在生物学教学中运用批判性思维工具培养学生的科学思维

何耀华 （北京市第十九中学 北京 100089）

0 前言

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》将“科学思维”作为生物学科素养重要内容之一，并指出“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，可见运用科学的思维方法是形成科学思维的重要手段。科学的思维方法包括哪些？北京师范大学刘恩山教授认为科学思维的方法包括逻辑思维、批判性思维和发散性思维。其中批判性思维是对自己或别人的观点进行反思、提出质疑、弄清情况和进行独立分析的过程。具有这种思维品质，学生就能对生物学问题进行科学分析及批判，从而作出理性的决定。在生物学教学中如何运用批判性思维工具，培养学生科学思维，本文提出一些观点。

1 批判性思维工具

美国学者理查德·保罗在《批判性思维工具》［1］一书中提出了批判性思考者的思维模式：运用思维标准指导、评估和调整思考过程的各要素，从而逐渐形成相应思维质量，成为一个成熟的批判性思维者（图1）。

图1 思维评估步骤

如何推动合理的、反思性的思维，加拿大学者马克在研究图尔敏论证模型的基础上，提出简单可操作批判性思维工具（表1）。

表1 批判性思维工具表

本文以高中生物学教学为例，依据批判性思考者的思维模式组织教学，并借助批判性思维工具，引导学生像科学家构建理论知识一样，经历评价资料、提出主张、为主张进行辩驳等过程，了解科学知识构建的本质，学习科学家思考问题的方式，进而培养科学思维能力，提升学科素养。

2 案例：DNA是主要的遗传物质

2.1 创设情境，提出问题 教师呈现相关的科学史：19世纪中期，孟德尔通过8年的豌豆杂交实验提出了遗传因子学说及遗传学的分离定律和自由组合定律；1903年，萨顿根据染色体和遗传因子行为上的平行关系提出假说：遗传因子在染色体上；20世纪初期，遗传学家摩尔根通过果蝇的遗传实验，证明染色体是基因的载体。到了20世纪中叶,科学家发现染色体主要是由蛋白质和DNA组成的。让学生了解科学家如何对前人结论的继承、质疑和论证，在此基础上，提出初期研究问题：遗传物质是什么？

2.2 小组讨论，修改问题 学生经过讨论，提出各种观点，其中主要的观点是DNA是遗传物质或蛋白质是遗传物质。教师让学生2人一小组,分为A、B组。A组的观点：遗传物质是蛋白质；B组的观点：遗传物质是DNA。让学生依据所学知识或经验尽可能多列出支持本组观点的理由加以说明，同时也对本组所持的观点进行合理批判，并对反驳尽可能进行回应，即通过正-反-正论证，促使学生树立尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的科学态度，同时修改问题，提出更好的研究问题。学生讨论并记录，结果见表2。

表2 批判性思维工具表应用实例

2.3 寻求更多信息 学生对2种观点进行充分讨论后,观察分析格里菲斯实验，明确4组实验中只有S型细菌才能杀死小鼠。教师提问：为什么加热杀死的S型细菌还能使活的R型细菌转化为S型活细菌？请学生分析，思考、讨论相关的问题,提出观点①加热杀死的S型细菌“死而复生”；观点②加热杀死的S型细菌“借尸还魂”。学生进行小组讨论，A组观点：加热杀死的S型细菌“死而复生”；B组观点：加热杀死的S型细菌“借尸还魂”，并填写《批判性思维工具表》。学生通过讨论、填写工具表，观点趋同，即加热杀死的S型细菌体内存在一种活性物质——“转化因子”，促成R型细菌转化为S型细菌，并提出新问题：“转化因子”是什么?详见表3。

表3 批判性思维工具表应用实例

学生观察分析艾弗里实验：S型细菌体内有多种物质DNA、蛋白质和多糖等，如何进一步探究S型细菌体内哪种物质可能是转化因子？经小组讨论，并填写工具表，得出结论：DNA是遗传物质，蛋白质不是。同时提出新问题：所有生物的遗传物质都是DNA吗？详见表4。

表4 批判性思维工具表应用实例

2.4 评估论证，寻找反例 教师展示烟草花叶病毒、HIV病毒的结构，并提问：烟草花叶病毒成分和噬菌体不同，它只有RNA，它的遗传物质是什么？学生根据艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌的实验设计思路和实验具体方法，设计实验探究烟草花叶病毒的遗传物质是RNA还是蛋白质。

2.5 课堂小结，构建知识网络 教师引导学生运用批判性思维工具（表格）对同伴的有关主张提出质疑或反驳，并要求学生根据以上的实验设计思路，可以设计实验探究任何生物的遗传物质。最后师生根据批判性思维过程，并对运用批判性思维工具得出的结论进行梳理和总结，构建知识网络（图2）。

图2 DNA是主要遗传物质知识网络图

3 结束语

本文所运用的批判性思维方法及工具是国内外批判性思维专家研究成果，结合生物学科特点，尝试作为学生科学思维培养的工具，在课堂教学过程中加以应用。实践表明，批判性思维方法及工具能让学生思维发展路径更加清晰，通过正-反-正讨论、分析、质疑，让学生思维发展过程更符合科学家探究历程，从而使科学思维得到发展。尤其是从问题到问题课堂教学组织形式与波普尔提出“理性重建”过程相符合：“问题→尝试性解决→反思、质疑、排除错误→新的问题”→……

科学思维内涵是科学精神，科学的精神就是批判,不断推翻旧有理论,不断作出新发现。按照波普尔的说法,只有可证伪的陈述才是科学的陈述。因此,知识的真理性特质只有通过外在化的批判性检验才能获得。

笔者在教学实践中尝用批判性思维工具，培养学生科学思维，得到学生认可，取得较好的教学效果。