高中生物教学中多元思维的培养策略研究

2023-05-30郑梦清赵晨霞李晓兰江会鹏邵美霞

赤峰学院学报·自然科学版 2023年3期

郑梦清　赵晨霞　李晓兰　江会鹏　邵美霞

摘要：高中生物课程标准要求培养学生的创新能力，为国家培养创新型人才，多元且开放的思维应是创新型人才所具备基本条件。将多种思维形式组合在一起的多元思维结构，具有连贯性、整体性和灵活性等特征。在教学中，培养学生的多元思维能力需要教师和学生的共同努力，教师应采用适合开发思维的教学方法和教学策略，进而调动学生勤思考的积极性，为创新型多元思维的形成奠定基础。高中生物学是一门与其他学科知识交叉密切的学科，通过跨学科多层面学习生物、创情境多维度体现生物教学、图表化多途径梳理生物知识、一题多解拓展思维等，并以此带动学生思维能力的提高，从而最大化地发挥高中生物的教育意义。

关键词：生物教学；多元思维；跨学科；图表化

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2023）03-0114-05

1 引言

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》要求学生要养成科学思维的习惯和创新实践能力[1]。生物学是在不断地实验和探索汇总寻找创新的一门科学，科学思维的培养是高中生学习生物应具备的基本技能，在高中生物教育中应予以重视。科学思维的养成过程对其他思维的发展起到至关重要的作用。人在成长的过程中，通过不断学习文化知识，经历着多种思维的组合过程，如形象思维、批判性思维、逆向思维、发散思维等。多元且开放的思维应当是创新型人才所具备的，在高中教育阶段强化对学生多元思维的培养，引导学生从不同视角、层次，提出新奇独特的、有社会价值的问题，而且能够分析并解决问题，从而帮助学生突破习惯性思维[2]。

2 多元思维的内涵和特征

多元思维是指多种思维形式组合在一起的思维结构，如批判性思维、创新思维、发散思维、逆向思维等[3]。多元思维具有连贯性、整体性和灵活性，连贯性表现在思维主体分析和解决问题时，能够运用自身具备的多种思维连贯地分析问题的本质；整体性是指思维主体自己拥有的多种多样的思维形式；灵活性是指当思维主体遇到问题时，可以克服思维定势，在此思路不通的情况下，调动其他的思维去解决问题[2]。

3 高中生物教学中多元思维的培养策略

3.1 跨学科多层面学习生物

普通高中生物学课标中明确提到要跨学科学习，Ivanitskaya等学者也提到跨学科学习可以有效促进问题解决、决策制定、批判性思维和创造性思维能力及学生综合能力的发展[4]。

自然科学包括数学、物理、化学、生物、地理等学科，这些学科的思维方法、基本原理、研究内容在不同学科间存在一定的相似性或相关性，生物学与其他学科结合形成的新学科如表1所示。

生物与化学的结合是非常紧密的，如生物学中“细胞中的水”一节中，水能作为细胞中良好的溶剂取决于水的分子结构，这就涉及了水分子的化学性质、空间结构、电子分布、氢键存在及其对水所具性质等化学相关的内容；由于水分子含有氢键，导致水具有较高的比热容，比热容是物理学上的重要概念；生物与地理的结合，如“群落的主要类型”一节中，由于地理分布的差异引起水分、温度的变化，而形成了不同的群落类型。

生物学和数学是相互渗透、共同发展的。高中生物涉及大量的数学图形、数量关系和数学运算等，生物学和数学的结合形成了生物数学这门学科，多年来两学科相互结合的内容，比如脱水缩合、孟德尔的遗传定律等计算题。生物学和数学的发展是相辅相成的，运用数学的思维去解释生物现象，可以促进学生对生命观念的理解。

