新课标下培养生物科学思维的实践与研究

樊红娟

【摘要】科学思维能力的培养是新课标下高中生物教学的重要目标，是学生形成正确的生物观念以及科学地利用生物知识分析问题并实践运用的基础，所以如何在课堂教学中渗透生物科学思维具有重要的研究意义。学习方法、逻辑推理能力以及生活应用的讲解都是渗透科学思维的有效手段，有助于学生了解生物实验原理，体会生物学科的应用价值。

【关键词】高中生物；科学思维；新课标

科学思维是生物学科的核心素养之一，诸多的生物概念原理和規律均是科学思维的产物，大多是通过分析、比较、归纳演绎、抽象概括等一些学科思维方法形成的结果。因此，科学思维的渗透对于学生深刻理解生物学相关概念，了解生物知识的形成过程，掌握生物学科学习推理方法，具有重要的促进作用。本文从聚焦栏目设置、开展自主实验以及联系生活实际三个方面论述了高中生物课堂中实现学习方法渗透、逻辑推理能力培养以及生物应用价值观念形成的过程。

一、聚焦栏目设置，渗透学习方法

针对不同类型的学习栏目教师应设计不同的教学模式，以多样化的教学手段促进学生掌握更全面的生物学习方法，了解不同类型生物知识的形成过程。具体包括互动型、探究型以及拓展性，分别适用于发散思维、建构抽象模型以及了解前沿技术发展等领域的学习。

1.互动型，延展想象空间

互动型课堂模式主要应用于思考讨论、资料分析以及调查互动等教学内容，互动型课堂旨在通过课堂环节设计促进学生之间的互动交流，让学生在交流中发散思维，延伸想象空间，感受不同个体的思维差异，并在其中攫取不同观点的优势，实现优势互补，从而促进科学思维能力的发展。

互动交流是促进思维发散，延伸学生想象能力的有效手段。比如，在学习“基因对性状的控制”这一小节时，设计探究问题组织学生互动与讨论：“同一株水毛茛暴露于空气中以及沉在水中的叶片性状呈现不同的状态，分析这两种性状的叶子的基因是否相同？两种叶子出现不同性状的原因？”同学们在讨论中分析出两者的基因相同，之所以出现不同的性状是因为两者的环境不同（水下和空气中），并联想到许多受到环境影响二性状改变的生物个体，包括被绳子包裹的树干出现勒痕、雪兔在不同季节的颜色变化，等等。在讨论的过程中同学们各抒己见，充分地发挥了互动探究的作用，掌握了生物性状还受周边环境影响的理论。

2.探究型，建构学科模型

抽象概括与模型建构是科学思维的一种主要体现方式，在高中生物学习内容中存在许多难以直接观察，需要同学们发散思维进行抽象理解的知识点。因此，教师应有意识地开展探究性课堂，设置探究性问题，引导学生通过自主探究获取知识的形成过程，实现抽象模型的建构，从而对生物抽象规律有更深刻的理解。

鼓励学生动手探究，制作相应的教具模型对于培养学生的抽象模型思维有着十分积极的作用。比如，在学习“生物膜的流动镶嵌模型”这一小节时，首先初步讲解生物细胞膜的组成成分，记忆组成结构，之后引导学生探究制作细胞膜模型的方法，需要在模型中体现出细胞膜的结构特性以及功能组件。对于这一问题的探究，同学们将其分为两个方向，一是要保证模型能够准确表述细胞膜应有的结构和外貌特征，二是模型的组成能够体现出细胞膜在生命活动中起到的作用。比如对于膜上蛋白质的不同分布形式，同学们在模型中准备不同大小的物质代表蛋白质，将其分别附着于表面，贯穿整个模型等结构，充分体现模型的科学性。

通过自主探究，同学们获取了更加直观的学习体验，在制作模型的过程中对生物知识的理解更加透彻，能够将课本上的抽象表述转化为直观可见的生物模型，提高生物知识的应用能力和联想能力。

3.拓展型，了解前沿技术

了解生物学科相关的前沿技术发展对于帮助同学们形成生物学科科学思维是十分有利的，通过了解最新技术的发展，可以让同学们更清晰地感受到生物学科的发展应用前景，体会生物学科的社会应用价值并且熟悉生物学科发展的知识脉络，从而系统地掌握生物学科的科学含义，促进科学思维的发展提升。

