核心素養背景下高中生物科學思維培養策略

思維是人類高級心理活動過程，是人腦借助語言等工具，對已有知識經驗進行加工、組合、判斷、推理從而解決問題的心理過程，而科學思維是一種尊重客觀事實，基于有效的證據，按事物間的邏輯關系，符合人類認知規律，客觀地表征問題和解決問題的思維方式，教師要借助多種教學活動，發展學生邏輯思維與創造思維，提高科學探究能力，要讓學生能對生產生活中的問題做出理性的解釋，辨別迷信和偽科學[1]。培養科學思維能力，可以讓學生養成嚴謹求實，堅持不懈，批判與合作等科學精神，有利于樹立科學態度與價值觀。受應試教育的影響，有的教師堅持傳統的教學模式，教學只重視知識傳授，課堂上給學生自主思維與探究的時間偏少，忽視思維能力培養。因此，在新課標的背景下，教師必須不斷學習，與時俱進地轉變教學思想，教學重點要側重提高學生科學思維能力，促進學生核心素養的落實。

一、歸納與概括

歸納是從特殊到一般的思維過程，人們在認識客觀事物時，往往從眾多事例當中抽象概括得出一般性的原理或結論，從感性認識上升到理性認識，比如：施萊登和施旺，在觀察大量動植物顯微結構的基礎上，運用歸納法創立了細胞學說；桑格和尼爾森通過實驗和觀察歸納出細胞膜流動鑲嵌模型，科學地解釋了細胞膜的結構與功能。在課堂教學中，教師不能只傳授給學生生物學概念或原理，而要創造情境讓學生自己學會歸納。例如：《探索細胞核的功能》一課，教材呈現四個資料分析（美西螈核移植實驗，蝶螈受精卵橫縊裂實驗，變形蟲的切割實驗，以及傘藻的嫁接和核移植實驗），讓學生進行思考與討論。如果教師只是給學生講授，學生通過理解和記憶雖然也能掌握細胞核的功能，但這種方式教學不利于思維的訓練，是低效的，教師若能引導學生分析這幾個實驗的共性，如：美西螈的皮膚顏色由細胞核控制，與細胞質無關；傘藻的傘帽形狀也是由細胞核控制，而與傘柄無關，這兩個實驗說明細胞核能控制生物的形態結構。又如：變形蟲切割后有核一半能夠正常取食、消化、排泄，無核一半對刺激無反應，并逐步退化死亡，說明有細胞核才能完成正常的生命活動，從而歸納出細胞核能控制生物的生命活動；而蝶螈受精卵橫縊裂實驗，則側重說明細胞核控制細胞分裂分化。四個實驗從不同的角度闡明了細胞核的功能，通過對這幾個實驗的分析，然后由學生自主概括歸納：細胞核是細胞遺傳和代謝的控制中心。總之，教師在教學中要引導學生從不同的角度去分析問題，發現共性的問題然后加以概括歸納，要指導學生用歸納與概括法學習生物學的知識，學生不僅理解深刻，對科學思維發展也有很大的幫助。

二、演繹推理

演繹是從一般到特殊的思維方式，是指人們以一般性的原理或結論為前提推導出具體的事例的過程，例如：根據原核細胞和真核細胞的特征判斷某種單細胞生物是原核生物還是真核生物。根據光合作用原理，推理當光照強度改變時對光合作用強度的影響。如果結合情境提出問題，做出假設，以假設命題作為前提，在命題成立的條件下進行推理得出另外一個具體事實，然后再對推理過程進行驗證，從而判斷假設是否成立，這就是假說一演繹法。例如：《基因在染色體上》一課中，摩爾根通過果蠅紅眼與白眼一對相對性狀的雜交實驗，發現了子一代全部為紅眼而子二代紅眼有雌有雄，而白眼只限于雄果蠅這一個特殊的現象，說明紅白眼的遺傳和性別有關，并做出假設：紅白眼基因位于X染色體上，且Y染色體上不含有相應的等位基因。在這前提下再進行演繹推理和實驗驗證，實驗結果與預期的推理過程相吻合，證實了紅白眼基因在X染色體非同源區段上。如果教學過程中，教師講授果蠅雜交實驗過程，分析摩爾根的實驗，對于學生掌握知識也是沒問題的，但學生思維能力的訓練就無法得到提升；如果教師啟發學生發現問題，讓學生分析可能的原因，并做出假設，進行演繹推理，實驗驗證，再得出結論，這樣學生就會學會演繹推理的方法與步驟，并應用到學習中去解決類似的問題。有的同學在解遺傳題過程中，總覺得題干所提供的條件不足無法解題，主要原因是學生不會熟練使用演繹推理。題目看似很難，但如果懂得使用演繹推理就能很容易解題。比如：探究某植物具有兩對等位基因AaBb是否遵循自由組合定律。有的學生看了題干沒有思路。如果使用假說一演繹法，就能解決問題。因為兩對等位基因，要么在同一對染色體上，要么在不同對的同源染色體上，就這兩種可能。假設一：這兩對基因在一對同源染色體上，則自交結果出現性狀分離比應該是3：1或1：2：1。假設二：這對等位基因位于不同的同源染色體上，自交子代應該出現四種表現型，比例接近于9：3：3：1，這種思路就是把結果當作假設然后再演繹推理和驗證得出結論，這種思維方法在遺傳變異模塊學習中最常用。因此，在教學中教師要挖掘教材、創造情境培養學生演繹推理能力。

