矛盾性問題：為什么劇烈運動后肌肉酸痛？讓學生用注射器密封酵母菌培養(yǎng)液，自己設計裝置連接澄清石灰水，分別檢測有氧、無氧條件下的氣體變化。關鍵是要把教材中的結論轉化為可探究的問題，如將“溫度影響酶活性”改成：“怎樣用實驗證明酶不是無機催化劑？”學生在設計對照組時會發(fā)現：高溫使酶失活但無機催化劑仍有效，理解酶作為有機物的特性。在“光合作用”單元，拋出“陽臺種菜為什么要經常轉動花盆”，引導學生用錫箔紙局部遮擋葉片，通過碘液檢測淀粉分布，自主發(fā)現光反應與暗反應的空間聯(lián)系。這種教學方式讓學生像偵探破案一樣，通過線索（實驗現象）推導結論，逐步形成邏輯推理能力。

（三）開展項目式學習，促進學生創(chuàng)新合作能力提升

針對“減數分裂”這類抽象內容，可以布置為期兩周的項目任務。第一步分組抽簽，有的組用橡皮泥制作染色體模型，有的用動畫軟件制作分裂過程，有的編排情景劇表現同源染色體分離。中期檢查時，要求每個小組用自制的四分體模型解釋交叉互換對遺傳多樣性的影響。在“伴性遺傳”學習中，讓學生調查紅綠色盲的家族遺傳情況，用概率樹狀圖分析“為什么男性患者多于女性”。更復雜的項目如“校園生態(tài)瓶制作”，需要小組成員分別負責水質監(jiān)測、生產者選育（如水藻）、消費者引入（如小魚），在持續(xù)一個月的觀察記錄中，分析能量流動失衡導致生態(tài)瓶崩潰的原因。關鍵是要設置階段成果展示，比如在模型構建周開展“生物創(chuàng)客展覽”，在數據分析周組織“科研海報評比”[5]。教師需要提供支持，如在基因定位項目中，給出摩爾根實驗的原始數據表格，但刪除結論部分，讓學生自己填充表型比例與染色體位置的關系。這種學習方式讓學生體驗完整的科研流程，在團隊協(xié)作中學會用生物學思維解決復雜問題。

（四）整合跨學科知識，打破思維壁壘

在《細胞的能量貨幣ATP》教學中，融合化學鍵知識：用磁鐵模型演示高能磷酸鍵斷裂時，讓學生計算ATP水解釋放的能量（30.54kJ/mol），對比葡萄糖徹底分解產生的2870kJ能量，理解“能量通貨”的比喻意義。講解主動運輸時，引入電勢能概念：用電池正負極模擬細胞內外離子濃度差，解釋鈉鉀泵工作需要消耗電能。在“光合作用”的光反應階段，用物理光學知識分析為什么葉綠體色素主要吸收紅光和藍紫光，讓學生用三棱鏡做色散實驗，觀察葉綠體提取液在不同光區(qū)的吸收光譜。對于遺傳概率計算，聯(lián)合數學教師開發(fā)融合課程：用撲克牌模擬等位基因分離（紅桃A代表顯性基因，黑桃a代表隱性基因），兩人一組隨機抽牌，統(tǒng)計子代顯隱性狀比例[6]。在“生態(tài)系統(tǒng)”單元，引入地理學科的氣候數據分析，讓學生對比熱帶雨林與荒漠生態(tài)系的年降水量折線圖，推導水分對群落垂直結構的影響。這種跨學科教學不是簡單拼湊知識，而是找到連接點設計融合性任務，如在學完細胞呼吸后，布置“設計高原訓練基地”的課題，需要綜合生物學（紅細胞攜氧）、物理（氣壓變化）、化學（乳酸代謝）等多角度方案。

結束語

綜上所述，核心素養(yǎng)導向下的高中生物科學思維培養(yǎng)具有重要意義。它不僅能夠幫助學生適應新時代的教育需求，搭建學科知識與現實生活的橋梁，還為學生的終身學習奠定基礎。本文提出了強化實驗教學、引導問題導向學習、開展項目式學習和整合跨學科知識等具體策略。通過這些方法，可以有效提升學生的科學思維能力，使其在未來的學術和職業(yè)生涯中具備更強的適應力和創(chuàng)新能力。希望本文的研究成果能為高中生物教學提供有益的參考，推動科學思維培養(yǎng)的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1]張金，劉見.基于核心素養(yǎng)導向的高中生物學教學設計研究[].中學課程資源，2024，20（2）：47-50.

[2]蒲姜旭，肖云麗.核心素養(yǎng)導向下高中生物科學思維的培養(yǎng)策略[].創(chuàng)新教育研究，2024，12（4）：1-6.

[3]劉西芹.基于核心素養(yǎng)培育的高中生物教學策略探究[J].學周刊，2023（6）：94-96.

[4]鮑芳.核心素養(yǎng)導向下的高中生物情境教學應用研究[J].學苑教育，2024（6）：43-45.

[5]孫艷俠.核心素養(yǎng)導向下的高中生物學教學設計探究[].文淵（高中版），2024（6）：360-362.

[6]王崇信.核心素養(yǎng)視域下高中生物教學中學生理性思維的培養(yǎng)策略探究Ⅲ].中華活頁文選（高中版），2024（11）：167-169.