基于科学思维培养目标的高中生物教学策略探究

肖正清

摘 要：在高中生物教学中，基于发展学生生物核心素养、深化知识理解、提高问题解决能力的需要，培养学生科学思维具有必要性。现阶段的生物教学中，教师以讲授为主的教学方式、以“刷题”为主的巩固方式以及学生探究意识和能力薄弱，这些都影响了学生科学思维能力的提升。高中生物科学思维培养可从三个方面展开：一是强化问题情境的创设，以“问题”或“问题串”贯穿教学始终，促进学生科学思维能力提升；二是立足教材，开展多元化的生物实验或实践活动，以实践为主线培养学生科学思维以及动手实践能力；三是引入STSE试题教学策略，严格按照新课改和新高考的要求设计生物试题，改变漫无目的的“刷题”现状，促进学生科学思维能力提升。

关键词：高中生物；科学思维；培养对策

中图分类号：G633.91   文献标识码：A   文章编号：1673-8918（2023）11-0145-04

一、 引言

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确了“科学思维”系生物学科四大核心素养之一。在高中生物的教学中培养学生的科学思维，有助于学生的生物逻辑判断能力得到提高，使学生解决实际问题的能力也得到培养，从而更好地促进学生“终身发展”。

高中阶段，生物学是建立在实验基础之上的自然科学，在培养学生科学思维方面具有显著的优势。然而，教学实践中，传统以讲授为主的教育模式，导致学生在课堂上主动思考较少，思维不够灵活，甚至出现定势思维的现象。这种思维定势，不仅影响学生对生物学基础知识的理解，更影响学生解决生物实际问题能力的提升。文章中，笔者立足近年来关于生物学科学思维的研究，探索基于科学思维培养目标的高中生物教学对策。

二、 高中生物科学思维概述

（一）科学思维的内涵

《辞海》对“思维”的定义为“理性认识的过程、结果”；著名哲学家马克思和恩格斯认为“思维是人脑的产物，是客观事物在人脑中的反映”，这一表述方式显得更为直观。综合学者们关于思维的概述，笔者认为：思维是一种运用已有经验对现实问题的高级认知和加工过程，从而建立对事物更为直观的认知和理解，在此过程中也解决实际问题。

在“思维”前面加上“科学”二字，构成了“科学思维”，其目标性和指向性也就更强。关于科学思维的内涵，研究者们基于研究视角的差异也有不同的理解。笔者认为：所谓科学思维，是学习者基于现实问题，运用科学的原理和方法，通过大脑的高级认知和加工而认识事物、解决问题的理性思维方式。文章中，笔者所指的科学思维，是基于核心素养的高中生物科学思维，是构成生物学学科核心素养的重要维度。

（二）科学思维的方法

科学思维是一种高度理性的思维，具体包括五种思维方法。

1. 归纳与概括

所谓归纳，是从个别到一般的过程，是归拢使之有条理，是学生在生物学习中通过对个别事物的分析与总结，推导出一般概念、结论的思维方式，是一种“抓要点”的过程。例如，在学习了细菌、衣原体、支原体的相关知识之后，将其归纳为原核生物。

而概括则是通过对事物共同特点的分析与总结，以简明扼要的方式描述其内涵和特点。例如，在原核细胞和真核细胞的学习之后，学习者可以对两种细胞的共同特点进行概括，即可概括出两者均具有细胞膜、细胞质和以DNA为遗传物质的特点。

在生物学习中，归纳与概括是重要的科学思维方式，两者相互关联，密不可分。

2. 演绎与推理

演绎与推理是与归纳法方向相反的思维方式，是从一般到特殊的推理方法。演绎与推理的推理要求前提和结论两者之间具有必然的关联性，因此是一种确实性的推理。例如，学生学习真核生物后，结合其对真核生物内涵的理解，明确真核生物包含植物、动物以及真菌等。

3. 模型与建模

作为一种重要的科学思维方式，模型与建模要求学习者在学习过程中能抓住事物的主要特点，找准事物间的关系和规律，确定自变量和因变量，从而将复杂事物简单化，形成一种可推演的模型。生物学习中，生物学模型主要分为三类：①概念模型；②物理模型；③数学模型。针对不同的模型分类，建模的方法也有所不同。如建立物理模型可以通过制作实物模型的方式将复杂的问题简单化；而数学模型的建模，则可以利用数学公式表示生物学规律。

4. 批判性思维

批判性思维是一种重要的科学思维方式，是指学生在生物学学习过程中，敢于提出质疑和挑战。培养批判性思维，对提高学生发现问题、分析和解决问题的能力具有积极的意义。例如，教师在指导学生学习转基因食品的过程中，可以联系生活中的食品安全问题，引导学生辩证地就转基因食品的“安全性”进行思考和讨论。

5. 创造性思维

创造性思维具有发散性特点，所以也称为发散性思维，是指学生在生物学习中，不局限于某一种解决问题的方式，而是可以多方面思考问题，从而探索出更多的解决问题的方法。在生物学习中，开展调查研究等学习活动，对培养学生的创造性思维能力、发展学生的创新意识具有积极的意义。