三、類比推理

類比推理是一種常見的邏輯推理方法。兩個對象在某些屬性上的相同或相似，通過比較而推斷出他們在其他屬性上也相同或相似的推理過程。此法的特點是用已經認識的某個或某類事物去推斷尚未認知的另一個或另一類事物。這種推理方法在科學研究、問題解決和創造性思維中非常常見。如：薩頓通過比較有性生殖過程中基因的行為與染色體行為的平行關系，推論基因在染色體上，就是類比推理。教師要結合教材的相關內容訓練學生類比推理的思維方法。如：學習細胞吸水和失水的原理，可以讓學生用滲透裝置與細胞進行類比，滲透裝置的半透膜類似于細胞膜，半透膜兩側的溶液濃度差，類似于細胞膜兩側溶液濃度差。通過觀察滲透裝置液面的變化和分析原因，推理細胞吸水和失水是通過滲透作用完成。在課堂學習中讓學生進行類比、對比，得出結論，比教師單一講授，對學生思維能力的培養效果更好。再如：學習植物激素調節的特點時，教材中并沒有直接給出植物激素存在負反饋調節這一結論。學生在學習動物激素調節時已經學過負反饋調節的概念。此時教師可以通過引導學生用類比推理的方式學習植物的生命活動是否也存在負反饋調節。根據動物激素是微量而高效、作為信息物質傳遞信號、本身不參與代謝、也不提供能量、不起催化作用等特點，而植物激素也具有這些特點。二者在調節生命活動中十分相似，可以推理植物激素也存在著負反饋調節。類比推理得出的結論不一定正確，要進行驗證，教師指導學生尋找證據或通過實驗來驗證，例證：生長素能促進幼莖的生長，但生長素濃度過高，植物通過增加乙烯來削弱生長素的作用效應，從而體現了植物激素之間的負反饋調節。教學中涉及教材中類似的例子應充分利用，培養學生使用類比推理的思維方法解決問題。

四、模型構建

模型是人們為了某種特定的目的而對認識對象所做的一種簡化的概括性的描述，模型包括物理模型、概念模型和數學模型。由于高中生物的教學內容大多是微觀或宏觀復雜的生命現象，涉及知識點較多且抽象，學生不好理解。對此，教師可以根據教學內容指導學生建立模型，培養學生模型構建的思維能力[2]。通過模型可以把原型的內容變得具體且可認知、可操作。將抽象的生物概念和原理形象化，使學生對生物知識有本質和深刻的理解。同時學生通過觀察模型也可以促進其觀察能力、實踐能力、創造能力的提升，對學生科學思維的培養產生積極影響。

例如：在學習《細胞的基本結構》時，由于細胞亞顯微結構知識對高一學生而言過于抽象，單純通過對教材的研讀以及教師講解，學生雖然能學會各種細胞器的結構與功能，但學生容易忘記，需要不斷重復記憶，這種學習方式讓學生機械記憶，不利于科學思維的培養，對此，教師可以指導學生建構細胞的物理模型：利用橡皮泥或黏土制作各種細胞器、細胞核，用保鮮膜作細胞膜，構建細胞模型。通過模型建構學生對細胞的內部結構有更深刻認識，并在結構基礎上分析各部分功能，建立結構與功能觀。在學習細胞膜結構時可以讓學生利用球和導線制作磷脂分子，用橡皮泥制作各種蛋白質和糖被、小組合作建構細胞膜流動鑲嵌模型。在學習動物激素調節時，讓學生構建血糖調節概念模型，根據血糖的三個來源和三個去向建構血糖升高或降低時胰島素和胰高血糖素分泌增加或減少的模型。學習生態系統的結構和功能時，讓學生制作生態缸概念模型。還有數學模型：以酵母菌的培養為例構建種群增長數學曲線模型，以DNA分子的多樣性為例，建構DNA分子四種堿基排列順序多種多樣的數學模型（4\"），通過模型構建，促進生物教學的直觀化，學生可以把抽象的生物概念原理轉化成模型來認識，把復雜的問題簡化，使學生對所學知識有更深的理解，讓學生對生物學科的學習更有好感，關鍵還是學會建模的思維方法。

