科学思维培养视域下的高中生物课堂教学

林海燕

摘 要：为了保障生物教学的整体质量，教师需要将现代化的高阶思维教育和科学思维融入生物学习的课堂教学中，通过这种教学方式能够有助于教学质量的提升，在开展教学时教师可以将假说演绎法应用于教学活动中，引导学生在学习过程中发现并提出问题，最终解决问题，通过这种方式能够对学生的科学思维进行培养。

关键词：科学思维;生物学课堂;核心素养;假说演绎法

在开展基于科学思维的高中生物学课堂教学时，教师需要了解在这样的教学环境中，学生的教学需求以及思维培养的重要性，积极开展灵活化的教学，通过这种方式能够使学生的综合素质得到提升。美国教育学家布鲁姆将思维的步骤划分为6个不同的目标，也就是记忆、理解、应用、分析、评价和创造。

一、科学思维培养课程教学的含义

科学思维培养课程教学作为现今一种新型的生物教学模式，不但能有效提高学生的生物思维能力，而且对培养学生社会参与力有着非常重要的作用。科学课题教学开展的目的是，让学生把生物课本上所学的内容与现实问题相结合，记忆和理解以及应用被归类为低阶思维，而分析、评价和创造被称为高阶思维，高阶思维所指的是认知在更高水平层次上的心智活动或者较高层次的认知能力，所以在进行现代化的素质教学时，教师在对学生进行培养时，需要关注学生的高阶思维和认知能力的培养[1]，而不是单纯地针对学生的记忆和应用的低阶思维进行评价，通过这种方式才能够使学生的综合素质得到提升。科学素养主要体现了对科学本质的理解，它的核心是指一个人具有的科学世界观、科学探索精神和科学方法。一般认为，科学素养被看作社会公民应具有的最基本的对科学技术的理解。一般来说，公众同时达到对科学知识、过程和科学技术对社会影响的基本理解，就可以被认为具备了基本的科学素养[2]。这一教学理念的应用与多方面因素密切相关，而为了保障学生的学习质量，教师需要了解在生物课堂教学环境中的特点，并分析高中生学习的个体化特征，通过这种方式使生物教学的整体质量得到提升，使学生的综合生物学习能力得到进一步的优化。

随着近年来教学环境的不断变化，尤其是在我国开展现代高中教育实践中，由认知立意到能力立意，最后在学习过程中学习理念逐渐发生转变。各种题目在进行设计时，所考验的也不仅仅局限于学生的第一和应用的能力，同时也要求学生在题目中不断思考，引申出更高层次的科学认知。科学素养主要体现了对科学本质的理解，它的核心是指一个人具有的科学世界观、科学探索精神和科学方法。一般认为，科学素养应被看做社会公民应具有的最基本的对于科学技术的理解。科学素养的概念并不是指对科学已经达到一种很好的理解，而是指一种基本的程度。一般来说，公众同时达到对科学知识、过程和科学技术对社会影响的基本理解，就可以被认为具备了基本的科学素养。

在开展学生的教学时，教师需要针对学生的个体状况进行培养，科学思维所指的是尊重事实和证据，并且在学习过程中以严谨和务实的求知态度，应用科学的思维来认知事物，解决实际问题的思维能力和习惯，而对学生来说科学思维则包括批判性思维等。通过学习理解科学知识的本质，在和环境交流时，能准确运用合适的科学概念、原理、定律和理论采用科学的方法解决问题，作出决策，增进对世界的了解。

在开展生物教学时，教师需要针对学生的教學状况进行分析，了解不同学生的需求并开展对应的教学方案，这样才能够使学生的综合能力得到培养，使高中教育工作更为顺利地开展，借此提高学生的生物学科的综合素质。将科学课题教学应用于生物课堂上，改善了以往单调、枯燥的教学氛围，使生物课堂更具活力，可以使学生在较为开放、愉快的氛围中学习生物知识，进一步促进学生的课堂参与度。

二、科学思维培养课程教学的过程

（一）合理设置科学课题

教师想要合理设置科学课题，必须对教材有充分的理解与把握，要根据教学中的重点和难点确定科学课题，例如：在《细胞膜—系统的边界》一课中，几乎每个单元后都有相应的综合探究[3]，这实质上就是对所学内容的拓展和延伸，具有较高的教学价值，教师就可以此为科学课题，组织学生开展探究。教师一是需要带领学生学习关于细胞膜的含义，也就是任何系统都有边界，而细胞是一个基本的生命系统，细胞的边界就是细胞膜。细胞膜的组成，包含脂质和蛋白质，其中还有少量的糖类。而在为学生讲解关于细胞膜的基础知识后，教师可以设置课题要求，学生学习不同的细胞膜是否存在差异。二是教师作为科学思维培养课程教学的组织者，除社会热点以外，生活中的各方面的内容，也是科学课题设置的一个主要方向，通过将课程内容与生活相结合，从而将课堂理论知识与生活内容相结合。