生物学不但与其他自然学科相关联，与人文社会科学也有相关联内容。在高中生物教学中，需要将人文思维与人文精神相结合，实现培养高素质创新人才的需求。生物与语文的结合，经常使用的就是将古诗词融入生物课堂教学中，古人的诗词中蕴含许多大自然的生物奥秘或现象。如在学习“细胞的能量‘货币ATP”一节中，引入唐代诗人杜牧《秋夕》这首诗，既能让学生欣赏古代诗词的意境美，提高文学素养，还能激发学生对诗中生物现象的好奇心；生物与历史的结合，生物学的发展，本身就是一部科学史，应重视利用科学史进行教学。科学是一个不断发现、论证、改正和发展的过程，而对生物科学史的研究有助于学生理解科学家们探究生物界的经历，在这个过程中，有助于学生了解科学的本质，学习科学研究的思路和方法，进而让学生深刻认识并学习到科学家的刻苦努力、实事求是、无私奉献等科学精神，这对学生的生物学科核心素养的提升有很大的帮助[5]；生物与政治的结合，课程思政是目前的研究热点之一，教师应当积极挖掘教材中隐含的课程思政元素，可从科学史、生态文明、生物安全、社会热点和生产实践五个方面去挖掘思政元素并在教学中应用[6]。例如人教版高中生物选择性必修1中包含很多与生态相关的知识，在学习过程中，教师可引导学生理解人与生态系统的关系，树立人与自然和谐共生的观念，践行“绿水青山就是金山银山”的理念，培养学生的生态意识，提倡绿色低碳生活。

在教学过程中，跨越学科边界，穿插不同学科的知识和内容，不仅有利于学生从横向去学习知识，从而拓宽知识面，整合知识点，还可以帮助学生摆脱原有的习惯性思维，拓宽视野，从其他学科的角度看待和分析问题，实现对问题的创造性解决和突破[4]。

3.2 创情境多维度体现生物教学

真实情境可以培养和考查学生的核心素养。关键能力必须在真实情境中通过学生的思考、分析和探究等活动才能得到发展。知识和教学情境猶如汤和盐，汤里不放盐就会食之无味，如果学习知识不和生活联系起来，就会使学生丧失学习的兴趣和快乐。

根据情境的作用分类，可将情境分为激发型情境、解释型情境和探究型情境。激发型情境指创设的情境以激发兴趣为目的，可以是一个模型、一个故事、一段视频等。

图1的问题探讨材料中提到的某些科幻电影中恐龙复活的场景，在现实生活中不可能出现，但场景的描述或展现能给学生们一个猜想：灭绝的生物能否利用它们的DNA复活？DNA是如何工作的？大胆的想象力不仅符合本节的主题，也激发了学生的学习兴趣。因此，上述材料可作为激发型情境运用到教学中。

解释性情境是一种帮助学生更好地理解所学知识并帮助学生更好地实现学习目标的情境，可以是一个模型、一个类比或者是一个实验等。例如，在讲授细胞中的能量时，可以将ATP比喻成零花钱，相当于随身口袋中的钱，随用随取；磷酸肌酸比喻为家中临时存放的现金，用于转移和支取；糖类看作是活期存款，需要用到时，随时支取；脂肪比喻为定期存款，储备用，轻易不取。

探究型情境是指创设的情境可以引导学生开展探究活动，可以是生活中的一个具体现象、一个探究实验或者是一个科学研究故事等。比如，在学习“酶的特性”一节，可以询问学生为什么加酶洗衣粉用温水洗的效果更好，而且水的温度不能超过50℃？从而让学生去进行影响酶活性的条件的探究实验。

除了上述情境类型外，教师还可以从日常生活、社会问题、科学家故事、科学史、科学实验、学生认知冲突等方面来创设情境。各种不同情景的交错使用可能会激发思维的改变，学生根据老师所设定的具体环境，更好地探索所学知识，在理解和辨析中发现问题和解决问题，将思维过程的结果转化为知识，完成知识传递、升华至应用的过程，从而增强思维、推动学生的多元思维的发展[7]。

3.3 图表化多途径梳理生物知识

在生物教学中，图表化通常包括概念图、思维导图、生物图表等形式[8]。图表既可作为组织课程内容的培训工具，又可作为学生整理笔记和组织学习内容的工具，从而促进对知识的巩固；它还可以作为一种评估工具，用于评估学生的学习效果，并为教师或学生提供反馈[9]。但这三种图表化形式容易混淆，教师在使用时应该提前熟悉它们的制作原理、侧重点和和使用方法等，从共性和个性、优势和劣势等多方面应用于教学中。

3.3.1 概念图

美国心理学家诺瓦克（Joseph D. Novak）创造了概念图，它是一种组织和表征知识的工具，其包含许多概念以及概念和命题之间的关系[10]。概念图尤其特有的特征：概念图中最广泛和最一般的概念位于顶部，较详细、较不广泛的概念位于下部，形成概念間的层次结构；概念图中概念与概念之间的关系可以是直接的，也可以是交叉的；概念图中有许多具体的例子，列举的概念越多，就越有意义，对完整内容的理解就越好；对于同一知识领域的不同人制作的概念图因人而异，因为每个人对同一事物的理解可能不同，所以他们也会制作出不同的概念图。

