发展学生科学思维的高中生物学教学策略研究

林睿文

摘 要：在国家发展的大背景下，全民科学素质提升计划和以学校教育为基础的课程纲领性文件中，科学思维素养扮演着至关重要的角色。学生在生物学科的教学过程中，能否发展出自身的核心能力，将会对他们未来的学习和社会生活有着深远的影响。基于此，本文主要对科学思维的概念以及特点进行论述，并结合科学思维培养的基本方法，从PBL、科学史、论证式、概念图、图形以及解题等几个方面论述在高中生物教学中如何培养学生的科学思维。

关键词：高中生物；科学思维；教学策略

随着新课程标准的发布，生物教师正在努力探索如何培养学生的生物学核心能力，以满足高中教育变革的需要。生物学科作为一门具有独特学科特点和发展趋势的课程，必将作为高中生的热点选考科目之一，因此，高中生在生物学科学习过程中，是否进一步发展自身的核心能力，对于学生综合素养的培养，以及学习习惯的培养有着重要的影响，这也是当今教改的重点所在。因此，在新课标的指导下，怎样更有效地提高学生的核心能力，也已变成当今教育界的一项重要课题。

一、科学思维的概述

科学研究运动是人类探索未知世界的重要方式，它不断地尝试新的知识，并在不断地实验和改进中接近真理。在科学研究的过程中，证据是非常重要的一项因素，因此，每一项科学研究和发现都是通过非常严谨和持久的观察、精确地记录和精确地推理。开展科学活动的目的在于对自然界的奥秘进行深入探索，是为了能够掌握自然界当中事物的本质，以及自身蕴含的规律，通过对自然界事物之间的自然联系以改造自然，它是人类社会发展的组成部分，有着巨大的创造力，因而，科学活动要求特定的认知规律和心理规律，以便更好地实现其

目标。

人们的心智学习阶段，也即是知识行动，主要包括意愿、情感和知识三种内容。其中，思考是一个高等状态的知识行动，也即是知识行动。在学生认知活动过程当中，能够将自身的逻辑思维区分为理性思维和感性思维。理性思维，指的是一种非逻辑性思维，是一种通过个人的直觉，或者是想象所产生的一种思维，而感性思维则是一种逻辑性思维。这种区分是从一般认知活动的角度来看的，但是，如果从认知活动发生的不同领域或场景来看，则能够更加细致地分析和探究这些思维活动，从而更好地理解和掌握知识。通过科学思维、哲学思维和艺术思维的结合，人们能够更深入地理解客观事物，从而获得更加准确的认识[1]。

科学研究思想的质量可以从深刻、灵活多样、批评性和创造性四个方面来衡量，其中深刻反映了思想的抽象性和逻辑性，灵活多样则体现在思想活动的灵巧，而批评性则是指对生物材料和思维过程进行审查的能力，而创造性则是指思维的创新性。

二、科学思维的特性

（一）抽象性

科学思维的抽象性是一种有效的方式，它可以帮助学生从多个问题中提取出共性点，从而更好地理解事物的本质。此外，抽象也能培養思维的发散，使思路更加深入，因为它可以掌握事情的全部特征，而不仅仅局限于某一个特征。抽象思维不仅仅是从可观察的事件中提炼出共同点来认识事情，而且还可以超越直觉，创作出更加理想化的对象，从而使科学认识更加深入，使科学思维更加抽象化。科学思维是一种不断探索未知领域的过程，它以准确性为基础，从而解决经验认知和哲理思考中存在的不确定性，因为哲理思考是一种对自身认知的反思，它以猜测的方式来探索事物，但却不会改变人类对自然、社会和人的直接认知。科学思维的准确性可以从概念的明确性、命题的精确性以及它们之间的联系来体现。