（二）科学搜集信息

确定科学课题后，就要根据科学课题搜集信息，这需要全体师生的努力。在进行信息搜集时，不能局限于教材或教辅资料，需要结合日常生活的环境和新闻环境。例如：教师在开展教学活动时，可以尝试将各种与生物有关的热点新闻储存在网盘中，并将其作为教辅工具[4]，在课堂中进行展示。例如：《细胞的癌变》一课，在课堂导入阶段，教师首先可以向学生提出一个初步的课题：“人类在食物链中是否存在天敌，以及在我们的认知中肿瘤是否就是癌症。”这样能够使学生初步认知肿瘤与癌症两者之间的差异性，形成对癌症的初步认知，随后教师可以将正常肝细胞与海拉宫颈癌细胞展现给学生，要求学生进行对比分析，使学生正确认识癌细胞的特征。通过这种方式能够使学生充分掌握书本的知识内容，同时还可以使学生对外界丰富的生物世界有大致的认知，帮助学生建立生物的科学思维，对课题教育工作的科学思维来说，有十分积极的作用。

（三）师生探讨科学课题

高中生物教师在进行科学课题的选择时，需要针对课题内容分析科学课题。确定科学课题是否与高中生物的课程相挂钩。教师在开展教育前，需要对课程的教学步骤进行细致的划分，确定在课堂上每个不同的时间点应当如何开展科学课题教学。在确认了某一课题具有教学价值后，高中教师应当与学生进行交流，在交流期间，教师需要向学生提出教学要求，学生需在这一阶段分为不同小组，以小组为单位，对科学课题进行讨论。当不同的小组的学生获取科学课题后，就可以小组为单位开展资料的收集，并在课后开展小组的线上线下交流活动，使科学课题的讨论和总结更加完善。除此之外，教师在开展课前的科学课题指导时，需要建立对应的学习群，每一个小组都需要建立一个学习群，而教师需要在每一个学习群中给予学生相应的指导。

（四）合理利用科学史，提升学生的思维能力

生物科学的发展史，在生物教学活动中有十分积极的作用，而利用科学史开展教学活动，能够使学生在学习过程中了解生物学漫长发展进程中，各个重要生物学者总结出的科学规律，使学生对基础理论有深入的认知。生物科学发展史中不仅记录着丰富的生物知识发现和形成过程，同时也包含诸多科学家实事求是和不懈探索的科学精神，这也是现代科学教育中的宝贵财富。教师在开展教学时，可以深入挖掘教材中能够与科学史相关的内容并巧妙地结合与应用，使学生的学习与科学理论的产生方法和过程相结合。在这一教学课题，学生可以科学家的视角再次进行一次科学发现活动，学习积极探索和解决问题的方法有助于培养学生的辩证唯物主义和历史唯物主义观念，帮助学生培养良好的思维能力。

在进行教学时，教师需要努力提高学生的科学思维能力，在这一过程中需要教会学生正确形成生物学习的思维模式，教學过程中可以运用分析、综合、判断、比较、归纳、推理、演绎等多种方法，积极训练学生的抽象思维与逻辑思维。教师可以首先让学生了解生物科学的漫长发展历史，领悟科学家的严谨态度与创新精神，激励学生以此为榜样，不断培养学生的正确思维模式。其次，通过帮助学生将所学习的思维和知识内容进行归纳总结，能够使学生在头脑中形成属于自己的生物知识网络，培养学生的科学思维能力[5]。除此之外，还需要鼓励学生积极思考并勇于提出关于知识的各种疑问，使学生能够在解决问题中形成正确的思维。

三、基于科学思维的生物学课堂设计方案

（一）假说演绎法

假说演绎法在现代科学研究中是十分重要的一种思维模式，主要是指在观察和分析的基础上提出问题，并通过想象和推理，最终对问题进行解释，形成一种假说，随后再根据假说进行演绎推理，并通过实验对演绎推理的结果进行论证。如果在开展实际的实验后发现最终的实验结果与预期结论相符，则说明假说是正确的，反之则确定假说是错误的，这一方式是现代科学研究中不可或缺的一种研究方法，并且整个过程需要极高的科学性和严谨性。

