高中生物教学中运用PBL教学法发展学生的批判性思维初探

张卫东 李瑞

摘  要：批判性思维是高中生物学科核心素养理性思维的重要组成，长期以来受中国传统观念、教育统一的度量标准、灌输式教学方法的影响，我国课堂教学中批判性思维训练缺失。而基于问题的学习——PBL教学法，是培养学生批判性思维的有效途径。遵循以主动学习和建构主义为理论基础制定的指向教学目标、情境性、预设性与生成性相结合的创设问题原则，提出了通过真实情境、“思考·讨论”栏目、生物科学史等环节创设问题发展学生批判性思维的教学策略。

关键词：PBL教学法;批判性思维;高中生物教学

中图分类号：G633    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）17-0099-04

21世纪科学和知识的发展给学习者带来了一种紧迫感，学生面临学业、工作和生活方面的压力，如何高效获取知识和相关技能显得至关重要。学生学习的过程是运用技能去解决问题的过程，包括创新技能、批判性思维技能、协作技能等。在学习中，学生被期望是一个能够询问、争论、做研究，从观察结果中得出正确的结论、科学地思考和批评、知道如何获得知识、有创造力、做决定、表达自己，并成为具有批判性思维的人。

批判性思维（Critical Thinking）是通过一定的标准来评价思维，进而改善思维，是合理的、反省性的思维，既是思维技能，也是思维倾向[1]。这就要求学生面对复杂的问题时能够独立思考，运用头脑中已有的知识进行分析推理、实验验证，而不是人云亦云、缺乏独到的见解与思考。批判性思维技能是指对客观存在的事物或现象进行判断、推论，分析其合理性，并对其可能存在的问题进行分析、演绎、推理，进而建构论点的能力，同时对新文化和价值观等维持开放与接纳的能力。“反思”是批判性思维的核心要素，即对自己的观点进行持续审思，寻找其中的理论依据，目的是全面细致地思考问题，综合正反两个方面的意见进行自我检查，从而决定自身的信念或行动。基于以上特点，批判性思维是学生进行知识学习与能力培养的不竭动力，是学生创新思维得以培养的基本条件与前提。

PBL（Problem-Based—Learning）教学法是指问题式学习或者项目式学习的教学方法[2];以“问题”为导向，兼并小组合作与自主学习的学习方式，其核心内涵是将知识点应用在比较实际或者比较复杂的问题情境中，学生圍绕问题收集资料、发现问题、解决问题，培养学生的自主学习能力和创新能力[3]。PBL教学法与传统教学法的不同之处在于强调学生的主动学习，以发挥“问题”在学生学习过程中的指导性作用。

现代教学理念认为，教学活动是以知识为载体，运用适当的教学法，达成课程标准的思维培养过程，PBL教学法近年来被广泛运用于学生的科学思维能力的培养中，同时批判性思维是科学思维重要的组成部分，但是在高中生物学教学中并没有得到充分重视，缺乏广泛有效的应用[4]。针对高中生物学课程标准新要求，运用PBL教学法发展学生的批判性思维，对于建立学生的科学思维素养具有重要意义。

一、影响高中生批判性思维形成的因素

高中阶段是学生养成良好思维习惯，培养批判性思维能力的关键时期。但就目前的教育现状来看，由于升学压力、考试评价制度、家长期盼等因素的影响，使得学校不重视学生批判性思维的养成，学生批判性思维能力相对滞后。究其原因主要在于：

（一）中国传统观念的影响

自汉代以来占统治地位的儒家学派“罢黜百家，独尊儒术”，“经学独断论”的思想在意识形态上占统治地位，导致我国传统教育中独立思考与开放精神的培养不足。此外，儒家“中庸”思想、君臣观念、三从四德等传统观念对中国人的思想有较大影响。“木秀于，林风必摧之”告诫人要低调，中庸为甚，因此中国传统文化缺乏批判性元素。长此以往，这种缺乏创造和质疑的特点表现在教育中的后果就是教师不重视对学生批判和创造性思维的培养。学生的发现、探究、质疑能力发展相对滞后。