（二）形式性

科学思维的形式性是指它能够将知识以一定的形式表达出来，比如命题之间的关系，以及将所有科学命题组合成一个形式系统。通过这种形式系统，学生可以更好地理解广泛对象的一般规律，从而能够逐渐探索出，其中所包含的特定规律；而科学思维的精确性则是指它的特殊准确性，它不但能够抓住事物的本质，还能够更深入地探索它们之间的联系，从而更好地理解它们之间的关系，从而更好地掌握它们之间的联系。精准性是科学研究发展水平的重要标准，它展现了对事物的掌握程度，着重于科学研究数据。客观世界多姿多彩，变化莫测，但是其中所蕴含的规律，却是一致的，因此在科学研究以及探索的过程中，就是要能够从多样化的科学内容逐渐找到一致的客观规律，将复杂的概念转化为简单的概念；而理论知识性则是指科学研究思想通过理论知识来统一一门知识，以便更好地理解和应用知识，从而更好地推动科学发展。科学思想的理论知识性是以解析性为基础的，它强调掌握所有局部部分中组成总体的要素，以及从个别现象中掌握一般规律，并超越感性的总体现象，深入探究抽象的本质。

三、科学思维的基本方法

大自然科学研究是一种深入研究自然界中物体的形状、构造、特性、活动规则及其他们彼此间的作用的学科，它的研究对象通常非常复杂，而且受到许多因素的影响。在漫长的发展中，自然科学已经发展成了一个全套完整的逻辑思维方式。学习科学时，高中生常常会使用分析和综合、比较和分类、抽象和概括以至科学推理等逻辑思维方式[2]。

（一）分析与综合

通过研究和总结，学生可以将对象的不同部分或基本要素进行划分，并且对不同部分之间所存在的关联性以及制约关系进行探索，并且明确这些部分在整个事物当中所处的地位，深入观察这些不同部分会发生的变化以及变化产生的影响，从而在探究过程中对事物的本质有一个更好的理解。此外，通过分析和综合，学生可以将对象的不同部分或元素再次整合成一个总体，从而更好地理解它们的特征和本质，通过深入分析事物的本质和规律，学生可以更好地理解它们的整体特征。

（二）比较与分类

经过对比和区分，学生可以更好地辨别事情相互之间的不同点和共性点。对比是在分析的基石上展开的，它要求学生按照统一的标准，仔细观察每个事情的特征，并将它们按照其特征加以对比，从而发现它们相互之间的共性点和不同点，对他们之间存在的差异性有更好地了解。按照对象之间存在的共同性以及差异性进行划分，这是一种基于类比思维的方法，能够通过他们之间的异同进行分类，以便更好地理解它们相互之间的关系，从而更好地把握它们相互之间的联系；在科学研究过程中，学生会按照特定的目标，将对象划分为不同的类别，并以某种共同性作为标准。这样，学生就可以将某些事物或知识划分为具有一定等级关系的

系统。

（三）抽象与概括

由于自然界中物质多样性、运动复杂性以及相互作用的特点，研究者们必须面对一个个棘手的问题：实际的事物往往具有多种特性，每一种科学问题都涉及多个因素，但要想全面、彻底地探究每一种因素的存在，就会让学生在处理问题时陷入困境。通过抽象与概括，学生能够从一种更宏大的角度出发，去除问题中的非本质因素，把一类事物的共同属性联系起来，构成一种清晰的、主题突出的新形象、新程序或者新思路，从而有效地解决这个问题。在科学领域中，抽象定义和归纳能够用来构建合理模式、构建合理程序、运用合理实践以及构建合理理论，从而推动科学发展。

（四）科学推理

科学推理是人们以已有的知识为基础，经过推论得出新的结果的方式。逻辑推理中可分成归结推论、诠释推论和对比推论。归结推论是一个从特定的、个体的判断中推论出普遍性的结果的过程，它能够帮助学生更好地理解和掌握知识，也能够帮助学生更好地分析和解决问题。诠释推理则是这种从普遍性的结果中推演出个体性的结果的逻辑推理方式，它能够帮助学生更好地理解和解决问题，并且能够帮助学生更好地预测未来的发展趋势。类比推理是人们从一般原理和结果出发，通过对以上两种物质的相互对比分析，就能够发现这些物质之间存在的相似之处，从而能够一次推断出另外的属性上是否也能够有类似的思维方法，从而得出新的

