浅谈基于科学思维培养的高中生物学课堂教学

刘敬贺 晁 贺

（辽宁省大连市旅顺第二高级中学 辽宁大连 116041）

1 发展科学思维的意义与价值

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）指出，高中生物学中的科学思维是指“尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力”。作为生物学学科核心素养之一，科学思维是生物学学习的基础和必备能力。在新高考背景下，试题注重对学生科学思维的考查，学生科学思维发展水平与其成绩密切相关。在高中阶段，教师应在课堂教学中渗透科学思维，培养学生的科学思维习惯和能力，使学生具备了解和解决现实生物学问题的能力，奠定学生未来学习和研究生物学知识的基础能力。即使学生在未来不再继续生物学或理工科的学习，科学思维对于他们在现实生活中进行合理预期与判断也非常重要。

2 现阶段学情与科学思维素养之间的关系

笔者从课堂活动、课后作业完成情况、考试卷面分析等方面对现阶段学生的生物学学情进行分析汇总，普遍存在的问题有：学生的知识网络不够健全，对某些概念不清楚；回答问题时语言表述不完整，存在思维定势；在情境中获取信息的能力有待加强；重视知识，轻视生命观念；对变量分析、实验方法、实验结论的理解不到位，实验探究能力有待提高等。要构建完整的知识体系，建立概念间的逻辑关系是关键，这需要学生能够基于生物学事实和证据，运用归纳、概括、建模等活动，即要求学生具备一定的科学思维素养。而学生回答问题时语言表述不完整，存在思维定势则表明其思维不够严谨全面，还未能真正具备科学思维素养。此外，科学思维素养注重证据性，注重证据的获取与评价能力。要解决现阶段学情中的这些问题，培养和提升学生科学思维是必需的。

3 基于科学思维培养的高中生物学课堂教学

在新课改的背景下，基于发展学生的科学思维这一理念，笔者将教学中的一些理解和方法分析、汇总如下。

3.1 科学思维应以充分完整的概念为基础

《课程标准》中明确表明，发展科学思维的前提是“尊重事实和依据”。基于充分事实和证据支撑的概念学习，有利于学生进行归纳与概括、演绎与推理、建构模型等，进而更好地发展科学思维这一核心素养。例如，在“染色体变异”这一节的学习中，染色体组这一概念是学习二倍体、多倍体、单倍体等概念的基础，是突破“染色体数目的变异”这一难点的关键。教材前面的章节通过“人染色体的扫描电镜照片”和“雌雄果蝇体细胞染色体示意图”展示了人类和果蝇的染色体组成，本节中又图示了野生马铃薯的染色体组成，教师再补充果蝇配子的染色体组成图片。基于这些事实，结合减数分裂的实质，学生对于染色体组的概念就会有清晰明了的认知，能从事实中抽象出概念。在此基础之上，教师利用教材“问题探讨”中的相关信息，如根据马铃薯的野生祖先种有两个染色体组的事实，引出二倍体的概念；通过分析二倍体减数分裂中发生错误产生的含有两个染色体组的配子，与正常的二倍体的配子结合后形成的受精卵中有3个染色体组，归纳出三倍体的概念；通过同样含有2个染色体组的配子结合后形成的受精卵中有4个染色体组的事实，归纳出四倍体的概念。然后，教师引导学生对不同细胞的染色体示意图和基因型进行染色体组的分析与判断，并归纳、概括出辨别染色体组的方法。上述的学习活动依据概念间的联系步步展开、层层递进，在发展了科学思维核心素养的同时，也对学生的学习情况进行即时的评价。

3.2 将科学思维的发展与科学史的教学结合起来

新教材的科学史中蕴含着丰富的实验案例和科学家不迷信权威、敢于质疑的事例，教师可以通过分析科学家的实验和故事性的科学史，引导学生体会和掌握科学严谨的思维过程，培养证据意识，形成批判质疑精神观。例如，在“遗传因子的发现”中，学生体会孟德尔在进行实验、观察现象和分析数据后通过合理的推测和想象提出假说，根据假说进行演绎推理和实验验证，最终得出结论的科学实验流程，在经历科研的过程中体会和掌握科学严谨的思维过程，进而培养科学思维的严谨性与全面性。再如，在“激素与内分泌系统”一节中，“思考·讨论”栏目“促胰液素的发现”的科学史展现出斯塔林和贝利斯不迷信权威、敢于质疑是他们成功的必要条件，教师可据此培养学生批判质疑的精神和态度以及证据意识。再如，在“DNA的结构”一节中，在“DNA双螺旋结构模型的建构”部分，“思考·讨论”栏目“DNA结构模型的建构”将相关科学史以故事的形式展现出来，学生对材料进行分析，能够体会到沃森和克里克的成功以丰富的学科知识储备为前提，应用了多学科交叉的重要手段，科学思维、探索求真的科学精神以及善于应用前人的成果和与人合作是成功的关键。

3.3 将科学思维的发展与探究活动结合起来

在探究活动中，教师应注意挖掘隐藏的科学思维发展目标，使学生亲身参与探究活动，手脑并用，培养科学思维。例如，在进行“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”这一“探究·实践”活动中，学生可通过分组实验，自主选择实验材料，观察还原糖、脂肪、蛋白质与相应化学试剂产生的颜色反应。在蛋白质的检测过程中，学生可以选择对不同品牌生牛乳进行蛋白质的检测，根据颜色的深浅来判断蛋白质的含量。此过程，使学生明确生物组织中主要化合物的鉴定方法的同时，提高学生运用科学方法探究生活中关于食品安全、营养保健等方面的社会议题的能力，发展了学生的证据意识以及获取证据、对证据的评价意识。

再如，将“细胞膜的结构和功能”中“利用废旧物品制作生物膜模型”引入“细胞的物质输入和输出”这一章。教师课前分组，学生利用课外时间完成模型建构，于课堂展示并进行评价，以此作为本章节的导入情境。学生基于细胞膜的流动镶嵌模型这一生物学事实进行模型建构，根据其结构及结构特点探讨物质跨膜运输的方式，以及在此基础之上解释生活中常见的生物学现象，分析、解决如蔬菜腌制、合理施肥等实践问题。这样的教学设计在遵循学生认知规律的基础上发展科学思维素养，非常有效。

3.4 合理利用教材资源，设计思维训练活动，训练学生的逻辑思维。

教师可充分利用教材中的“思考与讨论”“思维训练”“练习与应用”“复习与提高”等栏目中的部分题目，创设情境，激发学生的思维，引导其进行讨论交流，并针对学生在此过程中暴露的思维问题进行即时的评价反馈，进行指导。例如，在“染色体变异”一节对多倍体育种的教学设计中，教师可利用“联系与应用”中“拓展应用”的第二题创设情境。教师给予一定的知识背景，通过设计一系列的问题串来创设问题情境，引导学生设计出获得三倍体无子西瓜的流程（表1）。教师引导学生从三倍体的概念入手，通过对染色体组的数目变化规律进行推理分析，层层递进，最终总结出获取三倍体无子西瓜的多倍体育种流程，以此发展学生科学思维的全面性和流畅性。

表1 教师引导学生设计三倍体无子西瓜育种流程

综上所述，教师通过从多角度、多层次地在教学设计中融入发展科学思维，在课堂教学中渗透科学思维，培养学生的科学思维习惯和能力，充分彰显本学科的学科特点和育人价值。