基于科学思维培养的高中生物情境教学策略研究

张霞

摘 要：随着新课程改革的不断深入，高中生物教学也在不断发展和改进。科学思维的培养已成为高中生物教学的重要目标之一。本文从科学思维的概念和重要性入手，分析了当前高中生物情境教学存在的问题，并探讨了基于科学思维培养的高中生物情境教学策略，旨在提升学生的科学素养和促进学生的全面发展。

关键词：科学思维；高中生物；情境教学；实践研究

科学思维是指人们在面对问题时运用科学方法和科学知识去分析和解决问题的能力。在高中生物教学中，培养学生的科学思维不仅有助于学生理解和掌握生物知识，而且能够提升学生的科学素养和促进学生全面发展。情境教学是一种以情境为背景，通过创设情境来激发学生的学习热情和兴趣，达到教学目标的教学方法。在高中生物教学中，基于科学思维培养的情境教学具有重要的意义和作用。

一、高中生物情境教学对培养学生科学思维的重要性

（一）激发学生学习兴趣和主动性

在高中生物教学中，通过创设情境，可以使抽象的生物知识变得更加具体、形象，使学生更直观地了解生物现象和过程。这种直观性的学习方式有助于激发学生的学习兴趣，使其对生物学科产生浓厚的兴趣和好奇心。学生在情境中能够更深刻地感知和体验生物学的奇妙之处，自发地展现出更高的学习主动性。通过兴趣的驱动，学生更愿意深入学习并主动参与课堂活动，形成积极向上的学习态度。

（二）提升学生的科学素养和探究能力

创设问题情境、实验探究情境和生活实践情境等，有助于学生更深入地理解生物知识。通过解决实际问题的过程，学生培养了解决问题的能力和科学思维。问题情境培养了学生提出问题的能力，实验探究情境提升了学生实验设计和数据分析的技能，而生活实践情境则加深了对知识的实际应用理解[1]。这样的综合培养不仅提升了学生的科学素养，还增强了其探究和解决问题的能力，为其未来的学术和职业发展奠定了坚实基础。

二、当前高中生物情境教学存在的问题

（一）情境创设不够真实，脱离实际生活

在高中生物教学中，情境创设不够真实是一个显著问题。有些教师过于注重情境的情节性和趣味性，却忽略了情境与实际生活的联系。这种情况导致学生在情境中难以找到与现实世界的关联，陷入虚构的场景中。由于缺乏真实性，学生可能难以产生对生物知识的兴趣，因为他们难以将教室中学到的内容与实际应用联系起来。情境教学的初衷是通过真实情境激发学生的学习兴趣，但如果情境创设不够真实，反而会适得其反，使学习失去实际应用的动力。

（二）情境创设缺乏深度和广度，无法满足教学需求

另一个当前高中生物情境教学的问题是情境创设缺乏深度和广度。有些教师在创设情境时，过于注重表面现象和浅层次的含义，而忽略了情境的深度。这使得情境难以引导学生进行深入的思考和探究。情境教学的核心目标之一是通过学生对情境的深度理解，培养其科学思维和解决问题的能力。然而，当情境创设缺乏深度时，学生可能只是停留在对表面现象的理解，而无法深入思考相关的科学原理。同样，缺乏广度的情境教学可能无法覆盖多样性的生物概念，使得学生在探索生物多样性和复杂性方面缺乏全面的视野。

三、基于科学思维培养的高中生物情境教学优化策略

（一）通过创设问题情境，促进学生提出问题

在高中生物情境教学中，通过设计具有启发性的问题情境，可以有效地培养学生的科学思维。这种策略注重的是激发学生的好奇心和主动性，引导他们在学习过程中自然而然地产生问题，并通过科学的方式进行解决。问题情境的创设应当贴近学生的实际生活和兴趣，使学生能够在情境中感受到问题的紧迫性和实际意义。通过引导学生提出问题，教师可以促使他们深入思考生物学概念的应用和实际问题的解决方案[2]。这不仅有助于培养学生的科学探究能力，还能促进他们形成对生物学知识更深层次的理解。这一策略要求教师在情境创设中注重问题的开放性和引导性，以激发学生主动提问的欲望。教师在课堂中的角色是引导和促进学生思考，通过提供资源和支持，帮助学生建立解决问题的框架。