图2给出了组成细胞的分析的概念图，从图中可以看出，该概念图的优点在于它比较清晰地表述了概念与概念间的逻辑关系，层次清晰。创建一个良好的概念图的过程就是一种非常有创造性的活动，学生创建概念图时必须事先了解概念之间的逻辑关系，尤其是新旧概念间的关系更加重要，用旧概念引出新概念，新概念反馈旧概念，创造出概念间合理的层次结构，形成更有意义的学习活动[8]。

3.3.2 思维导图

思维导图可表达发散思维[11]，由东尼·博赞（Tony Bozan）提出并创建的一种简单但有效的思维工具；通过各种图形、图形技能、文本等方式代表各级主题之间的关系。层次图是相互关联的，并将主题中的关键字词与图像、颜色等有机组合在一起，由一个个不同的小层次图组合成一个大层次图的思维导图。图中每一个关节点都与中心主题有联系，且每个关节点也可成为另一个中心主题，众多关节点向外分散形成思维导图。思维导图可以根据个人的想法来绘制，就如同个人创作的作品一般，十分有趣。

图3以组成细胞的分子为例，从该图框架结构可以看出，运用并列式和递进式将主要内容关联在一起，明晰地体现了各关节点之间的关系以及与各主题之间的联系。思维导图对于记忆、学习和思考等来说，是一种良好有效的思维方式，因为它可以利用三者的规律使人们在科学与艺术、逻辑与想象之间均衡发展，这有利于激发人脑的潜力[12]。思维导图能够促进多元思维的发展，无论是思维的深度和广度，还是思维质量[8]。由于制作思维导图像画画一样，没有限制、灵活开放，很容易被学生接受、把握和应用，也提高了学生的创新思维。

3.3.3 生物图表

生物图表包括图解和表解，图解可利用图形、文字和文图结合等形式呈现，图形与文字的有效结合能清晰地表现知识点与生物体组织或器官等之间的紧密关系，如图4的光合作用光反应和暗反应的图解。

表解容易形成清晰的对比关系。如表2，用表解形式总结光合作用的过程，从光合作用条件、时间、反应场所、物质变化、能量变化和完成标志等几个方面清晰地表明光反应阶段和暗反应阶段的差异，但二者之间也有相关性，所以又说明了两者之间的关系。

图表是信息的重要载体和工具。图表可以更好地创建新的情景，提供新的材料，它不仅可以反映生物的形态结构和生理过程等，而且可以对厚重的知识进行总结，反映知识之间的关系和区别。在教学中合理应用图表来创造问题情境，可以生动形象地激励学生，有效克服困难，突出重点，让学者更直观地理解知识的本质，更好地认识，更好地记忆；通过绘制生物图表，学生可以将复杂的知识直观、综合和结构化地表达出来，便于学生理解和巩固。对于学生来说，有两大好处，一是可以增加学习方式，二是通过这种学习方式，学生可以将不同的图表运用到知识的学习和整理中，这不仅可以培养了良好的思维习惯，还能提高用不同表达方式来表达同一知识点的能力[13]。

概念图、思维导图和图表皆有利于提高学生的理解、记忆和思维能力，以促进知识的整合、巩固、传播和创新。同一主题的概念图、思维图和生物图表取决于作者的知识结构、思维方式、理解水平和经验。他们创造了完全不同的形式，展示思维的多样性、层次性和发展性，有利于培养学生的多元思维。

3.4 一题多解拓展思维

“一题多解”是一种思维过程，从不同的角度和方向考虑和分析同一问题中的数量关系，并使用不同的解决方案来实现相同的结果。通过以不同的方式解决相同的问题，学生可以学会从不同的角度分析和解决问题，从而开拓他们的思维。下面我们来看看如何通过一道典型题培养学生的思维能力。