（二）基于假说演绎法的科学思维生物学教学工作的开展方向

1.引导学生观察实验现象并提出问题

在进行教学时，为了使生物学教学的整体教学质量得到提升，教师可以以摩尔根的果蝇杂交实验为例。在开展教学时，摩尔根让偶然出现的白眼的雄果蝇与红眼的雌果蝇进行杂交，随后将F1雌雄果蝇进行随机自由交配，在研究结果中发现F1果蝇无论雌雄，最终的后代都是红眼，而在F2果蝇中红眼与白眼之间的数量占比大约为3：1，在观察到这样的实验现象后，教师可以引导学生进行深入思考，这样的表现是否与分离定律相符合，而如果与分离定律相符合则又说明了什么？在进行课堂引导时，发现这一类现象是符合分离定律的，而最终所表现的结果说明红眼和白眼对于果蝇来说属于一对基因控制的，而这一对基因又是什么？在通过提示后学生即可了解果蝇的红眼和白眼，是受到一对等位基因控制的。这一实验方式以及教学方式所关注的，不仅是学生在学习过程中的步骤，也关注学生在学习期间的自主思考。通过这样的教学方式能够使生物教学的整体质量得到提升。但值得注意的是，如果在开展教学时导致学生无法答出问题的情况，一方面说明，教师需要在预先备课时做好问题难度的调整，另一方面还需要在课堂教学时针对学生的问题做出相应的引导，借此保障学生的教学质量。除此之外，在学生了解第1个问题后，教师可进一步提出第2个问题，例如，白眼的性状表现为何与果蝇的性别总是有一定的关联性，而这与白眼的位置是否有关系？这一问题相较于第1个问题来说更加简单，大部分学生能够答对，也就是白眼基因可能位于果蝇的性染色体以上，所以果蝇在后代的杂交过程中，白眼的形状往往表现出慢性遗传的特性。

在开展教学时，教师通过引导学生观察实验现象并提出问题，随后又要求学生通过自主思考的方式解决问题，虽然这一教学方式在开展过程中与假说演绎法的模式相反，但由于受到高中课堂教学条件的限制，教师无法真正地开展实验，所以教师可以直接将实验现象展现给学生，学生在观察实验现象后分析问题并解决问题，这也是一种假说演绎法的科学思维模式。

2.引导学生通过推理分析提出解释问题的假说

在进行教学时，教师需要引导学生进行进一步的推理，在推理前需要要求学生阅读教科书，并对学生进行启发，使学生进行进一步的推理和思考，在高中教材中提出了摩尔根及其同事的设想，控制白眼的基因在X染色体上，所以Y染色体中并不含有其等位基因的假设。根据实验结果来进行分析，可以基本确认白眼基因的位置只能位于X染色体上。当学生分析到这一层面后，教师可以继续对学生进行引导，从摩尔根的果蝇杂交实验进行分析，可以发现果蝇眼色遗传与性别具有较为密切的关联，说明果蝇白眼的基因直接位于性染色体上，但并不能够说明其只存在于X染色体上，所以教师在课堂上应当引导学生对果蝇的染色体图解进行观察分析，并进一步对学生进行推理引导，使学生分析白眼基因的位置。而在开展教学时，教师需要针对这一内容进行进一步的引导，使学生做出相应的分析，并提出自己的假说。小组1假说：控制白眼的基因在Y染色体上，而X染色体上并不存在其等位基因;小组2假说：控制白眼的基因在X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因;小组3假说：控制白眼的基因，在X染色体上而Y染色体上含有其等位基因。在不同的假说中教师可对学生进行小组划分，要求学生以小组为单位，根据三种不同的假说做出相应的遗传图解，进而使学生在学习过程中以自主思考的方式分析不同假说的特点，进而提高学生的学习质量。

在学生制作出不同的遗传图解后，教师可对三种不同假说的图解进行分析，首先可以直接判断出假说一并无法解释最终的实验现象，所以说明小组1假说是错误的，而小组2假说和小组3假说都符合摩尔根的果蝇杂交实验结果，但两种结果是对立的，只能有一种结果是正确的，那么哪种结果是正确的，应该如何进行实验设计证明最终的结果正确性，教师在这一教学过程中需要积极对学生进行引导，使学生了解不同的实验在进行设计时应当如何进行调整，通过这种教学方式使学生能够在面对结果时积极思考，以自己的能力设置对应的假说和实验。

