基于问题驱动的科学思维培养策略

欧九生

【摘要】通过“问题探讨”，还原经典实验，依托情境，设置系列问题，激发学生求知欲，驱动学生思考，使学生在解决问题过程中，运用分析、综合、归纳、演绎等逻辑思维，形成生物学概念，从而发展学生的科学思维。

【关键词】问题探讨;经典实验;问题情境;科学思维

“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。学生应该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、演绎与推理、模型与建模等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。

一、通过“问题探讨”，激发探究欲望

高中生物教材在每一节都设置了“问题探讨”栏目，该栏目是培养科学思维的重要材料。编者通过展示一些人们在生产生活或科研实践中出现的场景或者做法，设置一些问题以引导学生分析其中的蕴含的科学原理，目的是激发学生的探究欲望，促使学生带着疑问和期待进入学习，培养学生的逻辑思维习惯，发展学生科学思维。

例如在“蛋白质是生命活动的主要承担者”这一节内容中，教材设置了医学中“利用从某些动物组织中提取的胶原蛋白来做手术缝合线”的做法，提出问题：

1.为什么胶原蛋白做的手术缝合线可以被人体吸收？

2.蛋白质的化学组成有什么特点？

在学生的想象中，手术缝合线应当是棉线，而现在用的是胶原蛋白做的缝合线，从而就制造了认知冲突，基于这样认知冲突，激发了学生的探究欲望。再通过设置的两个问题让学生有了探究蛋白质化学组成的心理需求，从而顺利进入蛋白质基本单位——氨基酸的学习，继而学习氨基酸如何组成蛋白质——脱水缩合，最后到蛋白质的结构和功能的学习使整节课变得连贯有序，同时学生的思维在递进过程中发展。

教材中设置的“问题探讨”栏目，其目的是激发学生的探究欲望，让学生带着疑问在探究中形成积极思考，基于证据和逻辑，分析生命现象的科学思维习惯。比如在“核酸是遗传信息的携带者”一节中，教材设置的DNA指纹技术在案件侦破中的应用，提出“为什么DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息？”的问题以导入新课，让学生在疑问中探究DNA的组成单位和DNA具有多样性的原因进而认知DNA的结构等重要概念。有很多老师在教学中常常直奔主题，比如上课就说“我们今天来学习核酸这一节，请同学们阅读课本……”，这种导入的方法往往无法提起学生的学习兴趣。

二、还原经典实验，进行科学探究

科学经典实验是进行科学探究的重要依托，教材中提供了大量的科学史，其中包含了科学家在研究中设计的经典实验，这些经典实验科学研究中需要的科学思维，科学方法，科学精神。我们的教学中，通过还原经典实验进行科学探究是培养科学思维的重要手段。

比如，在“細胞膜”的教学中，可以展示欧文顿的实验和现象Collander和Barland的研究发现细胞膜会被蛋白酶分解并提出问题：

1.从欧文顿的实验中能得出什么结论？

2.细胞膜还有什么成分？

基于以上实验学生会想到细胞膜可能与脂质有关，再提供化学中相似相溶原理原理，学生很容易得出细胞膜含有脂质和蛋白质。再通过分析磷脂分子的化学特性和细胞内外都含有水这一事实。提出问题：

1.如果磷脂分子铺在水面会是怎样的？

2.作为构成细胞膜的磷脂分子是怎样排列的？

让学生思考讨论，构建出磷脂分子在水面的分布和构成细胞膜的分布特点，最后进行修正，最后展示科学家提出的流动镶嵌模型。这样的教学就是依据科学经典实验，设置有层次的问题，一步一步建构细胞膜的流动镶嵌模型概念，学生在概念的生成过程中经历了思维递进的发展，而不是直接让学生阅读科学史得出结论。教材中提供了很多经典实验，如酶的发现，光合作用的发现，植物生长素的发现等，无一例外的体现了在科学探究中基于生物学事实和证据，在问题的驱动下，运用科学思维研究生命现象和生命规律，进而产生科学概念。

我们在教学过程中可以利用科学史的经典实验为材料，根据概念产生和发展的过程，将科学家的实验研究转变为学生的探究过程，引导学生通过思考、质疑、分析、综合、模型建构等科学思维重构概念，从而达到对重要概念的深入理解。这个过程发展了学生的科思维，也认同了科学知识的产生是需要多代人坚持不懈地努力的科学精神。

三、依托问题情境，驱动思维发展

情境是教学过程有目的创设有利于思维发展的场景，通过设置有层次的问题，促进学生在解决问题过程中发展科学思维，形成生物学概念。学习是发现问题，解决问题和再发现问题的过程，利用情境创设问题，可以启发学生的思考，促进学生在主动学习中寻找答案。

比如在“染色体数目变异”的教学中，通过创设孕妇产检视频，提出问题：

1.为什么要进行唐氏筛查？

2.唐氏综合征出现的本质原因是什么？

通过展示正常人与唐氏综合征病人的染色体组成图，让学生从减数分裂的角度分析其出现的原因，继而提出“正常减数分裂产生的配子染色体组成在形态结构、功能上有何特点？”以启发学生思考进而生成染色体组的概念。这样，学生就能深入理解染色体数目变异是基于打破染色体组平衡引起的变异。在“渗透作用”学习过程中，可以创设“腌菜过程，菜为什么会变软？”“萎焉的蔬菜浸泡在清水中一段时间为什么会变硬？”的情境，激发学生在主动寻找答案过程中生成渗透作用的概念，也发展了学生的科学思维。

情境中是蕴含了生物学原理，教师通过创设情境使学生在情境问题的驱动下运用观察、分析、综合等逻辑思维找到事物现象发生的本质，从而生成生物学概念，发展科学思维。

四、结语

建构主义认为，学生不是知识的被动接受者，而是在基于事实和证据的基础上通过逻辑思维积极主动地发现问题，构建知识的学习者。我们的教学过程通过利用教材“问题探讨”，激发学生解决问题的心理需求，通过还原经典实验，进行科学探究，依托问题情境，驱动科学思维发展。以上是几种培养学生科学思维的有效策略。

【参考文献】

[1][2]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准：2017年版2020年修订[M].北京：人民教育出版社，2020，4-5

[3]邱国和.高中生物课堂中情境教学的运用探究[J].教学管理与教育研究，2020，4：87.