浅议科学思维在高中生物学大概念中的体现及教学策略

辛光珠 潘龙龙

(甘肃省临夏回民中学 临夏 731100)

1 科学思维在生物学大概念中的体现

“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。学生在学习过程中逐步发展科学思维，能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎和推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。笔者经过教学实践与思考，总结归纳了科学思维方法在《普通高中生物学课程标准(2017年版)》必修大概念部分的体现(表1)。

2 科学思维下的教学实施策略

课堂教学过程是培养科学思维方法的主要途径，通过课堂教学合理设计，采用多样的教学策略，让学生掌握运用科学思维的方法获得知识的能力。

2.1 利用集合图提高对核心概念的归纳与概括能力 归纳法是对观察实验和调查所得的个别事实概括出一般原理的一种思维方式和推理形式，其主要环节是归纳推理。生物学核心概念是教师或学生对生物学核心问题的相对本质的认识或看法，区别这些核心概念的内涵和外延是掌握概念的基础，而采用集合图可以有效地阐释概念的内涵和外延。在生物教学过程中应用集合图，既可以帮助教师有效地进行核心概念的教学，又可以帮助学生理解这些核心概念，为学好生物学打下坚实的基础。

例如，在学习生命系统的结构层次时，设计如图1的集合图，可以简明扼要的归纳与概括出各生命层次之间的包含关系，帮助学生有效避免相关概念之间的混淆。归纳法是从个别认识到一般规律，其具备或然性，只能进行简单的线性推理，所以只能体现一般规律。如植物没有系统，单细胞生物没有组织、器官、系统等层次。

图1 生命系统层次集合图

2.2 利用教材旁栏思考训练演绎和推理能力 演绎法是指以一定反映客观规律的理论认识为依据，从服从该认识的已知部分推出未知部分的思维方法，是由一般到个别的认识方法，教材中出现的假说—演绎是演绎法的经典形式之一。利用假说—演绎法，让学生以类似于科学家的工作方法去发现、假设和推测，自主发现科学知识和规律。以教材旁栏思考板块为突破口，按照四环节展开必修2“基因表达”一节的教学设计： ①创设情境，提出问题。翻译是以mRNA作为模板，其碱基只有四种，常见的组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，那么这四种碱基是如何决定这么多氨基酸的？②分析问题，作出假设。小组讨论分析mRNA碱基决定氨基酸的方式可能有一个、两个、三个或四个及以上。分析若一个决定一种只能有4种氨基酸，两个决定有16种，三个决定有64种组合，完全满足20种氨基酸情况，若四个及其以上决定，则远远超出了氨基酸总数，在细胞高度精密和有限的环境中不太可能出现这种资源闲置的情况，因此提出假说： 翻译过程中由三个碱基决定一个氨基酸。③利用教材旁栏思考(必修2第64页)进行演绎推理。根据前面建立的假设，形成推论： 一个氨基酸的编码至少需要3个碱基才足以控制蛋白质的20种氨基酸。④用科学史来验证推理。1961年克里克以T4噬菌体为实验材料，研究其中某个基因的增加或减少对其所编码蛋白质的影响，结果发现在相关碱基中增加删除一个或两个碱基不能合成正常蛋白质，但当增加或者删除三个碱基时能够合成具有功能的蛋白质。实验证明遗传密码中三个碱基编码一个氨基酸，同时证明遗传密码从固定起点开始，以非重叠方式阅读。

2.3 利用自制模型活动提升建模能力 实物模型教具有形象直观的特点，通过指导学生亲自参与模型的制作激发认知兴趣，培养建模能力，助推认知过程。学习人教版高中生物学必修1《分子与细胞》第3章“细胞器——系统内的分工合作”这节时，传统的教学方式是利用教材插图或者幻灯片展示。由于图片展示的局限，学生只能在平面层次对这些抽象的细胞结构进行认知，如果设计课堂活动让学生亲自参与细胞石膏模型的构建，在制作过程中得到认知体验，效果要大于图片的感官刺激，学生作品如图2、3。

图2 动物细胞剖面石膏模型

图3 植物细胞剖面石膏模型

2.4 展开课堂辩论赛锻炼批判性思维 批判性思维是指技能和思想态度，任何涉及智力和想象的论题都可从批判性思维的视角来审查，其本质是怀疑、分析和批判的。辩论是正反两方观点的碰撞，是矛盾思维的对峙，是批判性思维应用中最典型、最广泛的场合。辩论是将本方的立论建立在对对方主张及其理据的怀疑及批判上，很容易激发人的思考潜能，提出自己对问题的新见解。

例如，通过组织展开“转基因生物与食品安全”课堂辩论赛，学生在基于已有的基础知识和原理，对辩论资料收集整理，借助辩证思维，对辩题做出全面深刻的透视，准确地把握争议点、切入点和立足点，以据说理、以理服人，体现自己对转基因食品安全性问题的见解，培养独立思考的品格和团队合作的意识，既使得课堂轻松有趣，又能充分锻炼质疑和批判性思维精神。

2.5 利用实验创新点设计培养创造性思维 生物学科是一门实验学科，其理论和事实依据来源于实验结果的支撑，要求学生不仅能够独立完成每个实验，更应鼓励学生创造性地参与。实际操作中让学生完全独立创新设计某个实验可能难度较大，不妨从已有实验的某个“点”入手进行尝试。

例如，“检测生物组织中的糖类脂肪和蛋白质”实验中刻意不要配置现成斐林试剂，那么还原糖鉴定实验该怎么做？提示学生能不能利用现有的双缩脲试剂自己来配置斐林试剂？学生通过查阅教材发现两者的配方中，甲液都是质量浓度为0.1g/mL的NaOH，乙液都是CuSO4但质量浓度不同，所以问题集中到如何将CuSO4浓度升高上。然后出现多种思路，有人提出溶液加热蒸发到原来的五分之一，马上有学生质疑加热蒸发会不会影响到溶液的稳定性，且该过程如何精准的控制蒸发量；又有学生提出一并稀释降低NaOH溶液浓度，配出低浓度的斐林试剂，之后增大待测组织样液的量等想法，同样引来质疑如此会不会影响到最终实验效果?此时鼓励学生在注意实验安全的前提下，自己设计尝试达到实验目的，并且评价相应的实验效果。虽然是小小的一个试剂问题，但能够调动起学生的兴趣和思维探索，激发他们创造力。