对课本内容进行拓展，将学科前沿内容、相关知识背景引入到课堂教学中是开展拓展型课堂的常用方法。比如，在学习“胚胎工程的应用及前景”这一小节时，可以拓展当前比较热门的试管婴儿技术，引导学生进行探究，体会其中的生物科学价值。通过对试管婴儿技术的实现流程进行探究，同学们发现这一前沿技术应用属于胚胎移植概念的一种应用方式，通过体外受精后胚胎移植的方式帮助一些无法自然受孕的家庭实现生育计划。但是这一技术也存在许多的伦理矛盾，不管是从生物科学的角度还是社会伦理的层面都需要加以限制，让技术更好地服务于社会，而不是对社会造成不良的影响。

二、基于自主实验，指导逻辑推理

实验是生物学科的重要组成部分，实验过程以及实现结果的分析是逻辑推理能力的直接应用体现，结合生物课程设计自主实验，并让学生利用科学的方法对实验现象进行分析，推理得出相应的生物规律是培养学生生物科学思维的高效方式。

1.变换实验材料，比较不同现象

对比分析是逻辑推理的一种主要方式，在生物实验中通过改变实验材料可以得到不同的现象，对不同的实验材料以及现象进行对比可以有力地分析出生物实验过程的本质，帮助同学们深入理解生物活动过程。因此，教师应引导学生变换实验材料，比较不同的实验现象，对比推理相应的生物活动规律。

比如，在学习“物质跨膜运输的实例”这一小节时，需要同学们自主实验观察洋葱表皮细胞的质壁分离和复原现象，不同的溶液，观察在不同溶液下实验现象的区别，分析出现结果差异的原因。同学们分别利用两种浓度的蔗糖溶液滴到待观察细胞上，发现两种情况下细胞均发生质壁分离现象，但是对于低浓度溶液的实验中滴入清水后细胞又逐渐恢复到原始状态，而高浓度的对比实验中即使滴上清水也不会出现复原现象。对比这两种条件以及现象，同学们分析，较低浓度的溶液仅会使细胞脱水，当及时补充水分后还可以复原，但是较高浓度的溶液则会使细胞脱水死亡，所以不可能发生复原现象。在此基础上鼓励学生尝试用不同的细胞进行相同的实验观察现象。

2.分析实验数据，追溯差异因素

同学们在实验过程中难免会因为细节操作等问题导致最后的实验结果呈现一定的差异。对于这一现象，教师应该充分地加以利用，鼓励同学们分析实验数据中出现差异的原因，追溯导致差异现象的实验因素，帮助同学们更加深刻地理解实验本质的同时促进其科学思维的培养。

在生物的生命活动中某种物质的细小差异就会导致出现不同的生命活动现象，结合实验数据对此分析才能更深刻地理解出现的差异因素。比如，在学习“生长素的生理力作用”这一小节时，需要同學们通过实验探究不同浓度的生长素对植物生长的促进作用，在实验完成后同学们发现彼此之间的实验结果存在较大的差异，在此基础上依次对自己采用的溶液浓度、植物位置以及实验过程进行比较分析，发现是因为采用的不同位置的植物体导致实验结果绘制出的曲线存在较大的差异，比如同样是10-6mol/L的溶液对根具有抑制作用，而对茎则具有较强的促进作用，对于芽则几乎不起作用。

结合实验现象对实验过程中的参数信息价逆向比较，尝试分析不同的实验因素对实验结果的影响是科学思维的一种重要体现方式，对于培养学生的科学素养，提升生命活动现象本质理解有着积极的促进作用。

3.改进实验试剂，开放设计空间

创新思维以及开放的思想是科学思维的一个重要方面，生物科学思维能力的培养并不是让学生死板地掌握生物知识和实验原理，更重要的是培养学生的质疑精神和创新开放能力，从精神层次培养学生的生物科学思维。因此，教师应引导学生在实验的同时思考改进的方式，为学生设计开放的实验空间。

比如，在学习“细胞中的元素和化合物”这一小节时，需要通过实验检测细胞中包含的物质种类以及化学性质，结合这一实验鼓励同学们尝试改进已有方案中的化学检验试剂，实现对生物体中包含的不同物质的检测。其中有一项实验需要对花生果实切片滴入苏丹Ⅲ染液，通过显微镜观察现象，但是由于切片的薄度不容易把握，所以同学们尝试将花生果实打碎，然后将染液滴到捣碎的物体组织中。从宏观角度利用肉眼直接观察两者的反应现象，结果同样可以观察到一些黄色的反应结果，证明了捣碎后的果实颗粒中包含有丰富的脂肪颗粒，验证了生命细胞中包含脂肪物质的正确性。

