建构主义视域下高中生生物科学思维的培养

时玉华 （江苏省海安市实验中学）

《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》明确指出，新时期开展生物学科教学，不但要将生命观念的真谛传授给学生，也要将其科学思维培养起来，从而促使学生在兼具科学探究精神的同时，也勇于承担社会责任。科学思维是指人们秉承科学思想，整理和收集证据资料，坚持以严谨务实的态度看待事实，并以认真求知的态度来探索事物的本质，从而掌握正确认知事物的方法，并形成有效解决事物的习惯和能力。高中阶段的学生已经掌握了一部分系统化、理论化的知识，教师在实际教学中不能将学生再以“一张白纸”的教学观念进行看待，更多的是要启发他们对原有知识的新认知，搭建完整的知识框架，树立新的知识体系，帮助他们完成新旧知识的融合与更深思维的探究和思考，从而引导学生在高中生物的学生学习过程中逐步提升自主学习能力，培养与深化生物学科科学思维。建构主义教学的完成离不开学生对原有知识的积累，也离不开学生学习的主动性。

一、链接资料，学会发现问题

“巧妇难为无米之炊。”教师的教、学生的学亦是如此。无论是教师的教还是学生的学，都离不开对教材的深入研究与挖掘。在高中阶段的生物教学中，书本教材和课外读物成学生学习的经典资料。因此，教师要引导学生学会发现问题并利用这些资料进行查阅和学习，借助链接资料来分析问题、解决问题，从而在这个过程中提升自己的批判思维。

在组织 “组成细胞的分子”这一单元教学时，学生初次接触系统的微观的生物知识，对于“细胞”这一概念有所耳闻但并没有理论基础。基于这样的状况，教师可以引导学生通过自学教材，抓住核心概念，明确“细胞中的元素和化合物”有哪些，依据在生物体内“含量”有“大量元素”和“微量元素”之分，得出“C”“H”“O”“N”“P”等为大量元素；依据在生物体中的作用，得出“最基本元素”“基本元素”“重要元素”；由此教师拓展提出问题“水在不同的状态下可以有不同的性质特征，那么在不同的环境因素下，细胞会发生怎样的变化？”这一问题提出后，学生没有理论知识的支持无法回答，因此教师可以让学生查阅资料，通过课外读物的学习，链接网络资料进行知识的填补。学生们在查阅资料以后得出：在“鲜重状态”和“干重状态”两种情况下，细胞元素含量不同，由此学生发现新的问题，“细胞中化合物的含量在不同物质状态下质量最多的是哪一种？”由这一设问，学生能够主动发现问题，明确自己的不足之处，主动完成学习的建构过程，实现教学目标。

生物学是研究生命现象和生命活动规律的一门科学，它所涵盖的知识内容非常广泛。学习资料对于教师的教、学生的学都是至关重要的。教师在实际教学中要引导学生关注符合认知程度的书籍、教材进行学习。这也符合建构主义理论的教学主张，建构主义认为学习是学生主动建构的过程，在这一过程中，由教师给出问题引发学生思考，学生在问题的吸引下激发学习兴趣，通过资料查阅明确问题的答案，感受到知识获取的快乐。此外，学生通过解决自己的疑问，建构知识体系，能够更好地完成教学目标。

二、设置问题，引导逻辑推理

学习是一个不断答疑解惑的过程。通过问题的提出、猜想、假设、证实、得出结论、总结归纳，由此将学生的知识体系进行深化，启发学生进行思考，引导学生逻辑推理能力的提升，这样的教学策略是促使学生提升自主学习能力与问题解决能力的有效方式。建构主义教学是依据学生原有知识并不断引导其探究的教学方式，探究的过程是问题的提出过程，教师要利用这一特征进行引导式教学，帮助学生激活原有知识经验来解决新的问题，并在分析问题、解决问题的过程中形成新知识的意义建构，从而培养学生科学思维品质，促进生物学习的真实发生。