例如，在高中必修一的《细胞是生命活动的基本单位》这一内容中，通过创设问题情境可以激发学生对细胞结构和功能的深入思考。首先，教师可以展示一些细胞结构和功能的图片和动画，如动物细胞、植物细胞、细菌细胞等的结构和功能。教师可以先请学生进行初步观察，并提出一些引导性问题，“你们从这些图片和动画中观察到了什么？有没有什么结构或功能让你们感到惊奇或好奇？”然后，教师将学生分成小组，鼓励他们分享观察和讨论。教师可以提供一些激发思考的问题，如“你们的小组发现了细胞之间的共同点吗？有哪些结构可能是所有类型的细胞都共有的？”接下来，教师引导学生提出深层次的问题，“我们已经了解了细胞的一些基本结构和功能，但这些结构和功能是如何相互关联的？它们又是如何支持生命的各种活动的？”在引导学生提出问题后，教师可以进一步创设问题情境，“施莱登和施旺是通过怎样的科学方法提出细胞学说的？这属于哪种归纳法呢？”通过阅读整个细胞学说的建立过程，教师可以提问：“你认为科学发展有哪些特点？你有什么启示和发现？”这些问题可以引导学生深入思考科学方法的运用和科学发展的一般特点，并培养他们的科学思维能力和科学探究精神。在引导学生思考和提出问题后，教师可以进一步提供相关资料和信息，如细胞学说的提出者、细胞的发现史、科学方法的运用等，帮助学生更深入地理解细胞学说的建立过程和科学发展的特点。同时，教师还可以引导学生通过归纳和演绎等方法来解决问题，培养他们的科学探究能力和科学思维。

（二）通过合作探究情境，激发学生思维火花

科学思维是指学生在面对未知问题或复杂情境时，运用科学方法进行分析、推理和解决问题的能力。通过合作探究情境的设计与实施，教师能够有效地激发学生的思维，培养其科学思维的各个层面。首先，合作探究情境提供了学生与同伴互动的平台，促使他们在团队中共同思考、讨论和合作。在这个过程中，学生需要交流和整合各自的观点，通过互相启发和挑战，形成对问题的深层次理解。这种团队性的合作能够激发学生的创造性思维，使他们不仅仅局限于传统的问题解决方式，而是通过合作共建知识，培养出更具创新性和灵活性的思维。其次，合作探究情境强调实践性的学习，通过学生自主设计和实施实验，培养他们的实际操作和问题解决能力[3]。这种实践性的学习方式有助于将抽象的生物学概念转化为实际问题，培养学生将科学思维应用于实际问题的能力。

例如，在教学高中必修一的《细胞的基本结构》这一单元内容中，教师可以将学生分成小组，任务是深入研究不同类型的细胞，如动物细胞、植物细胞以及原核细胞。每个小组成员被要求根据所学知识，设计一个实验，探究细胞结构与功能之间的关系，并通过实验数据得出结论。对此，教师可以给学生布置如下任务：1.团队合作设计实验：小组成员共同讨论和设计实验，确定实验的目的、方法和所需材料。他们需要考虑如何有效地观察和比较不同类型细胞的结构，并提出能够回答他们研究问题的假设。2.实施实验：小组成员按照设计好的实验方案进行实验。这可能包括细胞染色、显微镜观察、细胞分离等实际操作。在实验过程中，学生需要相互协作，确保每个步骤的准确性。3.数据收集和分析：小组成员共同收集实验数据，并通过合作进行数据分析。他们将比较不同类型细胞的结构差异，并讨论这些差异可能与细胞功能有关的假设。4.共享结果和讨论：每个小组向整个班级展示他们的实验结果和结论。学生可以提问其他小组，共同讨论不同类型细胞的结构和功能之间的联系，并思考这对于生物体的生存和功能有何重要性。通过这一合作探究情境，学生不仅深入了解细胞结构和功能的关系，还培养了团队合作、实验设计和数据分析的能力。在团队中，学生共同思考、协作解决问题，激发了他们的创造性思维。通过实践性的学习，学生将抽象的生物学概念转化为实际问题，培养了将科学思维应用于实际情境的能力。

（三）通过实验探究情境，提升学生的科学思维

实验是科学方法中的关键步骤，而实验探究情境则将学生置于主动设计和实施实验的环境中，培养其科学思维的多个层面。通过实际操作，学生能够亲身经历科学探究的全过程，包括提出问题、设计实验、收集数据、分析结果等。这种实践性的学习过程有助于将抽象的生物学理论转化为具体的实验操作，激发学生对生物学概念的深入理解。其次，实验探究情境要求学生进行问题的提出和实验设计。学生需要思考和确定实验的目的，构建相关假设，并选择适当的实验步骤和工具。这种过程强调学生在面对未知问题时的主动性和创造性思维，培养了他们对科学问题独立思考和解决的能力[4]。此外，实验探究情境注重数据的收集和分析。学生在实验中收集到的数据需要进行合理的分析和解释，形成科学结论。这锻炼了学生在处理实验数据时的逻辑思维和科学推理能力，培养了他们对科学问题进行系统性思考的习惯。最重要的是，实验探究情境强调科学探究的过程而非单一的答案。学生在实验中可能面临不同的结果和解释，这促使他们接受并理解科学知识的动态性和不确定性。这种经验有助于培养学生对科学研究的耐心和坚持，使其具备更为健康的科学思维方式。