（二）教育统一的度量标准

批判性思维素养旨在促进学生从信息的被动接受者转变成知识的发现者和创造者。而行为化的教学目标、统一的度量标准、墨守成规的教育模式导致当今学校教育过于重视学生汲取知识的多少，其原因可能不是这些知识更有价值，而是由于这是一种更简单的教育方式，仅通过教师在课堂上的讲授就可起到知识传递的作用，在教学上容易掌控，学生对知识的掌握程度也更容易通过考试去评价和测量。强制性的标准化教育通过无休止的教学和考试，使教育变得工具化，也造成了学生学习的功利性。学生会将在考试中取得高分视为唯一的奋斗目标，认为想要取得好成绩，就必须在头脑中储存更多的知识，而不去理解知识中蕴含的真理，不去探究其本质，更不会质疑知识可能存在的问题。一旦脱离了书本，学生根本无法应对瞬息万变的信息社会，也没有能力应对实践中不断出现的问题，无法在良莠不齐的信息热潮中保持清醒的头脑。由此造成学生实践能力、发现、探索意识和创新、批判能力的退化。

（三）灌输式的教学方法

尽管在新课改中强调“自主合作、探究学习”，但目前的教育实践中灌输式的教学方法依然存在。与此同时，教师不能灵活应用各种教学方法，不能根据学科特点和学习目标选择适合学生认知、思维发展的教学方式，不善于运用启发式、问题式教学，不具备指导学生展开科学思维的能力。教师在课堂中照本宣科，学生的任务就是努力记住教师教给的“真理”，因而其思维存在很大的惰性，不仅不敢提问，更不会提问。学生缺乏学习的主动性，不善于积极发现问题，不善于质疑，只是被动地接受知识。长此以往，导致了教学中批判性思维培养的欠缺。

二、创设问题的原则

（一）指向教学目标

教师要围绕教学目标创设问题，创设问题最根本的目的是为了使学生掌握学习内容。新课程标准虽然强调学生的学习过程，强调自主学习、合作和探究学习，淡化了教师的主导地位，但在实际教学活动中，教师的指导至关重要，教师要帮助学生确立主体地位，引导学生自主探究、发现问题、养成思维[5]。教师在设置问题时，首先要对教材进行分析，掌握教学内容，明确教学目标，再结合学习任务，合理设置问题，设置的问题要基于学生的最近发展区，使学生成为学习和发展的主体。

（二）问题要有情境性

布鲁纳发现学习理论认为，“学生是一个积极的探究者，教师的作用是创设一种能够使学生独立探索的情境，而不是提供現成的知识，学生不是被动的、消极的知识接受者，而是主动、积极的探索者。”[6]新课程标准明确指出：教师在组织和呈现教学内容时，应重视情境的创设，有效的教学情境，能够激发学生的好奇心和求知欲。问题是思维的源泉，教师在课堂上恰当地抛出情境性问题，可以瞬间启发学生的思维，使学生对这一问题产生浓厚的兴趣，从而在教师的引导下自觉积极地对问题展开思考并探索。生物学是一门与实际生活联系非常密切的学科。生活中有许多与生物学有关的实例，教师在课堂中应充分利用生物学的优势，以真实的情境为背景，引导学生自主探究问题，学生对理论知识的接受度会大大提高，进而提高实际课堂教学效果[7]。

（三）预设性与生成性相结合

预设性是指教师根据教学目标对本节课教学内容、学生可能提出的问题进行预测，并做好充分准备。生成性是指在教学过程中动态生成问题，是教师和学生自主构建教学活动的过程。在课堂教学中，预设性和生成性分别对应着科学性和艺术性。在PBL课堂教学中，学生之间、师生之间会发生多次思维碰撞，因此在教学过程中会生成许多无法预设的问题，教师需要在教学活动中作出具有前瞻性的准备并要求这些准备与教学情境相适应，即生成与预设相结合。以情境教学理论为指导，教师要深入落实教学目标的要求[8]，注重学生课堂的参与度，激起学生的求知欲。教师也应对学生的整体思维动向做出精准把握。善于运用实际教学过程中的生成资源，使学生的思维更加敏锐、灵活，思考问题更有深度、有意义。