三、联系生活实际，深化价值判断

生物学科重点讲述了生物体的生命活动以及生物与自然系统之间的活动关系，与人类的日常生活具有十分紧密的联系。在生物课程学习中教师要有意识地联系生活实际，帮助同学们建立生物知识与实际生活应用之间的桥梁，借助知识的实际应用背景深化学生对生物知识的价值判断，从而促进科学思维的发展。

1.撷取生活资源，发明制作

基于所学内容进行发明制作是深化生物应用价值的直接手段，不仅可以检验学生对知识的理解情况，同时能够了解知识的实际运用过程，在实践中加深理解。因此，教师应结合教学过程撷取与之贴切的生活资源，鼓励同学们参与利用生物知识设计生活用品的发明制作过程，在实践中享用生物知识。

生物学科的许多内容都与生活情景息息相关，结合这一类知识设计探究情境，让学生通过自主设计完成发明制作可以有效地进行生活化渗透。比如，在学习“果酒和果醋的制作”这一小节时，组织同学们开展实验探究，自主完成果酒和果醋的发明制作。同学们首先分析上述两种生活用品的制作原理，果酒是利用酵母菌将原料中包含的糖类物质转化为丙酮酸，之后丙酮酸在厌氧环境下可以分解得到酒精以及二氧化碳气体，从而实现果酒的制作。通过分析上述过程，同学们确定了总体的实验路线，并明确实验中应注意的细节问题，确保原料洗净后再参与反应，避免杂菌和其他微生物的干扰，并且要注意反应所需的温度，确保真菌的繁殖生长。

基于生活资源自主发明制作的过程让学生获得了很强的满足感，能够亲身体会到自己所学习的生物知识对生活带来的改变，对学生的生物科学思维培养起到了正向激励的作用。

2.参与生活实践，深度认知

生物学科中有许多涉及到人类与生物种群的统计相关内容，这一部分内容不再拘泥于单独的个体，而是从整体的角度分析整个族群的生命活动现象，针对这一部分内容教师应通过生活实践的方式助力学生深度认知，在实践中体会到生物学科的知识内涵。

在生物学科中与遗传相关的内容都需要对整个家族的情况及统计分析才能得出相应的遗传结论。比如，在学习“人类遗传病”这一小节时，布置生活实践任务，让同学们实践调研某一种单基因遗传病在家族内的患病概率，并从生物学的角度进行分析。同学们对诸如红绿色盲、白化病等进行调研，发现这一类又可以分为显性和隐性两种遗传现象，比如白化病这种隐性遗传病，若父母双方都是杂合子正常体，根据统计结果发现其后代患病的概率为1/4，而显性遗传病如果其父母都是正常体，则孩子不会出现遗传现象。

在实践调研中，结合对调研数据的分析，同学们更加深刻地理解了不同类型遗传病的遗传规律，掌握了计算各种类型遗传病后代患病的概率。因此，教师应结合生物学内容适时地创设实践情境，通过实践探究促进学生对生物学知识有深刻的理解，明晰生物学对社会发展的重要应用价值。

3.联系生活应用，解决问题

生活应用往往是一个综合性的系统问题，是一种需要综合运用多学科知识综合分析并解决问题的科学方法，可以有效地培养学生的科学思维。因此，教师应注重课堂教学中的拓展延伸，联系生活应用问题，让学生在问题解决的过程中实现生物知识走向社会的教学目标。

比如，在学习“光合作用以及呼吸作用”相关内容时，布置生活化问题：“某大棚种植户为提高蔬菜产量，用工具测得在不同光照强度以及不同温度下的大棚内部的CO2浓度变化曲线，请根据所学的生物知识推断应该如何调整大棚的光照和温度条件才能进一步提高产量？”对于这一问题需要同学们联系植物的光合作用原理，观察题目给出的变化曲线，找出光照对光及呼吸两种作用的影响临界点，确定呼吸作用和光合作用对等的点以及光照增强后呼吸作用不再加强的点，同理观察曲线得到CO2吸收速度最快是对应的温度条件，从而确定在何种条件下光合作用最剧烈，此时的蔬菜产量对应最高。

综上所述，学生生物科学思维的培养是新课标背景下对生物教学提出的新变革，改变了传统课堂中知识灌输为主的教学理念。需要教师尊重学生的学习主体地位，联系生活应用内容，采用多元化的教学模式，设计自主实验操作内容，实现对学生的逻辑推理能力以及生物学习应用方法的培养，促进科学思维观念的形成。

【参考文献】

[1]孙美琴.浅谈高中生物课堂思维导图教学策略建构[J].中学课程资源，2019（07）.

[2]王晓鹏.探究高中生物教学中培养学生理性思维的策略[J].数理化解题研究，2022（24）.