例如，在高中必修二的《孟德尔的豌豆杂交实验》这一内容中，教师可以借助信息技术构建一个模拟实验的平台，通过虚拟实验平台或模拟软件，学生将参与还原孟德尔的豌豆杂交实验的过程。这个虚拟实验情境旨在通过实际操作来深化学生对孟德尔遗传法则的理解，并提升其科学思维。学生将在虚拟实验室中选择要研究的豌豆特征，并设计实验步骤，模拟进行豌豆的杂交实验，记录每一代后代的表现型和基因型。通过数据收集、分析和讨论，学生将验证或推翻孟德尔的遗传法则，形成对科学实验和遗传规律的深刻认识。这一情境设计不仅强调实践性学习，还培养了学生在面对未知问题时的主动性和创造性思维。通过模拟实验，学生不仅能够理论上了解孟德尔的豌豆杂交实验，还能够通过实际操作深入理解遗传规律，提升实验设计、数据分析和科学讨论的技能。整个过程将学生置于科学思维的培养环境中，促使他们在模拟实验中主动参与，体验科学探究的过程，全面提升其科学思维水平。

（四）通过生活实践情境，加深学生对知识的理解

生活实践情境注重将抽象的生物学知识与学生身边的现象和经验相结合，使学生能够更直观、更深刻地理解生物学原理。通过将生物学知识与学生日常生活中的实际问题联系起来，可以引起学生的好奇心和主动学习的欲望。学生在解决与自己生活相关的问题时，更容易产生对知识的渴望，并更愿意深入思考和探究相关概念。而且，通过创设学生比较熟悉的生活情境，可以拉近学生和知识之间的距离，同时还能在一定程度上实现跨学科的融合，这种综合性的学科应用使学生能够更全面地理解生物学知识，同时培养他们解决实际问题的能力。此外，生活实践情境注重培养学生的观察能力。通过观察身边的自然现象、生态环境以及生物行为，学生能够培养对生物学现象的敏感性和深度理解。这种观察力的培养不仅有助于学生对知识的理解，还促使他们形成科学思维的习惯。

例如，在教学高中必选择性必修二的《生物多样性及其保护》这一单元中，通过创设生活实践情境，教师可以帮助学生更深刻地理解生物学原理，特别是关于生物多样性保护的重要性。首先引入物种灭绝等方面的纪录片，让学生了解到当前生物多样性面临的威胁和挑战。教师可以选择像《地球：神奇的一天》这样的影片，通过其优秀的制作和影像呈现，让学生深刻感受到地球上千万种动植物的生命之美和多样性。这部纪录片通过精彩的拍摄技术，展现了地球与太阳的共舞，孕育了各种独特而美丽的生命形式。正如影片中所说：“地球上的生物有些很常见，有些却是稀世珍宝。”通过这样的引入，学生将能够在惊人的画面中亲身感受到地球上各类生命的多样性，从微观到宏观，从小到大，展现了自然界的奇妙之处。学生观看纪录片后，需要分析影片中提到的生物多样性问题，理解导致物种灭绝的原因，以及这些问题对生态平衡和人类社会的影响。教师可以组织学生进行实地观察，如参观当地的自然保护区、动植物园等地。通过亲身感受自然环境，学生能够更深刻地了解各种生物的栖息地、行为习性等，加深对生物多样性的感性认识。然后，要求学生根据观察和纪录片的信息，提出一份生物多样性保护行动规划。这可以包括提倡环保行为、支持相关组织、参与义工活动等实际可行的方式。通过情境创设，学生将在生活实践中深入了解生物多样性问题，并思考如何在日常生活中实际行动起来，保护生物多样性。教师引导学生反思他们个人的生活习惯是否对环境产生了负面影响，调动他们参与保护行动的积极性。

结束语

总之，基于科学思维培养的高中生物情境教学策略旨在引导学生深度思考、主动探究，全面提升科学素养。通过创设问题情境、合作探究、实验探究和生活实践等措施，使学生在情境中感受科学的魅力，不仅掌握生物知识，更培养了解决问题的能力。

参考文献

[1]王静仁.以“三段论”为载体培养高中生物科学思维的教学实践[J].生物学通报，2022，57（6）：44-45.

[2]王上锐，凌莹颖.指向科学思维培养的高中生物深度学习教学实践[J].中学生物学，2022，38（6）：26-28.

[3]赖清玉.基于科学思维培养的高中生物情境教学实践研究[D].阜阳：阜阳师范大学，2021.

[4]黄珍.基于科学思维素养培养的高中生物参与式教学实践研究[D].广州：广州大学，2019.