在组织“基因突变和其他变异”这一单元教学时，基于学生对“基因”一词已经具备一定的认知，教师在教学中要多以一些问题的设置进行引导。如“人类发展都离不开基因的作用，那么为什么如今人类和几千年前有不同之处呢？”根据这一点让学生回忆“基因”一词在人类表型中的作用。由此引发学生思考“基因突变”的含义。“作为健康的人类而言，红细胞都是正常的中央微凹的圆饼状，那么一些健康存在问题，例如‘镰刀型细胞贫血症’患者而言，他们的细胞则是弯曲的镰刀状，这是由于什么原因引起的呢？”根据这一问题的提出，学生结合本节教材内容进行推理，思考“基因突变”的表现，由此，逻辑思维得到拓展。教师继续给出问题“基因突变的特点有哪些，能否被控制或者定向发生，抑或者是其频率是否较高”。根据这样的问题学生层层剖析、深入探讨，了解基因突变的含义，对于已有的知识进行新的认知，加强新旧知识的联系。

学生是学习的主体，教师要扮演好引导者的角色，充分尊重学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者，主动利用提问的方式激发学生的学习兴趣，通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间联系的线索来促使学生对问题进行思考。同时，教师再结合规范解答，将新旧知识、课内外知识进行融合贯通，引导学生从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验，逐步提高学生的逻辑推理能力，达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。

三、绘制图示，形成认知结构

“图示”能够帮助学生很好地梳理教材知识。对于高中生物课程而言，抽象化、理论化的基础知识往往使学生不感兴趣。教师可以借助“图示”引导学生整理归纳教材知识，利用“图示”的思维过程清晰、知识结构完善等优点来帮助学生建立知识体系，发展学科思维，从而形成符合自己认知的逻辑体系。

在教学“基因和染色体的关系”这一单元时，学生为了梳理“染色体”的知识结构，同时避免将之前所学内容进行混淆，可以依靠“概念图”进行探究。在具体学习过程中，教师可以引导学生按照自己的认知习惯和思维方式将与“染色体”有关的概念进行图示分解并具体填充内容，包括其概念、组成、细胞分裂时染色体的变化、细胞分裂时染色体的复制加倍保证了遗传的稳定性等相关的知识内容，将与之有关的物质基础、遗传规律、细胞分裂等进行比对，在比较内在联系中区分它们的本质，在梳理关系中明确其核心内容。这既是对新知识的学习，也是对原有知识的回忆和重新组合，“概念图”能够帮助两者进行很好的融合，帮助学生系统地梳理与整合相关知识内容，不断充实与完善个人的知识体系。

“图示”能够帮助学生很好地解决知识归纳的问题。由于学生的独特性导致每一个“图示”都不尽相同。在这一过程中教师要帮助学生按照自己对知识的理解进行制作，尤其注意“图示”不是知识的总结，不宜过于琐碎，更多的是框架结构的补充。在这个基础之上，教师再引导学生通过顺应和同化两个平衡机制来进行主动建构学习，建构起了新的认知图式，实现对知识深刻的、真正地理解。

四、引发质疑，鼓励批判思维

发展学生批判性思维能力是高中生物学课程的重要目标。具体到高中生物学科的教学过程中，教师要遵循建构主义理论的思想指导，为学生创造发现错误、质疑思考的机会，引发学生的认知冲突，让学生学会批判性地思考与分析问题，在这个过程中让学生通过自己的思考来理解新知识，解决新问题，实现课堂知识的意义建构。

在讲到“光合作用中光反应与暗反应”的知识内容时，很多学生误认为暗反应在光下不能进行，那么这样的说法到底是正确还是错误呢？学生对此给出了不同的观点，教师可引导学生重新回归教材，并通过出示相关视频、图片的介绍来帮助学生正确理解和区分这一知识。通过深入剖析，学生总结得出光反应的进行必须在光下，并在一定范围内随着光照强度的增加而增强，光照不是限制暗反应的直接外界因素，但需要光反应的产物NADPH 和ATP。那么，这就引发了学生对于光反应和暗反应的对比分析，教师可由此组织对比探究的课堂活动，让学生归纳光反应与暗反应的区别与联系。这样教学下来系统性更强，学生的学习积极性与探究欲望也非常高，取得了积极的教学效果。

