高中生物科学思维在实验情境下的优化培养策略

摘 要：科学思维的培养是素质教育改革的一个重要教学目标，在高中生物教学中，通过实验教学培养学生的科学思维具有良好的实践效能。然而，高中生物科学思维的培养在实验情境下面临着实验教学资源的不足与分配不均、学生科学思维与实验过程的脱节和评价体系对科学思维培养的约束等诸多困境。为应对这些挑战，本文提出了优化实验资源配置与教学环境、加强实验过程的科学思维训练、改革评价机制与反馈方式等教学策略，旨在改善高中生物教学的实践性和互动性，从而提高学生的科学素养和思维能力，推动高中生物教育质量的整体提升。

关键词：高中生物；科学思维；实验情境；教学策略

科学思维能力是现代社会中学生核心素养的重要组成部分，尤其在生物学科的学习中，科学思维的培养对于理解复杂的生命现象和解决实际问题至关重要。实验教学作为生物学科的关键环节，不仅能直观呈现理论知识，还能有效增强学生的动手能力和探究意识。然而，目前高中生物科学思维的培养面临诸多困境。因此，结合教学现状分析这些困境，并针对性地改进和优化教学，能够促进高中生物教学的有效发展，提高学生的科学思维能力和实践水平。

一、实验情境对高中生物科学思维培养的促进作用

（一）有利于激发学生学习兴趣，提升动手实践能力

实验情境能够将抽象的生物知识直观化和具体化，从而激发学生的学习兴趣并提升他们的动手实践能力。在传统的生物课堂中，许多知识点往往是以书本或口头形式传授，学生难以通过简单的讲解和记忆建立起对生命现象的深刻理解。然而，实验情境则为学生提供了亲身体验和观察生物现象的机会，使他们能够通过操作和实践，将理论知识与实际应用相结合。例如，在显微镜下观察细胞结构时，学生可以清晰地看到不同类型的细胞形态，这种视觉上的直接体验有助于他们更好地理解细胞的组成和功能，而不仅仅停留在书本中的抽象描述。这样的实验操作不仅能够提高学生对知识的兴趣，也能帮助他们在动手过程中培养更高层次的分析能力和解决问题的能力[1]。对于高中生而言，实验情境的价值尤为突出。由于教学资源和设备相对匮乏，学生平时很少有机会参与到动手操作中来，理论学习与实际操作之间存在较大差距。而实验情境的设立能够弥补这一不足，为学生提供更多的实践机会，培养他们的科学探索精神和实验技能。这些动手操作让学生在实践中不断验证和反思所学知识，帮助他们形成科学思维方式和批判性思维

能力。

（二）有利于培养批判性思维与逻辑推理能力

实验情境为学生提供了一个探究性学习的机会，在这个过程中，学生不仅需要掌握生物学的基本原理，还要学会应用这些原理去解决具体的科学问题。实验通常从提出假设开始，学生需要根据已有的理论知识，提出关于实验现象的初步假设。这一步骤要求他们对所学内容有足够的理解，并能够将理论转化为可验证的假设。在实验过程中，学生需按步骤进行操作，仔细观察现象，收集和记录数据。通过实验现象的观察和数据的分析，学生逐步验证或修正他们的假设，进而得出合理的结论[2]。这一系列的实验步骤，不仅是为了验证教材中的理论内容，更重要的是通过实际操作，培养学生的批判性思维和逻辑推理能力。学生在分析实验数据时，必须以客观、批判的态度对待实验结果，判断其是否与预期相符，并思考实验设计是否存在改进空间。假如实验结果与假设不一致，学生需要回顾实验步骤、检视假设的合理性，甚至重新设计实验来进一步验证。这种不断推敲、分析和反思的过程，有助于学生形成科学的思维方式，使他们学会不轻易接受表面现象，而是通过数据和证据支持得出结论，从而提升批判性思维能力。

（三）有利于促进合作学习与科学交流能力

实验情境下的合作学习为学生提供了一个共同探究和互动交流的平台，尤其是通过分组实验的形式，学生可以在团队中分工合作，共同完成实验任务。在团队合作中，每个学生都承担不同的任务，例如有的负责实验设计，有的负责操作实验步骤，有的则负责记录数据和分析结果。通过这种合作，学生不仅能够学到如何在团队中有效协作，还能够在与他人交流和讨论中激发新的思考角度和见解。实验过程中的合作讨论，往往涉及对实验设计的评估、实验现象的解释以及数据分析中的问题解决，这些都要求学生在互相启发的基础上做出更深入的思考。在高中生物教学环境中，实验情境的设立对于改善学生之间的互动和交流显得尤为重要。由于平时接触到的教育资源相对有限，学生之间的学术讨论和合作机会较少。而通过分组实验，学生得以通过实际问题的共同解决，逐步提升他们的沟通能力和科学表达能力。