五、構建思維導圖

由于高中生物各個章節內容涉及知識較多，相互之間都有一定的聯系，如何將這些生物知識系統化、條理化，需要學生具備較強的學習能力，對學生的要求較高。其中應用思維導圖是有效的教學方法，通過對思維導圖的應用，可以使學生的生物知識層次清楚，碎片知識結構化，學生對所學知識理解更清晰。思維導圖的常見類型包括問題樹、知識樹等，教師可以根據具體教學內容選擇適合的思維導圖開展課堂教學。學完一個章節可以讓學生畫思維導圖，利用不同顏色、形狀與連接方式表達不同概念聯系，體現各生物知識點的關聯性[3]。畫思維導圖可以幫助學生更好地理解知識，進一步復習鞏固知識，提高學習效果，使學生對專題的知識形成整體認知，培養學生學會梳理知識，形成網絡的思維能力。例如：在學習《細胞中的糖類與脂質》時，如果本節課讓學生畫思維導圖對所學的知識進行梳理，那么學生對細胞內糖類與脂質的相關知識掌握全面而系統，并且培養學生的梳理知識的思維能力，如：糖類包括單糖、二糖、多糖，單糖包括五碳糖和六碳糖，五碳糖包括脫氧核糖、核糖，六碳糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖。二糖包括麥芽糖、蔗糖和乳糖，多糖分為植物多糖和動物多糖，植物多糖包括淀粉和纖維素，動物多糖包括肝糖原和肌糖原，以分支的形式畫好思維導圖，分類好之后標注各種糖的分布和作用，對脂質相關知識也可以使用思維導圖，如：脂質包括脂肪、磷脂與固醇，脂肪組成元素，脂肪分子結構特點，脂肪的作用（是良好的儲能物質、具有保溫的作用、緩沖減壓的作用，脂肪與糖類在特定條件下可以互相轉化）。磷脂：組成元素、分子結構特點、作用，固醇包括膽固醇性激素和維生素D。其組成元素及作用，教師可以讓學生根據本節課所涉及的知識內容繪制思維導圖，將脂肪與糖類作為兩大主干，繼續繪畫其分支內容，通過思維導圖的繪制，有利于培養學生的梳理知識能力，促進學生思維能力的提升。

六、設置問題串

問題串教學就是通過設置系列問題引導學生進行學習，在逐個解決問題的過程中學生學會知識和技能并發展思維能力的教學方法。問題的設置要依據事物間的相關性，層層遞進，符合學生認知規律，順應學生心理要求。問題串能引導學生思維的方向，使學生注意力集中，調動學生的積極性，讓學生在解決問題過程中學會獨立思考和自主學習，還可以讓學生從不同角度思考問題，培養發散性思維和逆向思維。教師要充分研究教材，將教學內容適當組織處理，將教學內容分解在問題中，讓學生在問題的引導下展開學習。例如：在教學《基因指導蛋白質的合成》這一課時，可以設置問題串引導學生學習轉錄和翻譯過程。讓學生思考：什么是基因？基因是如何儲存遺傳信息？生物的性狀主要由哪種化合物體現？基因的遺傳信息如何傳遞給蛋白質？基因主要在哪里？蛋白質合成場所在哪里？哪種化合物充當遺傳信息的使者？這個過程是如何實現的？使學生順著問題去尋找原因，尋找答案，把學習過程變成思維探索過程。再如：在學習《生物有共同祖先的證據》時，教師結合教學內容向學生提出一系列問題引導學生思考，如：化石是什么？化石有哪些種類？化石的成因是什么？化石在地層中出現有什么規律？通過對化石的比較可以得出什么結論？讓學生根據教材的內容尋找答案，通過對問題的解答，學生對生物知識的學習層層遞進認知更清晰，通過對本節問題串的探索，學生順利掌握生物進化的證據，樹立生物具有原始的共同祖先的生命觀念，理解達爾文的進化論觀點。總之，問題串可以激發學生學習生物的興趣，培養學生的邏輯思維能力，促進學生科學思維的發展。

結束語

綜上所述，教師需在核心素養背景下轉變教學理念，改變以往的教學模式，使用多種教學策略，堅持以學生科學思維的培養為主，通過多樣化的教學活動落實學科核心素養目標，提高高中生物教學質量。

參考文獻

[1]楊天琦.核心素養背景下高中生物科學思維能力的培養策略探究[].考試周刊，2019（26）：1.

[2]李天嬌，周曉馥.生物學核心素養視域下高中生科學思維能力的培養路徑探究Ⅲ].教師，2022（30）：60-62.

[3]蔡茂.高中生物學科核心素養的教學培養策略探思中文科技期刊數據庫（全文版）教育科學，2021（7）：2.