三、 高中生物教学中培养学生科学思维的必要性

（一）发展学生生物核心素养的需要

近年来，伴随着教育改革的不断深入推进，核心素养已经统领了时代教育思想。高中生物核心素养中，科学思维占有重要的席位，因此，在高中生物教学实践中，教师要把科学思维的培养置于重要的位置。为了更好地发展学生生物核心素养，高中生物教师应当突破传统教育瓶颈，强化学生科学思维能力培养，以全面提高教学实效。由此可見，基于科学思维能力培养的高中生物教育，教师不断优化教学方式，提高学生归纳总结、演绎推理、批判性等理性思维能力，将更有助于发展学生生物核心素养。

（二）深化知识理解的需要

近年来，教育改革不断深入推进，以深度学习理念为指导的教学课堂，要求学生对知识的理解建立在高阶思维的基础之上，而非停留于低阶思维的浅层认知。停留于低阶思维的浅层认知，学生因对知识的深入理解不足，因此常常采取死记硬背的方式达到记忆知识的目的。基于科学思维培养的高中生物教学，教师将立足五种科学思维培养的方法，不断优化教学方式，这不仅能够促进学生高阶思维的发展，同时也有助于深化学生对生物科学知识的理解。例如，教师在高中生物教学实践活动中有意识地培养和发展学生的归纳与概括思维能力，能够促使学生在生物学习中，用科学的思维总结、归纳和概括相关的生物概念、规律等，归纳概括的过程也就是学生深入理解知识本质内涵的过程。除此之外，批判性思维、创造性思维等的培养，均有助于促进学生高阶思维的形成，最终为构建深度生物学习课堂奠定基础。

（三）提高问题解决能力的需要

应用所学习的理论知识解决实际问题，是教育改革背景下教师教学的重中之重。学以致用，方是教育的出发点和落脚点。就传统生物教学课堂来看，学生习惯于接受，思维的活跃度不够，定势思维影响了学生问题解决能力的提升。同时，为了提高学生的解题能力，部分教师采取了题海战术的训练方式，在加重学生学习负担的同时，也影响了其科学思维能力的提升。基于科学思维培养的高中生物教学，教师将采取多元化的思维训练方式，不断活跃学生的生物学习思维，尤其是批判性思维与创造性思维；而学生思维能力的提升，将有助于促使其在解决实际问题的过程中，更加灵活多变，解决问题的能力也将得以有效的提升。

四、 影响高中生科学思维能力提升的主要因素

（一）以讲授为主的教学方式

知识的讲解以单向的讲授为主，学生一直处于“听”“记”的状态，这是高中生物教学中影响学生科学思维能力提升的主要因素之一。在以教师讲授为主的教学模式下，学生的主动学习思维并没有得到有效地激发，而是一直处于被动接受的状态。这种状态持续久了，学生会怠于思考和探索，而习惯于接受的学习状态，将会直接影响学生科学思维能力的提升。

（二）以“刷题”为主的巩固方式

在高中生物教学中，学生知识的巩固方式也在一定程度上影响其科学思维能力的形成与提升。就当前的高中生物教学而言，以“刷题”为主的知识巩固方式普遍存在。而“刷题”，即我们常说的“题海战术”，学生通过大量做题来达到巩固知识的目的。当学生的课余时间都沉浸在“题海”之中，其自主思考的时间和空间将会受到极大的制约，从而影响学生科学思维能力的提升。

（三）学生的探究意识和能力较为薄弱

学生的生物科学思维，与其探究的意识、能力息息相关。若学生在生物学习过程中有较强的探究意识和能力，其科学思维能力将会得到显著地增强。而教学实践中，笔者发现：由于习惯了接受，学生在生物课堂、日常生活实践中探究的意识和能力处于较为薄弱的状态。例如，部分教师在生物教学课堂中构建小组合作探究的教学模式，但学生的合作探究意识、能力有待提升，导致小学合作学习模式的构建往往难以取得理想的教学效果，甚至难以实现教学目标。

五、 基于科学思维培养目标的高中生物教学对策

基于上述分析可以看出：在新课程改革背景下，高中生物教学把培养学生的科学思维列入重点考虑的内容具有必要性。结合影响高中学生科学思维能力提升的主要因素，笔者认为，把科学思维培养作为重要目标的高中生物教学可以从如下几个方面进行。

（一）创设问题情境，培养科学思维

在教学实践中，“問题”与“思维”之间往往具有密不可分的关系。高中生物教师可以巧妙地通过创设问题教学情境的方式设疑、启发和解惑，促进学生深入探究、分析、总结，进而达到全面提升生物科学思维能力的目标。

例如，高中生物《分子与细胞》章节的教学中，本章节的教学涵盖很多知识点，笔者以“细胞的能量‘货币’ATP”为例，在教学中，笔者立足核心素养的教育思想，紧密结合教学内容进行了教学目标、教学重难点的设计。以下简要阐述问题情境创设的过程：