二、高中生物科学思维在实验情境下的培养困境

（一）实验教学资源的不足与分配不均

实验教学是培养学生科学思维的重要途径，但在许多学校中，实验资源的不足与分配不均使得这一目标难以实现。实验器材的匮乏是一个突出问题，很多学校的实验室设备相对陈旧或不够完善，这不仅限制了教师开展多样化、深入的实验，也制约了学生探究和实践能力的培养。例如，一些学校可能连基本的生物实验器材都无法齐全提供，导致无法进行关键的实验操作和观察，进而影响学生对生物学知识的理解和应用。师资力量的不足也是制约因素之一。具备较强实验能力和科学思维培养意识的生物教师相对较少，部分教师未接受过足够的实验技能培训，缺乏有效引导学生在实验中发展科学思维的能力。这种情况使得实验教学质量参差不齐，许多教师往往只能依赖传统的教学方法，缺乏对学生进行科学探究和批判性思维的引导[3]。学生的参与机会不均也造成了教育公平性的问题。由于实验次数有限，并且某些实验具有较高的复杂性，通常需要小组合作完成，部分学生可能在这一过程中无法得到充足的动手机会，影响了他们的实践能力和自信心。这种不均衡的参与机会，不仅影响了学生对科学实验的兴趣和热情，也阻碍了他们科学思维的培养和发展。

（二）学生科学思维与实验过程的脱节

在高中生物实验教学中，学生的科学思维与实验过程之间存在明显的脱节现象，这对科学思维的有效培养形成了障碍。首先，许多学生在实验过程中过于注重实验结果，而忽视了实验过程中的关键环节。实验往往被设计成一个严格的步骤，让学生仅需按照既定的程序进行操作，最终只需得出正确的结果。这种做法使得学生的思维局限于结果本身，而未能充分参与到实验设计、假设提出、变量控制以及数据分析等科学思维的核心环节中。这不仅限制了学生的独立思考能力，也抑制了他们在面对实际问题时的解决能力。例如，当学生在实验中只关注结果而不考虑如何设计实验或分析数据时，他们的科学思维能力无法得到锻炼和提高。其次，思维定式的影响也不可忽视。许多学生过度依赖课本知识和标准实验步骤，形成了一种“照本宣科”的思维定式，缺乏主动探究的意识。这使得他们在面对新问题时，往往无法灵活运用已有知识，提出合理的假设或解释实验现象，导致创新思维的缺失。比如，在面对复杂的实验情境时，学生可能会感到无所适从，因为他们未曾经历过自主设计实验的过程，缺乏对实验背后科学原理的深入理解和灵活应用能力。

（三）评价体系对科学思维培养的约束

高中学生在科学思维基础和学习态度方面存在较大差异，导致他们在实验情境中培养科学思维时面临诸多困难。由于科学知识储备较少，许多学生对科学实验的认知较为肤浅，往往缺乏批判性思维和探究意识。再加上课堂教学评价体系对于学生思维能力培养方面缺乏明确的指标内容，导致教师仅仅能够从学生实验理论知识的背诵方面进行评价，无法引导学生对实验过程进行深入思考和验证，这就导致学生在参与实验的过程中，只能够机械地遵循实验步骤。这种教学评价体系下的教学方式无法培养学生的科学思维能力，导致学生的思维模式偏向于“标准答案”导向，习惯于从课本中获取固定答案，而不是通过实验探究和数据分析得出自主的结论。再加上平常的教学实践中学生缺乏足够的实验机会，这样一来学生只能够为了完成任务而参加实验，无法培养科学思维。

