高中生物教学中培养学生科学思维的实践研究

席长君

[摘   要]在高中生物教学中培养学生的科学思维，首先要培养学生尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度，促进学生形成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;其次，要培养学生批判质疑、重证据、重逻辑的理性思维，促进学生思维能力的发展;最后，要培养学生基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学方法的能力，使其在生活、学习和工作中能创造性地发现问题和解决问题。

[关键词]科学思维;高中生物;求知态度

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2020）20-0083-03

生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学，也是农业科学、医学科学、环境科学及其他有关科学和技术的基础，对社会、经济和人类生活产生越来越大的影响。生物课程的学习对每个公民来说是不可或缺的，其学习成果是公民素养的基本组成。教育部制定的《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确了高中生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究、社会责任四个大方面。可见，培养学生的科学思维是高中生物学学科核心素养的重要组成部分。学校教育的目的是为学生未来的人生做准备，如今科学技术发展迅速，新知识的出现层出不穷，仅让学生掌握知识是不够的，也不易实现教育目标，而促进学生科学思维的发展是实现学校教育目标的有效途径。科学思维是自然科学课程最应给予学生的东西，所以培养学生的科学思维是高中生物教学的重要任务。那么，在高中生物教学实践中，如何更好地培养学生的科学思维呢？

一、培养学生尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度

生物学是一门以实验为基础的科学，许多生物学理论和观点的形成都是建立在实验的基础上的。通过运用实验手段和科学手段搜集到客观事实作为推理或归纳的证据，才能推动生物学的发展。如果没有尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度，生物学这门科学就无从发展。如果没有尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度，是学不好生物学的。由此可见，尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知態度，是研究和学习生物学的基本态度和方法。

在高中生物教学中，首要任务就是培养学生尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度。每个人生来就会思考，这是人与生俱来的天性。然而，我们日常思考生物常识方面的知识和信息时，留给自己的往往是掺有偏颇、扭曲、局部甚至无知的结果。例如，我们看到植物生长在土壤中，就认为其生长过程中有机物的积累主要来自土壤，这只是我们的主观感受，没有运用科学手段予以验证，并不是科学事实。又如，某种激素能促进植物果实发育的实验，其结果只能作为这种激素能促进植物果实发育的证据，而不能作为它能促进人体发育的证据，因此，所谓吃了激素催熟的水果就会影响儿童的发育的说法，就是在证据的认定上出现了偏差。究其原因，是人对事物的判断会受到年龄、生活环境、生活经历、学习经历等的影响，这也说明尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度不是与生俱来的，而是需要后天培养的。

高中生物教学中，进化论的发展过程就是培养这方面素养的好材料。拉马克在对植物和动物的大量观察的基础上提出了生物是进化的，废弃了当时的神创论和物种不变论，对进化论的发展起到了很大的推进作用，但他在应用“用进废退”解释生物进化的原因时，仅凭主观臆想，没有确凿的证据做事实依据。达尔文经过五年航海旅行，仔细观察和收集了各地不同时期的大量动植物化石，并对化石这一事实证据进行比较分析，通过严谨、务实的逻辑推理，提出了著名的生物进化的自然选择学说，被当时的科学界广为接受，成为十九世纪自然科学最伟大的三大发现之一。在教学这部分内容时，通过对学生提问“请对两位伟大的科学家所提出的观点进行科学评价，说明它们伟大在哪里？不足之处又在哪里？”将引导学生水到渠成地得出：两位科学家对生物进化原因的解释，达尔文的自然选择学说更站得住脚，这是因为他更尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度。由此可见，伟大科学理论是建立在尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度的基础上的。高中生物教学需从培养学生尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度开始。

二、培养学生批判质疑、重证据、重逻辑的理性思维

当今社会处于信息大爆发的时代，在日常生活中，人们会在电视、网络、报纸杂志等媒体中接触到大量与生物科学相关的信息，诸如保健品、营养品、减肥药、美容产品、长寿药物等方面的商业广告推销可谓铺天盖地，产品营销者充分抓住消费者爱美心切、健康心切、长寿心切的一些不切实际的甚至违反规律的心理，夸大产品功效。部分人会不惜花费半生积蓄，大加购买，最终不仅掏光了个人积蓄，却未能实现自己的夙愿，反而还因减肥、美容等留下后遗症，导致痛苦不堪。

究其原因，主要是人们在面对大量信息时，人云亦云，随大流，盲从，缺乏辨别信息真伪和筛选对自身有用信息的素养，缺乏在鉴别信息和消费理念上的理性思维。要解决这一根本问题，就要提高人们的科学素养。从教育层面来讲，最好就是在学校教育中培养学生批判质疑、重证据、重逻辑的理性思维。

在高中生物教学中，只要认真挖掘教材，就会发现教材中有很多培养理性思维的好素材，教师在教学时，不能只把教材内容作为教学的核心内容，还应把教材上升为素养培育的载体，突出培养学生理性思维的教育。比如，在教学高中生物必修2第二章第二节《基因在染色体上》时，不仅要让学生了解摩尔根是如何选用果蝇做遗传学杂交实验，又是怎样通过实验得到“基因在染色体上”这一结论的，还要挖掘他为什么想到做这个实验。虽然孟德尔通过可靠的实验数据总结出了两大遗传规律，萨顿也通过类比推理法认为基因在染色体上，但摩尔根并未被动接受这两位伟大科学家的结论，而是针对孟德尔所用实验材料的有限性对遗传规律产生了质疑，对萨顿缺乏实验依据的类比推理结论持怀疑态度。于是在强烈求知欲的指引下，他找到理想的实验材料——果蝇，勤奋地做了一系列新的实验。当大量果蝇实验的结果确证了孟德尔的遗传规律之后，他不仅接受验证了前两位科学家的结论，还发现了新的定律。由此可见，很多科学新发现都是从大胆质疑、重证据、重逻辑的理性思维开始的。

