深度学习视域下高中生物科学思维的培养策略

陈梁兴

（福建省顺昌县第二中学，福建 顺昌 353200）

《普通高中生物学课程标准（2020年修订版）》对生物学科核心素养做出了更加明确的要求，其中对学生科学思维的培养是极其重要的一项核心内容。开放性、批判性、创新性等是科学思维的基本特征。而深度学习是一种有深度、有广度、有高度、有效度的学习过程。创设问题情境、探究生物史料和开展自主实验，是教师引领学生深度学习的一些有效路径。鉴于此，在深度学习视域下，教师可通过以上的教学策略，来培养学生的开放性、批判性和创新性等科学思维。

一、巧设问题情境，培养学生的开放思维

深度学习始于问题。以探究问题为契机，学生能够逐渐打破思维桎梏，从僵化的思维中摆脱出来，拓宽思路，进而找到解决问题的有效方法。如此，学生的思维活动才有可能活跃起来。所以，为了更好地激发学生开放的思维，教师可采取创设具有启发性、灵活性、统领性的问题情境来作为教学策略。

（一）创设具有启发性的问题情境

启发性的问题情境，是指能够让学生积极主动、由浅入深、深度思考而设置的一种情境，并且选择一些与问题有关联的科研成果或社会热点为背景的文字材料作为情境支撑。这样的问题情境，不仅能够让学生产生思考的内在动力，而且能够培养学生的开放思维。以问题情境为驱动，启迪学生主动、深入思考，让他们通过思考深度理解知识、持续发展思维能力，是教师创设启发性问题情境的关键所在。当然，为了激发学生思考的兴趣，教师应围绕教学内容，创设具有趣味性的问题情境。

例如，在“生命活动的主要承担者——蛋白质”这一节的教学中，教师可创设这样一个问题情境：如果将人体摄入、分解、吸收、重构蛋白质的过程，想象为蛋白质在人体内的一次奇妙旅行，那么，我们应该如何绘制一张关于蛋白质的“生命之旅”的路线图呢？该问题情境的视角独特、新颖，能够激发学生探究的兴趣，调动学生探究问题的积极性。学生在该问题情境的启发之下可发现：蛋白质通常是通过一日三餐进入人体的，而分子的大小是人体能否吸收的基本条件之一。当蛋白质进入消化系统之后，唯有在适宜的条件下才能够分解。在人体的胃液中含有酸、酶等物质，这些物质能够将消化道内的蛋白质逐渐分解为寡肽、小肽和氨基酸等大小合适的分子，然后才会在小肠内被吸收。以这种具有趣味性、启发性的问题情境为推手，可推动学生的思维从闭塞走向开放。

（二）创设具有灵活性的问题情境

问题情境也应具有灵活性，即问题的答案是开放而并不唯一的。学生若从不同的角度思考、分析，往往会有不同的答案。相对于固定的问题情境而言，具有灵活性的问题情境，能够让学生不断迸发思维的火花，让学生的思维更加灵活、敏捷，从而进一步促进学生开放思维的发展。同时，通过思考、分析灵活性的问题情境，学生能够活学活用相关知识，能够利用所学知识创造性地解决相关问题。以此为契机，学生的创新思维能力会逐步发展，学生的思维也会更加具有灵活性。

例如，在进行“植物生长素”这部分内容的课堂教学时，教师就可创设这样一种灵活的问题情境：1. 请根据生长素的生理作用特点，尝试从不同的角度解释顶端优势现象。2.植物的根具有向地生长而茎具有背地生长的现象，请运用所学知识，解释产生这两种现象的原因。3.生长素类似物在生产实践中有哪些具体的运用方法，请举例说明。上述问题情境都具有灵活性的特征，其答案都是多元的、丰富的，并不是唯一的。在思考、分析、解决上述问题时，学生需要查阅相关资料、联系生活实际以及灵活运用相关知识等。如此这般的培养与训练，学生的思维也会更加具有开放性。

（三）创设具有统领性的问题情境

统领性的问题情境，犹如一个纽带，能够将某一课时的教学目标、教学内容、教学任务巧妙、恰当、适度地关联在一起，使其衔接紧密、浑然一体。通过让学生思考、分析具有统领性的问题情境，能够让他们更为高效地完成教学任务，并让他们在完成教学任务的过程中习得教学内容、达成教学目标。此举，也能够降低学生学习新知的难度，提升学生学习新知的效度。从这个角度来看，以统领性的问题情境为引领，学生能够向知识的深处挺进，学生的思维能够变得越来越开放，学生也能够达到深度学习的目的。