3.根据假说进行演绎推理

在进行实验设计前，教师可以引导学生回忆在学习“孟德尔的豌豆杂交实验”时是怎样进行孟德尔的假说验证的，教师在教学过程中需要强调，在假说设计时不仅需要能够解释已有的现象，还需要能够预测新的实验结果，通过这种方式才能够说明假说的正确性和可行性，在进行验证时，这种行为被称之为测交。测交所指的是通过进行F1的个体选择，并通过选择隐性个体进行交配的一种杂交形式。但在教材中仅对这一实验提到了一句，他们通过测交等方式进行了实验的验证，对其进行解释，并没有讲解相应的教学方法，所以在教学过程中教师可引导学生进行思考，在目前的果蝇实验中，应当如何设计测交实验进行验证。教师可以引导学生对已有的果蝇性状进行观察，学生可在研究中发现只有雄果蝇才具有白眼这一隐性性状，所以在进行测交亲本的选择时，只能选择F1中的红眼雌果蝇与白眼雄果蝇进行交配，只有这样才能够进行相应的假说验证。

教师在对学生进行教育时需要引导学生进行分析，询问学生这样的交配方式是否能够获得相应的教学目的，通过实验演绎所推理出的结果，发现小组2假说与小组3假说的结果是一致的，这也就直接导致这一实验并不能够证明小组2假说或小组3假说两者究竟谁是对的，在这样的实验结果中发现，最终又将陷入僵局，在学生发现一个实验无法推导出最终的结果时，教师需要引导学生进一步地思考，询问学生还能够采取怎样的方式来证明不同的假说的正确性呢？

教师在面对学生的提问时，可以引导学生继续对实验进行观察，虽然通过这种交配方式并不能够解决最终的问题，并不能证明假说的正确性或错误性，但通过以上的实验可以获得一种具有隐性性状的个体，也就是白眼雌果蠅，而在获得了白眼雌果蝇后，是否能够设计一个新的测交实验来进行相应的验证呢？教师为学生提供了这样的思路后，可以引导学生进行进一步的思考，要求学生继续讨论进行进一步的演绎推理，在进行实验设计时需要选择何种类型的红眼雄果蝇进行交配，是否能够选择F1中的红眼雄果蝇。学生在进行相应的讨论后，可以发现F1中的红眼雄果蝇的基因型为XY（假说2）或者XY，Y染色体上无该基因或者该基因为隐性结果并不会出现差别，所以不可进行选择，回归到本质上的问题进行分析，小组2假说和小组3假说的最终区别在于Y染色体上是否存在等位基因，所以在进行红眼雄果蝇的选择时，需要选择野生型的红眼雄果蝇进行交配，只有这样才能够保障实验的可控性。

4.通过实验检验演绎推理的结果

从果蝇测交实验的遗传图解进行分析可以确认，小组2假说和小组3假说的结果并不一致，可以继续通过实验来对假说进行检验，确定哪种假说是正确的。由于学生在学习过程中并不具有直接进行实验的条件，所以教师可以采用多媒体或计算机的方式进行实验模拟，教师可以在实验中让白眼雌果蝇与红眼雄果蝇进行交配，在交配结果中发现子代中的雌果蝇都是红眼，雄果蝇都是白眼。当学生观察到真正的实验结果后发现最终的实验结果与小组2假说是完全相符的，与小组3假说完全不相符，则说明小组2假说是正确的。通过这种方式对学生进行指导，不仅能够使学生一步一步地对假说进行推论，还能够使学生在学习过程中感受到其他研究人员在研究中所遇到的各种挫折以及问题，并再次通过提出问题并解决问题的形式来继续进行假说和实验。

其实在高中生物教学中，实验教学是一项十分重要的教学活动。生物实验对生物学科来说极为重要，教师和教育部门都需要提高对实验的关注度，教育人员需要加大对实验设施的资金投入，并尽可能使贫困地区的学校也有资金进行设备的购置。教师在教学前需要了解实验的具体内容以及教学方式，合理地安排理论知识与实践操作之间的时间，这样能够帮助学生的学习质量得到提升。教学工作之所以能够更加顺利地实施，教师与学生之间的有效配合是密不可分的，教师与学生若能够积极有效地配合，则能够使学生的综合素质得到提升，而此时教师则需要注重与学生的课堂沟通。教师可以将现代化的各种网络通信方式应用于教学中，学生在遇到学习和生活中的问题时，可以通过这种方式与教师进行交流，这样能够帮助学生随时随地解决学习和生活上的困难，有助于提高学生的综合素质。

结束语

在进行生物教学培养学生的科学思维期间，既需要对学生进行有效的能力培养，同时还需要训练学生的高阶思维能力，发展学生分析、评价和创造的思维能力，而教师在开展教学活动时，需要精心地进行教学设计，并逐步利用合理且有效的手段对学生进行引导，培养学生的科学思维，让学生在学习过程中自主地发现问题并解决问题，既能够使学生的综合素质得到提升，同时又能够训练学生的高阶思维。

参考文献

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[5]吴榕灼.高中生物教学中合作学习策略应用及效果探析[J].试题与研究，2022（19）：133-134.