首先，创设问题导入情境，激发兴趣，激活思维。导入作为教学的关键环节，通过创设问题情境作为课堂导入的方式，更有助于活跃教学课堂，培养学生的科学思维能力。本节课教学中，笔者以杜牧诗句为背景播放了萤火虫飞舞的视频，然后提出问题：①萤火虫为什么会发光呢？②发光的过程，是否会产生能量的转换？③其生物学意义是什么？上述三个问题，不仅有助于引入教学内容，同时紧密贴近学生的生活。教师引导学生对上述三个问题的思考和解决，不仅能够培养其科学思维，同时也有助于提高其生活实践能力。

其次，创设问题情境，突破教学重难点。本节课的教学中，教师教学的重点在于科学引导学生深入理解ATP的化学组成、特点以及在能量代谢中的作用；把握ATP与ADP的相互转化。为了突破教学的重点和难点，笔者采取的方法如下：①学生自主阅读课本并思考问题：ATP是什么？结构简式是什么？为什么其是高能磷酸化合物？如何构建ATP模型？②阅读教材中有关“ATP与ADP”相互转化的素材，然后通过小组合作学习讨论的方式分别填写ATP水解与合成的反应式、酶的类型、场所、能量来源与去向。

最后，以拓展性问题培养学生的科学思维。不断拓宽学生对知识学习的广度和深度，是高中生物教学的重中之重。在本节课教学中，为了拓宽学生的知识面，笔者提出了拓展性的问题：结合生活实际思考还有哪些生命活动需要ATP功能呢？上述的问题具有启发性，启迪学生紧密结合生活实际思考问题，也能够在一定程度上促进其科学思维能力的提升。

从上述教学案例可以看出：以“问题”为核心和主线的教育模式，对学生科学思维能力的培养、学习主观能动性的激发都具有重要的意义。因此，高中生物教师应当以核心素养为指导，通过“问题”或者是“问题串”的设计，巧妙地培养学生的科学思维能力，以发展学生生物核心素养。

（二）开展实践活动，培养科学思维

实践是检验真理的唯一标准。生物作为一门以实验为载体的自然科学，实验活动的开展是教师全面提高学生科学思维能力的有效手段。在高中生物实践活动的开展方面，笔者提出两点建议：一是高中生物教师要严格按照生物教材的要求，积极开展生物实验，以实验为主线培养学生的生物科学思维；二是教师在生物教学中，可以巧妙地开展一些富有趣味性的生物实践活动，引领学生在实践探究的过程中形成生物科学思维。

以《分子与细胞》教学中“探究植物细胞的吸水和失水”为例，从教学主题“探究”二字可以看出：本部分知识点的教学，应当以探究活动的开展为主，方能更好地助推教学目标实现。因此，在本节课教学中，笔者严格按照教材中的“探究·实践”教学思路，以小组合作的方式，引领学生积极参与了探究性的实验活动。在实验进行的过程中，从制作临时装片、低倍镜下观察细胞形态、滴加蔗糖溶液后低倍镜下观察全体过程，都由学生小组自主完成，教师仅仅是处于引领和指导的地位。在实验活动开展的过程中，每个小组均有相应的表格，学生需要自主观察实验现象、记录实验结果。

在实验结束之后，教师提出问题，进一步升华学生科学思维的培养效果：①质壁分离的条件是什么？②什么细胞可以发生质壁分离呢？③相同浓度的溶液，不同细胞质壁分离是否相同？④同一细胞在不同浓度的蔗糖溶液中是否都能够发生质壁分离？针对上述问题，每个学生小组结合自己实验的过程进行深入的思考并解答。

（三）引入STSE試题教学策略，培养科学思维

在当前的高中生物教学中，STSE试题是顺应新课改和新高考的新题型策略。作为高考生物试题中的热点和亮点，这类试题不仅强化了学生基础知识的巩固与应用，同时对学生模型转化、思想方法等的考察也较为全面。为了有效地规避传统“题海”式的知识巩固方式，高中生物教师可以巧妙地引入STSE试题教学策略，以更好地培养学生的生物科学思维。

例如，在“光合作用与能量转化”的教学中，为了帮助学生巩固知识，笔者立足教材和教学目标，充分利用教辅材料，结合光合作用的场所、过程、原理及应用等，引入了STSE试题教学策略，相关的试题不仅具有针对性，同时也立足新课改和新高考前沿，有效地提高了生物知识巩固的实效性。

六、 结语

教育改革背景下，高中生物教学中培养学生的科学思维，是深化学生对生物知识的理解、提升学生解决问题的能力、发展学生生物核心素养的必由之路和有效途径。而传统以讲授为主的教学方式、“刷题”为主的巩固方式以及学生薄弱的探究意识和能力，对高中学生生物科学思维能力的发展和提升形成了障碍。只有把培养学生的科学思维列入重点考虑的内容，创设问题情境引导学生思考，开展实践活动引导学生归纳综合，引入STSE试题教学策略有效训练学生思维，才能真正打开学生生物科学思维的大门，让学生生物科学思维得到良好的发展，最终发展生物学核心素养。

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