“假如你是细胞器，你会如何进行自我介绍？”这是教师在教“细胞器”这部分内容时，创设的具有统领性且略带拟人化的问题情境。如下是某学生以“细胞”的身份，以拟人化的方式，进行地自我介绍：大家好！我是构成生命体的一个小单位。麻雀虽小，五脏俱全。我也一样，别看我体型小，结构可不简单呢！质体、液泡、线粒体、内质网、核糖体、微管、高尔基复合体、圆球体、溶酶体、微体等，都是我的身体“器官”……以此为契机，这种教学策略可促使学生深度探究、通透理解、扎实掌握关于细胞器的相关知识。

二、聚焦生物史料，培养学生的批判思维

批判性是科学思维的一个典型特征。引领学生阅读、探究、分析生物史料，是发展他们核心素养的一项有效举措。但是，在学生研读、研究生物史料时，教师要引导学生不应将其全部奉为真理，而应弃其糟粕取其精华，批判性地继承。

（一）呈现史料

在悠久、漫长的生物学发展中，前人的研究不仅推动了科学的进步，同时也积淀了丰富多彩的生物史料。从深度学习的角度分析，与学习内容相关的生物史料，是学生从浅表化学习走向深度学习的一种重要铺垫。因此，在生物课堂教学的策略中，教师应多途径向学生呈现史料。

以“促胰液素的发现”这部分内容教学为例，教师在课前可布置一项预习作业，即要求学生自主搜集、整理一些有关“促胰液素的发现”的史料。在课堂中，教师可让学生分享、交流自己的预习作业。例如，学生甲分享了法国生理学家贝尔纳于1850年通过实验发现：当酸性食物进入小肠之后，会引起胰液分泌现象。学生乙分享了消化生理学奠基人俄国科学家巴普洛夫的观点，即酸性物质引起的胰腺分泌只是一个反射。学生丙则分享了法国科学家沃泰默的研究成果，即小肠和胰腺之间存在一个顽固的局部反射。然后，教师利用多媒体课件，脉络清晰地向学生展示了这些关于“发现促胰液素”的史料。从学生的分享交流，到教师的课件呈现，让学生对“发现促胰液素”的史料“贝尔纳实验、消化生理学奠基人巴普洛夫的观点、沃泰默实验”等，有了更为清晰的认识与理解。

（二）探究质疑

学贵有疑，小疑则小进，大疑则大进。让学生学会质疑、敢于质疑，培养他们的质疑能力，是生物学科中发展学生核心素养的一项基本内容。通过质疑，学生能够对知识有更深、更细、更透的理解，能够循序渐进地形成批判思维。在呈现史料的基础上，教师可启迪、引领学生聚焦并进一步探究和质疑。在此教学策略中，学生通过探究质疑，对史料内容的理解会更加全面、深入。同时，学生的探究能力、批判思维也会逐步发展。

在贝尔纳实验中，当酸性食糜进入小肠之后，胰腺就会分泌胰液。聚焦该史料细节，有学生提出了这样一个疑问：胰腺是怎么知道酸性食糜进入小肠的呢？或者说，酸性食糜进入胰腺的讯息是怎样传递给小肠的？尽管在贝尔纳实验中，胰腺因酸性食糜进入小肠后才分泌更多的胰液是一种客观的存在，但是对于深层次的原因，教材并未做进一步的说明。学生在教师的引导下通过质疑，就会不由自主地将“分泌胰液”这一现象，与前面学习过的“神经调节”知识联系起来，以此实现深度学习并发展批判思维。在上面的案例中，学生所提出的观点是对贝尔纳实验结果的一种质疑。此举，不仅有助于学生深度理解贝尔纳实验，而且有助于促进学生批判思维的发展，让学生从一个新的视角、新的高度理解生物学知识。

（三）批判升华

学生已有认知与生物史料之间的矛盾和冲突，是发展学生批判思维的切入点与着力点。因此，在引领学生研读史料时，教师应通过启迪、或点拨有意“制造”学生的实际认知与史料内容之间的矛盾与冲突，并组织学生聚焦矛盾、聚焦冲突进行批判。当然，这种批判并非对相关知识进行全盘否定，而是在解决矛盾、化解冲突的过程中，对相关知识有更新的认识、更深的理解。在此过程中，学生也能够逐渐建构一种清晰、完整的知识体系。