结果[3]。

四、发展学生科学思维的高中生物学教学策略

（一）PBL教学策略

PBL教学策略是一种有效的学习方式，它通过精心挑选和设计问题，帮助学生掌握解决问题所需的关键知识，并能够运用系统的方法来解决实际生活和工作中遇到的挑战。

PBL策略在生物学教学中被广泛应用，它可以调动学生的学习兴趣，帮助他们通过思索和研究来找到难题的所在，并进一步深化对难题的了解，从而寻找各种解决办法。在PBL教学，难题不仅可以帮助学生解决一个大问题，而且还可以让他们更好地了解和归纳答案中隐藏的知识点，从而构建出一个相对完整的学习单元。此外，情况不是直接呈现出来的，而是与日常生活情况、实际或是需要解决的问题有着紧密联系，情况可以引起学生所了解到的内容与其原来的认知结构产生冲突，因此，学生需要将自身的感性认识转变为理性认识，以便更好地理解和掌握知识点，并可以更好地应用所学知识。学生可以利用小组讨论和实践来探索方法，这些方法包括社会调查、网络搜索、图书馆查阅资料、向教师和专家咨询等。此外，学生还可以设计实验来证明自己的观点，即利用各种途径寻找支撑自己论点的材料，并且要可以说服其他同学接受自己的观点。这也是一个假设演绎的过程。通过采用PBL教学策略，学生能够有效培养学生的思维能力，使他们能够更深入地思索提问，并且能够进行创新性和批判性思考[4]。

（二）科学史教学策略

“科學技术”是一部关于科学发展史的宝贵著作，它深入探讨了科学技术的演变、分析方法的发展及其物理学家们的精神。通过阅读“科学史”，学生不但能够了解生物科学本身，还能够深入理解生物学家们的思维模式和分析方法，进而提升运用科学技术解决实际问题的能力，而且也能培养学生的科学思维素养。教师通过将科学巨匠的独特思维和方法融入知识传授中，让学生从先人的实验设计中掌握科学思维和研究方法，了解事物的本质，更要理解它们的原因，训练学生的变通性和灵活性，在了解科学史的过程中会改变思考方式，解放思想，并不断更新自己的观念。在高中生物课本中，有大量的科学技术史材料，它们记录了生物学家们如何利用实验来解决生物学问题，探索生命的本质，以及他们在论断上的失误，以及如何纠正这些失误。教师可以利用这些科学史材料，引导学生学习专家们的思想，让学生在潜移默化中学习科学思想，从而进一步提高他们的科学技术知识水平。

（三）论证式教学策略

论证式教学策略是一种有效的学习方法，它要求学生从多个角度深刻思考，以解释数据、理解现象，并通过反驳和辩护来改正自己的观点，以便让其他同学接受自己的观点。在这种教学策略中，学生需要学会评估自己的观点和想法，并利用新的证据来调整自己的观点，从而更好地理解和掌握知识。在论证式教学中，学生需要积极回答教师和其他同学的提问，并在限定的时期内加以深入思考，以便形成自己独特的见解，并将其清晰明了地表达出来，这对于学生科学思维的培养是非常有利的。

（四）概念图教学策略

概念图策略已经成为生物学教学中不可或缺的一种方法，它有利于促使学生更好地理解和掌握知识点，并将其有机地组织起来，形成一个有深度、有意义的网络系统。观念图的层级化和交错性特征，使得它更加有效地推动知识点的同化，从而达到知识点的融合。经过教师的引导，学生即可自主构建观念图，从而更好地回顾和提炼知识点，分析内容重点，融合新旧知识，构建知识网络系统，浓缩认知结构。此外，认识图还有利于协助他们整理观念相互之间的层级关联，并在各观念间形成意义的关联，从而深化他们对概念的理解，也就是说，学习的过程也就像一个建网的进程，持续地向网上添加内涵，在这个进程中，学生还能凭借对新观念和新命题的了解和回归，来纠正和完善原有的认知结构，从而更好地掌握知识。经过持续的学习和实践，提升自身的科学思维能力和创新精神。

教师能够使用概念图来评估学生的学习成绩，并为他们提出反映情况。这种方法能够通过各种方式实现，例如需要学生在某些领域描画定义图，填补空缺，描述定义相互之间的联系，编制定义卡片等。