例：基因型为HhkkMm（无连锁）的个体自交，求后代表现型与亲本不同的比例为多少？

3.4.1 类推法

孟德尔的遗传定律中的分离定律或自由组合定律的共同点就是可以用类推法进行实例解题。如例题中基因型为HhkkMm的个体有3对基因，在高中生物学教科书中未提到3对基因自交的解题方法，其实对例题中HhkkMm中的3对基因进行仔细分析，自交后的后代其实是2对等位基因，因为1对基因是纯合体kk，kk自交产生的后代，基因型都是一样的，所以不考虑kk自交，剩下的就是HhMm这2对等位基因进行自交，我们发现它是符合孟德尔的自由组合定律的，教科书上2对等位基因自交产生的后代中，不同表现型所占的比例是9：3：3：1，9是双显性状、3是单隐性状、1是双隐性状，而基因型为HhMm的个体是双显性状，因此，其自交的产生的后代中非双显性状的比例是（3+3+1）/（9+3+3+1）=7/16。

3.4.2 直接法

直接法就是将基因型为HhkkMm的个体的3对基因拆开来看，然后再进行组合。首先是第1对基因Hh，Hh和Hh自交，其后代的基因型及其比例是HH：Hh：hh=1：2：1，由于HH和Hh的表现型相同，因此可写为H_：hh=3：1；然后再看kk自交，其产生的后代都是kk，皆为隐性性状；最后再看Mm自交，和Hh自交一样，同理可得，其后代的表现性比例为M_：mm=3∶1。将其组合，后代与亲代不同的有H_kkmm占3/4×1×1/4=3/16；hhkkM_占1/4×1×3/4=3/16；hhkkmm占1/4×1×1/4=1/16；共有3/16+3/16+1/16=7/16。

3.4.3 间接法

间接法就是使用逆向思维，可以先求出后代与亲本表现型相同的比例，再求不同的比例。后代与亲代表现型相同，即求H_kkM_所占的比例为3/4×1×3/4=9/16；后代与亲代表现型不同的比例为1-9/16=7/16。

3.4.4 棋盘法

基因型为HhkkMm的个体自交，即父本和母本是相同的基因型，母本和父本都可以产生4种配子，即HkM、Hkm、hkM和hkm，结合方式有4×4＝16种，再判断其表现型，后代与亲代表现型不同的有7种，所占的比例为7/16（字体加粗的基因型），如表3所示。

“一题多解”提高了学生解决问题的能力。通过帮助学生理解问题本身的规律，侧面扩展了学生的思维，让学生在解决问题时从横向和纵向一起考虑，这重点体现了教师培养学生的多种思维方式，提高思维质量[14]。

“一题多解”能够激发学生学习兴趣。“一题多解”可以使学生的学习内容更加有组织、有序和完整。学生在学习期间熟练地使用基本技能，不断增加知识储备，提高解决问题的技能，使学生的思维更加广泛和灵活。

“一题多解”有利于学生透过表面看本质。通过“一题多解”，帮助学生透过表面揭示本质，培养学生综合思考问题的学习能力，快速识别主次问题，对具体问题进行具体分析；在解决问题的过程中，逐步总结不同类型问题与相关类型问题之间的关系，并结合基本解决方案和技能，以提高学生的综合能力。

4 总结

现今，为国家培养创新型人才是教育的重中之重，多元思维应是创新型人才所具备的能力，学生多元思维能力的培养并非一蹴而就，除了跨学科学习、情境创设、图表化学习和一题多解的方法外，还有其他的教学策略和方法有待教育者们用心探索，使用正确的方法培养学生的多元思维能力，使课堂教学更有趣和高效，让学生爱上生物课堂，提升生物课堂教学质量。

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参考文献：

〔1〕中华人民共和国教育部制定.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，2020.1-2.

〔2〕莫棋棋.高中历史教学中学生多元思维的培育研究[D].广西民族大学，2022.

〔3〕王祥传.多元思维指引下历史教学设计初探[D].华中师范大学，2014.

〔4〕杨舒婷.高中生物学课堂中跨学科教学对学生思维能力培养研究[D].湖南师范大学，2021.

〔5〕朱永梅.高中生物科学史教学现状及对策研究[D].苏州大学，2014.

〔6〕王星，杨心媛，字发.例谈“课程思政”在高中生物学教学中的应用[J].课程教材教学研究（中教研究），2022（Z6）：9-11.

〔7〕李晓影.基于情境教学的高中生物学科学思维的培养[C]//.对接京津——扩展思维基础教育论文集，2022.800-803.

〔8〕陈欣.概念图、思维导图和生物图表的辨析[J].生物学通报，2008，43（10）：38-40.

〔9〕〔10〕刘恩山.中學生物学教学论[M].北京：高等教育出版社，2009：86-87，84.

〔11〕孔召萍.思维导图在小学英语复习课中的应用研究[D].云南师范大学，2017.