因此，在教学中教师要充分挖掘教材典例，鼓励学生质疑，培养学生“不唯上，不唯书，只唯实”的问题意识。这样，不仅能培养学生的理性思维，还能助推他们以理性思维辨别生活中所接触的信息是否科学，进而能够健康幸福地生活。

三、培养学生基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学方法的能力

生物学研究过程中，除了要具有尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度外，还需要使用恰当的科学方法进行加工处理和提炼才能形成科学理论和观点。仅通过科学手段搜集的科学事实和证据，是零散的、无活力的，犹如一堆铁矿石，如果没有经过高炉的冶炼，是成不了工业建造的精华材料的。可见，科学方法对于人的学习和研究的重要性。

高中生物教学需要培养学生基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学方法的能力。对此，笔者从教材中挖掘经典案例，在教学中适时运用，以培养学生的相关能力。例如，细胞学说的教学案例是培养学生运用归纳概括方法的好材料。起初，德国植物学家施莱登在研究植物生长发育过程中通过对植物组织的大量观察，获得大量的事实证据，并进行比较分析，发现它们都有一个共同点：都由细胞这个单位组成。施莱登把这一事实告诉了正在进行脊椎动物脊索和软骨结构研究的动物学家施旺，施旺受到启示，以相似的方法同样得出了“动物也由细胞构成”这一事实证据。于是两位伟大的科学家分别通过各自大量观察所获得的事实证据共同归纳和概括出了细胞学说，揭示了“动植物都由细胞组成”这一统一性。教师在教学中需要运用这样的经典案例，并以故事的形式引导学生掌握归纳概括的方法，及通过一系列事实归纳概括出一般结论的方法，学会运用比较思维提炼出事物间的内在共性，然后再迁移到其他知识（诸如概念和生理过程）的教学中，让学生运用比较思维，归纳概括出相关知识或生理过程的共同点和不同点。比较思维也是高中生物学习需要掌握的常用方法。

演繹与推理是生物学研究的常用方法。在经典遗传学里，孟德尔用假说演绎法总结出了基因分离定律和基因自由组合定律两大遗传规律。摩尔根用假说演绎法确定基因在染色体上，奠定了遗传学的基础。可见，选择正确的科学方法是取得科学成果的保证。遗传学内容的教学目的，除了让学生了解遗传学的相关知识外，更重要的是让学生理解与掌握演绎与推理的方法，并运用这种方法解决遗传学中的实际问题，从而培养学生的逻辑思维。那么对这部分内容该怎样进行教学呢？教学的重点是学习假说演绎法，包括“发现问题—提出假说—演绎推理—实验验证—得出结论”这五个步骤。教学中，笔者先让学生了解这五个步骤。对于“提出假说”这个步骤，思维难度过大，这个环节的完成需要深厚的专业知识做支撑，同时需要想象力和灵感，对此，并非是谁都能轻易做到的，所以教学的重点应放在“演绎推理”环节上，也就是通过提出对问题解释的假说，进行严密的逻辑推理。比如，对分离规律，教材揭示了孟德尔利用一对相对性状的豌豆作为杂交实验材料，结果F1代全为高茎，F2代出现了3∶1的性状分离比这一结果，课例中对此提出了“为什么”，于是提出了生物性状是由遗传因子决定的等四个假说，对于这些假说的提出大多数学生只能理解其巧妙性，但并不理解其本质内涵。要证明这些假说是否成立的关键环节就是针对所提出的假说设计一个实验进行推理验证从而得到一个相应结论。那么所提出的假说就成为推理过程的“事实和证据”，推理过程需要强调符合客观和合逻辑推，逻辑需要严密，强调实证。这样的教学，可让学生体验当科学家的感觉，让学生通过假说证据推导出结论，训练学生逻辑思维的流畅性和严密性，达到培养学生演绎推理的科学方法的目的。

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的、概括性的描述。如物理模型就是借助于具体的实物或其他形象手段帮助理解抽象或微观结构。教材中呈现的典型物理模型有真核细胞的结构模型、细胞的流动镶嵌模型、DNA分子的双螺旋结构模型。在教学中，教师可让学生利用实物去构建真核细胞的结构模型和DNA分子的双螺旋结构模型，采用画图的形式构建细胞的流动镶嵌模型，而后通过评奖等形式激发学生的建模兴趣，让学生在愉快的体验中掌握建模的方法。此外，对于体液免疫和细胞免疫概念模型内容，在教学中可采用概念模型图解的方法呈现复杂的生理过程，进行学生建构概念模型的能力培养。在教学种群数量变化时，可结合“J”型增长和“S”型增长的数学表达式或坐标曲线图进行数学模型方法的培养。

生物学作为一门自然科学，其发展离不开科学实验，而科学实验离不开科学方法的指导。在高中生物教学过程中，培养学生运用科学方法的能力，是培养学生科学思维的重要任务。

总之，培养学生的科学思维，需要教师认真研究教材，结合新课标领悟教材的编写意图，深挖教材与培养科学思维的相关且丰富的素材，认真备好课，在教学活动中适时地提出有利于学生科学思维培养的针对性问题，对学生进行科学思维的潜移默化训练，逐步培养学生的科学思维，让科学思维成为学生思考与解决问题的一种思维习惯。作为教师，应努力培养学生的科学思维，树立学生的科学世界观和科学价值观，从而让他们能够健康幸福地生活和工作。

（责任编辑 黄春香）