（五）利用图形、图像、数据培养学生的抽象与概括能力

在高中生物教材中，有大量的图像素材，它们涵盖了分子结构、蛋白质构成、细胞膜构成、蛋白质结构、细胞结构图等。图画是一种直观、生动的学习方式，它能够有效提高学生的学习兴趣，让他们在欣赏科学技术优美的图画时，更为热衷于生物专业。为了调动学生的主动性，教师应该尝试让学生将阅读的图画通过文本加工整合，以便他们能够将直观经历转化为间接经历，并运用抽象式思考与归纳的科学研究方式，将形状或像素中的信息内容转变成文本性的信息内容，从而更好地理解和掌握知识。学生们需要在理解图像信息的基础上，将形状或像素中的各个组成部分加以整合，将抽象式的概念转化为具体的文章，以便更好地表达自己的想法和感受。这不但能提高学生的能力，也能提高他们的逻辑思维。

在高中生物课本中，直观的数字表并不多，但它们却经常被用作考试的素材，比如高考实验题目中，要求学生采用抽象式思维方法，从而推导出果蝇成虫大小随时间的基本规律，并构建其数量增长的模型，从而得出正确的答案。这样，学生就能够在考试中发挥出自己的科学思维能力，从而更好地理解和掌握知识。在生物学中，通过对比生命现象的差异，仔细分析可能导致这些差异的因素，并综合考虑所有可能因素，学生能够更好地理解事物的本质和规律性。因此，教师应该在课堂上让每个学生对比不同的概念，对比它们之间的相似性，并将这些结果用数据表的形式表达过来，以培养比较与分断能力，同时也应该提供一些数据表，以便学生更好地理解生物学的基本原理。通过完善填写数据表，培养学生的分析和综合能力。

“进行中枢神经体系的调控”和“进行代谢活性激素的调控”是“稳定与环境保护”中的重要一章，它们的难点很大，或许会让许多学生感到了解不易。然而，这两节内容与“分子与细胞”中的许多知识有着密切的联系，学生们可以通过学习人类和动物的生命活动来认识自我，体会生命现象的复杂性和规律性。此外，“稳定与环境保护”中还包含了大批的图形和图像素材，因此，利用课本或相关论文中提供的一些对策和办法来培养科学技术思维素养是十分有效的。在教学中使用科研史课程策略、讨论式课程策略以及概念图课程策略应用于教学，并结合学生的反馈和其他经验丰富的生物教师的评课，经过多次修改与完善，最终形成了一个具有代表性的教学案例。该案例不仅融入了多种教学方法，还充分运用图形、图像、表格等多种形式，以培养科学思维能力。

（六）在讲解习题中培养学生科学思维素养

学生在解答生物学问题时，能否准确理解题意，有效整理出题干内容，思路清晰，逻辑严谨，具备明确的目标和方法，可以判断问题类型，并可以用形象画面等形式表达出问题内容，可以在解法后面加以反映和拓展，在遇到困难时可以及时调整策略，对于提高学生学业质量至关重要。习题课是一个有助于学生提升科学思维能力的平台，它不仅可以帮助学生将所学知识整合储存，而且还可以让他们在需要时可以正确运用所学知识解决问题。此外，教师还可以采取多种方法来培养学生的科学思维能力，从而提高他们的思维品质[5]。

第一，在讲习题时，应该根据认知体系的逻辑次序讲。多数教师习惯于根据问题原来的先后顺序讲，但是很多习题册中往往会将针对各个章节的问题打乱依次随意排列，这种做法可能会干扰他们对章节的了解和学习，也不利于他们良好的了解和总结认知体系，所以，在上习题课时，应该采取更加灵活的方式，让他们更加自主地思考和探究，以便良好地掌握知识，并且能够良好地了解和把握整个认知体系。教师应该在备课过程中，将习题的先后顺序加以重新排列，以符合他们的认知结构，帮助他们形成一个更加体系的认知架构。同样，应该根据习题的难易程度，对简约题予以重点强化概念辨析，针对繁杂题则着力教授方法，以帮助学生更好地理解新授课中没有掌握的知识点，并通过习题课的补充和强化，使学生能够更有针对性地吸收所学知识点[6]。