高中生物教师要意识到质疑的出现不仅是课堂偶尔产生的生成性资源，更是教师可以有意设计、主动创设的课堂教学条件。要想发挥出质疑在培养学生批判性思维能力方面的积极作用，教师就要把握好质疑的时机，选择探索意义较大的问题或者是教学重点、难点来引发学生的思考，逐步培养与提升学生的理性思维能力。

五、专题探究，解决具体问题

建构主义教学理论强调，知识不是凭空产生的，而是逐步建构起来的。对于学科教学而言，教学具有一定的目的性，课程单元的分类是专题探究的集中体现。对此，教师要不断引导学生开展专题探究，以解决具体问题为起点，让学生在思考、分析及解决问题的过程中逐步实现知识的意义建构，从而培养学生的操作能力和逻辑思维能力。

在进行“酶的特性”这一单元教学时，教师主要依靠验证式实验和探究式实验教学。教师组织学生进行分组实验，每组学生准备适量地加酶洗衣粉，三个足够容量的玻璃杯，三块带有污渍或人为倾倒油渍的抹布，以及滚烫的热水、45°左右的温水和已经在冰箱放置一夜的冰水等实验器材。每组学生根据这些材料进行实验，将抹布和加酶洗衣粉分别放置于热水、温水和冰水中，观察抹布的洁净状况。学生不难发现在温水中的抹布是最快干净的。由此教师让学生阅读洗衣粉的使用说明，并进一步分析加酶洗衣粉为什么只适用于温水状态，由此教师引出本节课的专题探究任务，让学生通过实践操作来进一步探究影响酶活性的条件，对这一知识有更深刻的认知。最后再利用课堂知识解释酶的作用条件较为温和，开水使酶“失活”，冷水抑制酶的活性。在学习中依据具体问题进行归纳和解答，通过这样的方式来提升学生理解与应用课堂知识的意识与能力。

在实际教学中，教师要引导学生学会动手实验，根据专题教材进行探究，以解决问题为基点，从而分析问题的本质，完成教学目标。同时，在科学探究性学习活动中，学生的元认知同样起着关键的作用，教师要注重在引导学生展开专题探究的过程中逐步增强元认知能力与水平，对自己学习行为及思维过程进行反省和思考，以此来有效提升学生的自主学习能力。

六、自主实验，激活创新意识

学生的学习过程是知识信息的获取、加工、形成认知结构的过程，因此，教师要不断创新与优化教学策略，发挥出实验教学培养学生动手、动眼、动脑能力的积极作用，更多地采用引导学生进行自主实验的方式来展开高中生物学科的教学，在实际操作过程中加强学生对知识的认知，将书本知识在实践中内化、提升，激活他们的创新意识。

在 “DNA 的分子结构”这一单元教学时，对于“DNA”学生早已耳熟能详，但“DNA 双螺旋结构”的相关知识学生并不能很好地表达。对这一知识，教师可以借助模型进行表达，能够使学生一目了然。对此，教师可以通过实验的方式让学生自己结合学科内容进行设计，根据对“DNA 双螺旋结构”的理解，结合自己已有的实验器材进行设计，充分利用“曲别针”“泡沫塑料”“纸片”“牙签”“橡皮泥”等进行实验。在这一过程中，学生要先进行设计，明确自己的实验作品，了解能够用何种材质代替何种生物物质。不仅如此，学生还可以根据对课程内容的理解寻找合适的材质进行实验，教师帮助学生完善实验过程，既是进行知识的讲解也能够缩短错误时间，提升教学的效率。

实验的过程是学生知识反馈的过程，生物实验有利于学生生命观念的形成与理性思维能力的提升，在这一阶段教师要充分尊重学生的主体地位，让学生借助实验来理解生物基础知识和基本技能的同时，提升科学探究能力。教师对于学生错误的操作或对知识的错误理解进行更正，使学生对所学内容有更加深刻的认知，从而激活学生的创新意识，培养学生的创新思维。