三、基于PBL发展批判性思维的策略

结合以上原则，科学合理地制定批判性思维培养的PBL教学策略。学生在教师提出的问题情境基础上提炼出需要解决的问题，初步作出假设，然后自行搜集资料，再通过自主学习、合作讨论的方式解决问题，这样的学习模式对学生批判性思维的培养具有促进作用。学生亲历提出问题、科学合理地探究、思考解决问题的过程。在寻找证据、发现规律的过程中学生习得了生物学知识，发展了批判性思维。

（一）利用真实情境创设问题

PBL教学模式的本质是以问题来驱动学习，问题情境的创设是该模式的关键，通过提出合理的问题来创设问题情境不仅是一种良好的教学策略，也是一种非常适合高中生物教学使用的教学手段，设置问题情境的来源很多，教师可以借助视频资源、教材资源、社会热点或新闻事件等作为情境材料。教师应善于发现和运用生活中或教材中的各种情境资源，适当创设问题情境，从而使学生积极主动地参与到教学过程中，学生根据教师创设的情境提出问题、分析并解决问题、梳理分散的知识点之间的关联，构建完整的知识体系，从而更好地理解生物学概念并形成生命观念，养成科学思维和科学探究的意识，养成良好的科研素养。现以高中生物学必修一第五章第2节的内容——“细胞的能量通货ATP”教学为例，阐述如何以萤火虫发光原理的问题情境作为主线，有效构建起ATP的功能、结构等概念，通过一步步解决问题寻求知识，发展批判性思维。

本节内容可利用学生熟知的萤火虫会发光这一现象作为问题情境，借助多媒体手段展示其他生物如珊瑚、水母等自然界常见的生物发光现象，引出萤火虫发光的能量来源这一问题，这时教师可向同学们展示萤火虫发光的实验视频，视频播放结束后教师引导学生分析萤火虫发光现象的机理，引导学生联系物理学中能量守恒与转化定律：“发光需要能量，能量不会凭空消失，也不会凭空出现，只能从一种形式转化成另一种形式。”教师可鼓励学生针对实验中出现的不同现象提出疑问。学生联系之前所学的“细胞中的能源物质”有关知识，小组之间开展关于“谁是发光的直接能源物质”的辩论，学生通过互相之间观点的碰撞，进而激发思维的火花，不断完善自己的认知，从而获得知识。

这种真实情境的创设，以萤火虫发光的原理为主线，引导学生分析科学家所做实验中不同的实验现象：装有萤火虫发光粉末的三个试管中同时出现荧光，一段时间后消失，再次向三个试管中分别加入等量葡萄糖、ATP制剂、蒸馏水后，只有加入ATP的试管中出现了荧光。引导学生根据这些不同的现象提出问题、寻找证据、会用证据验证猜想和假说，进而培养学生批判性思维的分析性与思想开放度。

（二）巧用“思考·讨论”栏目创设问题

人教版高中生物教材的“思考·讨论”栏目能促进学生的知识理解和科学思维提升。教师可依据不同栏目类型特点，设计问题层级递进，启发学生思维[9]。例如高中生物必修一第四章第1节物质跨膜运输的实例中思考与讨论栏目的内容：（1）红细胞内的血红蛋白等有机物能透过半透膜吗？（2）红细胞的细胞膜是不是相当于问题探讨中的半透膜？

在教学实践中，教师可以引导学生回顾以哺乳动物红细胞为材料制备细胞膜的方法，分析红细胞吸水涨破的原理，结合“水分进入红细胞的状况”实验，引导学生总结渗透作用发生的条件，从而得出红细胞的细胞膜相当于半透膜这一结论。通过引导学生比较本节“问题探讨”中玻璃纸这种半透膜与红细胞这种半透膜之间的区别，归纳概括出细胞膜的功能特点：选择透过性。这时学生便对生物膜的功能有所认知，进而推理得出问题（1）的正确结论：因为选择透过性膜具有生物活性，细胞能根据自身需要有选择性地渗入和渗出，因此正常情况下血红蛋白等有机物不能透过细胞膜。实际教学过程中教师可以巧用“思考·讨论”栏目对问题设置的顺序进行适当调整，或对问题广度和深度做出调整，设置问题要层级递进，符合学生思维和认知发展水平，使学生在分析和解决问题的过程中获得知识和方法，发展批判性思维倾向的求真度与分析性，从而达成教学目标。