第二，在习题的练习过程当中，针对同一个知识点内容，教师也需要结合不同的题型进行分门别类，以便学生得到更好地了解和把握。例如：判断题主要是考查学生对相似概念的辨析能力，要求学生学会对相似的概念加以比较解析，并将其有条理地整理综合；而填空题则需要学生通过将脑中的想法加以有效的组织，以便更好地了解和把握主要知识点，并得以利用所学专业知识加以解决问题。通过观察、剖析和反思，学生才能得出准确简洁的答案。例如：在开展数学、表格、流程图等知识的教学当中，针对相关问题的解决，需要调动学生的抽象思维进行理解，并且挖掘其中所包含的隐含信息，而针对分析类型的题目，能够进行整理，同时也能够让学生进行集中训练，以此帮助学生在集中训练过程中，能够对实验的基本方法有一个更好的掌握。不仅如此，教师还能够引导学生在课外运用同样的方式去对所学的知识进行系统性的分类整理，并且在整理的过程中对所学的内容进行对比分析，从而提升他们的科学思维水平。

第三，在讲复杂问题与难点时，教师应该把自身的身份融入学生的身份，与学生一起理解，以便更好地帮助学生理解题目的解法和答案，并且可以通过深入探究学生的思维漏洞，激发他们的思考能力，从而改变他们不良的思考方式，使他們能够更好地理解题目，而不是死记硬背，只学会一道问题的解法。为了培养正确的思维习惯，在讲述完问题后，教师应该帮助学生梳理思路，并及时补充相同类型的题目，让学生练习解决一类问题而不是一道题。在高中生物课堂上，重复题或难点的数量相对较少，因此教师可以将这些题目进行分解，并采取不同的方式来帮助学生掌握[7]。

第四，在习题课上应该积极组织他们参加独立课题项目，让他们以班级为单位，根据自己对某一个知识点的掌握情况，从问题人的角度出发，对问题加以改编，以此来培养他们的小组合作学习意识，同时也能够让他们更好地理解问题的逻辑，激发他们的创新思考意识，进而提高学生的学习效果。各个研究小组之间能够通过互换问题和做出评析来提高他们的分析水平和思维水平，进而提高他们的学习效率和成果，以求达到提升学生的科学思维素养水平的目的[8]。

结束语

综上所述，科学思维是培养学生科学素养和生物学科素养的关键因素，在生物教育中，不仅要让学生掌握生物学的基础定义、规则和理论，更要重视培养学生形成合理的生存价值观，以及提升他们研究思考能力和品质。本文旨在探讨如何通过多种策略来培养科研思维素养，包括PBL、科学史、论证式和概念图等。这些策略可以帮助学生更好地理解和掌握课程内容，培养综合素质，并在课堂中灵活运用这些策略来提高科学思维能力，进而提升学生的生物学科素养。

参考文献

[1]杨柳眉.初中生物模型思维能力模型建构与应用探索[J].亚太教育，2022（3）：85-87.

[2]李婷婷.生物核心素养之构建模型认知在初中生物教学中的应用[J].数理化解题研究，2021（8）：99-100.

[3]马卫军.以元素教学为例谈ARCS动机模型在生物教学中的应用[J].数理化解题研究，2020（14）：84-85.

[4]胡久华，章洁妮，林佩贤.基于认识模型的初三物质主题复习教学[J].高中生物教学参考，2020（7）：55-60.

[5]夏九云，曹飞.ARCS动机模型在初中生物微课设计中的运用[J].生物教学，2017（3）：40-44.

[6]柯珍玲.高中生物学重要概念建构中发展学生科学思维的策略研究[D].淮北：淮北师范大学，2022.

[7]陈薇.基于科学推理能力培养的高中生物学教学策略研究[D].郑州：河南大学，2022.

[8]刘柳.高中生物学教学中培养学生科学思维的策略研究[D].沈阳：沈阳师范大学，2019.