例如，学生联系之前所学的“神经调节”的相关知识以及根据巴普洛夫的观点，便会认为“神经调节是胰腺分泌胰液的原因”。在此基础上，教师又向学生展示了沃泰默的实验及其结论，即在没有神经调节的情况下，胰腺也会分泌胰液。这便会导致学生已有认知与史料知识之间产生矛盾。然后，以此为切入点和着力点，学生就会对巴普洛夫的观点、沃泰默实验的结果产生批判、质疑。而这又会引领学生进一步深层次思考：如果酸性糜食进入小肠之后，胰腺分泌胰液如若不是神经调节的作用，那么又是哪种物质刺激了胰腺？应该如何设计实验进行验证呢？根据沃泰默的实验结论中，学生会对巴普洛夫的观点产生质疑：既然胰腺在没有神经调节的前提下也会分泌胰液，那么，可以肯定神经调节并非胰腺分泌胰液的根本原因……如此这般的矛盾与冲突之中，学生的批判思维也会逐步发展。

三、依托自主实验，培养学生的创新思维

创新性是科学思维的一个显著特征。一个人创新思维的形成、发展、提升，需要打破既有的思维模式，创造性地解决相关问题。在自主实验中，学生需要打破既有思维模式，自主选择实验材料、自主操作实验过程以及自主分析实验结果等。在此教学策略过程中，学生的创新思维也会逐步发展。

（一）自主选择实验材料

与常规实验中教师为学生提供相关的实验材料不同，在自主实验中，学生需要围绕实验主题自主选择相关的实验材料。因为学生在选择实验材料时有充分的自主权，所以他们会选择材质相同的不同材料。此举不仅能够凸显学生在实验中的主体地位，而且也有助于培养学生的创新思维。

例如，在“绿叶中色素的提取和分离”这部分内容的教学中，教师可鼓励学生基于实验需求来自主选择实验材料，于是乎学生自主选择身边容易采集到的实验材料就多种多样，如：菠菜叶片、绿萝叶片、三叶草叶片、玉米叶片、苔藓的叶……以围绕实验主题来联系实际生活并基于实验需求来自主选择实验材料为契机，学生不仅对实验过程产生更加浓厚的兴趣，而且在不知不觉中发展了自身的创新思维。

（二）自主操作实验过程

在实验操作过程中，教师应该给予学生更多的自主权，让他们自主操作、自主观察、自主记录、自主分析等。学生在自主发现、梳理、分析实验中所遇到的各种问题时，往往能以创造性的方法来解决。同时，在解决问题的过程中，学生也能够更为准确、灵活地运用相关知识。这样的结果就是学生的创新思维也能得到很好的发展。

仍以“绿叶中提取和分离色素”实验为例，教师可改变策略，将此项实验作为一项课后作业，要求学生在家中自主完成。于是乎在选择叶片、设计实验、操作仪器、观察现象、分析现象以及形成结论的过程中，学生可能会遇到各种各样的困难，包括：选择哪种叶片？如何更为科学、合理地设计实验？怎样有序、有效地操作实验？如何全面、深入、细致地观察实验现象？怎样通透分析结果得出实验结论。

针对学生在实验过程中可能遇到的各种问题，教师既不干预，也不介入，而应该充分放权，让学生自主分析、自主解决。在此过程中，学生会运用一些解决问题的新方法、新策略，学生创新思维的火花也将不断迸发。

（三）自主分析实验结果

在自主实验过程中，因为学生运用的实验材料不同、采取的实验方法不同等，必然会导致自主实验的结果产生差异。为了让学生以实验为切入点，更深、更透地理解相关知识，教师应积极指导和鼓励学生自主的分析实验过程和结果。

例如，在“提取和分离绿叶中的色素”的实验操作中，依据纸层析法的实验原理得到的结果是：胡萝卜素溶解度最高且在滤纸条上扩散速度最快，则在滤纸条的最上层，其后依次是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。而色素从上到下依次是“橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色”。某学生经实验得到的结果与实际不符，教师抓住契机引导学生聚焦实验过程进行自主分析，以确定差异产生的原因。

在实验教学中，引导学生以自主分析实验过程或结果为契机，可促进学生对实验中所蕴含的生物学知识能有更为深入、细致、通透地认识与理解。在此过程中，学生的创新思维也会得到进一步的发展与提升。

四、结语

综上，深度学习是以理解为基础的意义探究型学习活动。学生在教师的指导下，通过解释、举例、分析、总结、表达、解决不同情境中的问题等，在已有知识基础上进行建构性活动，由此创造出对新知的理解。在深度学习视域下的高中生物教学中，教师应通过采取巧设问题情境、聚焦生物史料以及依托自主实验等教学策略，有序、有效地发展学生的开放思维、批判思维以及创新思维等科学思维。同时，学生科学思维的发展，又会反作用于学生的学习过程，助力学生从浅层学习走向深度学习，让学生的生物学科核心素养能在深度学习中得到全面提升。