（三）依托生物科学史创设问题

生物科学史是生物学科发生和发展的历史。它不仅记载了生命科学知识和理论的形成过程，而且蕴含着丰富的科学思想、科学方法、科学世界观以及科学精神、科学态度等内容[10]。因而具有很高的教育价值。高中生物教材中关于生物科学史的内容较多，现以高中生物必修一第三章第1节对“生物膜结构的探索历程”为例，设计教学过程以培养学生的批判性思维。

20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，第一次得出细胞膜是由脂質和蛋白质构成;1959年，罗伯特森在电子显微镜下看到了清晰的“暗-亮-暗”三层结构，得出所有生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质这样的三明治结构构成，并将生物膜描述成为静态统一的结构。教师这时可向学生提问：你对生物膜是静态的观点有质疑吗？如果是静态的，细胞的生长、变化、变形虫的变形等运动能实现吗？学生对细胞膜是静态的这一观点产生质疑，显然静态结构满足不了细胞的生长、发育过程，细胞无法完成物质运输和信息交流，故生物膜不是静态的结构，学生猜想生物膜具有流动性。经过自主学习得知：1970年科学家用荧光标记法证明了细胞膜具有流动性;1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多处人接受。

依托生物科学史设计问题，解决问题，有助于发展学生的批判性思维，在生物科学史的呈现过程中，教师可以根据科学原理发现的过程引导学生逐步认识科学家的探究历程，在此过程中学会对科学家提出的观点进行批判、质疑。在质疑过程中激发学生的好奇心和求知欲，并主动探索真理。教师通过引导学生基于问题进行假设、演绎、推理，进而得出正确的结论。

四、结语

培养学生的批判性思维习惯和能力，是包括生物学科课程在内的课程的核心目标之一。批判性思维的培养目标是促进学生的全面发展，科学合理地制定针对批判性思维培养的原则和策略，有利于实现生物课程应有的育人价值，PBL教学法是一条非常有效的途径。

参考文献：

[1] Saputra，M.D.，Joyoatmojo，S.，Wardani，D.K.，et al. Developing Critical-Thinking Skills through the Collaboration of Jigsaw Model with Problem-Based Learning Model[J]. International Journal of Instruction，2019，12（01）：1077-1094.

[2] 汪青. 国内医学院校PBL教学模式的应用现状及问题剖析[J]. 复旦教育论坛，2010（05）：88-91.

[3] 陈亚荣，康公平，罗充. 核心素养导向下的PBL教学[J]. 今古传奇：文化评论，2019（04）：203.

[4] Birgili，B.. Creative and Critical Thinking Skills in Problem-based Learning Environments[J]. Online Submission，2015，2（02）：71-80.

[5] 魏雨. 基于问题串教学的生物学科科学思维方法培养研究[D]. 武汉：华中师范大学，2019.

[6] 王美岚，王琳. 布鲁纳的发现学习及其启示[J]. 当代教育科学，2005（21）：42.

[7] 李成平. 高中生物课堂生活化教学的理论与实践探究[D]. 西安：陕西师范大学，2015.

[8] 张晓洁. 课堂教学的预设性与生成性研究[D]. 兰州：西北师范大学，2009.

[9] 王耀村，沈伟云. 基于科学思维培养的思考与讨论栏目教学策略[J]. 中学生物教学， 2021（16）：23-26.

[10] 林忠. 重视高中生物科学史教学培养学生生物科学素养[J]. 中学课程辅导：教师教育，2015（11X）：12-13.

作者简介：张卫东（1967—），男，硕士，佳木斯大学生命科学学院系主任，教授，研究方向为生物学教学;李瑞（1997—），女，学士在读，佳木斯大学，研究方向为生物学科教学。