三、高中生物科学思维在实验情境下的优化培养策略

（一）优化实验资源配置与教学环境

为了有效培养学生的科学思维，学校在实验资源配置与教学环境的优化方面应采取多项措施，改善实验室设施是关键。学校应增加对实验器材的投入，确保实验室设备现代化和多样化，以满足不同实验教学的需求。现代化的实验设备不仅可以提升实验的准确性和效率，还能激发学生的兴趣和探索精神。此外，学校还应定期对实验设备进行维护和更新，以确保实验环境始终处于良好状态，防止设备故障影响教学进度和质量[4]。提供专业培训对于提升教师的实验教学能力和科学思维培养意识至关重要。定期为生物教师进行专业培训，帮助他们掌握多样化的实验教学方法，使教师能够更好地指导学生开展科学探究。在培训中，可以引入新的教学理念和技术，鼓励教师尝试新的实验设计与教学方式，从而提高实验教学的整体水平。促进合作与资源共享也是优化实验资源配置的重要途径。学校应鼓励不同学校之间的合作，尤其是在设备和实验材料的使用上，通过联合实验和资源共享的方式，使更多学生能够参与到实际的实验活动中。这样的合作不仅能够弥补单个学校资源的不足，还能促进学生之间的交流与学习，提高他们的动手实践机会。

（二）加强实验过程的科学思维训练

在实验教学中，加强学生科学思维训练至关重要，这可以通过多种策略实现。首先，引导自主探究是培养学生科学思维的重要手段。教师应鼓励学生在实验开始之前提出问题和假设，并自主设计实验方案。在这个过程中，教师应该给予学生适当的指导和支持，而不是简单地提供具体的操作步骤。通过这种方式，学生将有机会独立思考和解决问题，培养他们的自主学习能力和创新意识。其次，强调数据分析与讨论同样重要。在实验结束后，教师应引导学生进行数据分析，并组织小组讨论，鼓励他们总结实验过程中的发现和经验，进行反思和评价。这种方式不仅可以帮助学生理解实验结果的意义，还能培养他们的批判性思维能力和创新能力。此外，设计实验报告作为总结和展示的形式，也能促进学生对科学探究的深入理解，提升其表达和沟通能力。最后，融入跨学科思维是增强学生科学思维灵活性的有效途径。通过结合物理、化学、数学等学科的知识，教师可以设计跨学科的实验项目，让学生在解决实际问题时运用多学科的知识与方法。这种跨学科的学习不仅拓宽了学生的视野，也使他们能够更全面地理解科学问题的复杂性，从而提升他们的综合思维能力和解决问题的能力。

（三）改革评价机制与反馈方式

为了激励学生的科学思维发展，改革评价机制与反馈方式至关重要，建立一个多维度的评价体系是重点，除了单纯依赖考试成绩外，还应增加对学生在实验过程中的表现评价。这包括学生的思维过程、问题解决能力以及合作与沟通能力等方面的考量。这种综合评价能够全面反映学生的科学思维能力，帮助教师和学生更准确地了解学习效果和需要改进的地方。注重过程性评价是提升学生科学探究能力的有效途径。在实验过程中，教师应及时给予反馈，关注学生在实验中的思维过程和创新表现，而不仅仅是关注最终结果。通过鼓励学生在实践中不断探索与尝试，教师可以帮助他们建立信心，同时培养他们的批判性思维与解决问题的能力[5]。这样的反馈方式，不仅增强了学生的参与感和归属感，也激励他们在未来的学习中更加积极主动。实施项目制评估也是推动科学思维发展的有效策略。通过设置一些综合性的实验探究项目，让学生在实际操作中体现出科学思维能力，既能够激发他们的创造力，也能促进他们在团队中进行有效的沟通与合作。同时，学生在展示与分享的过程中，也能够提升表达能力和自信心。

结束语

综上所述，在高中生物科学思维的培养中，实验情境的优化至关重要。通过优化实验资源配置与教学环境、加强实验过程的科学思维训练、改革评价机制与反馈方式，可以有效突破当前存在的困境。实验教学不仅是知识传递的过程，更是学生思维训练的舞台。高中生物在提升学生科学素养方面任重道远，但通过系统性优化策略的实施，生物教学必将朝着更加科学化和创新化的方向迈进，从而为学生的全面发展奠定坚实基础。

参考文献

[1]叶茂.核心素养导向的高中生物情境教学探究：以“细胞器之间的分工合作”为例[J].中学课程资源，2024，20（9）：46-49.

[2]官小丽.新高考模式下高中生物情境教学创新研究[J].试题与研究，2024（20）：7-9.

[3]牟燕燕.基于核心素养的高中生物课堂情境教学策略研究[J].求知导刊，2024（17）：38-40.

[4]谢婷婷.巧用情境教学，培养批判思维：高中生物课运用情境教学法培养批判性思维的对策[J].高考，2024（17）：138-140.

[5]董占军.高中生物实验教学策略的理性设计[J].教育实践与研究（B），2024（5）：56-58.

本文系扬州市教育科学“十四五”规划2022年度一般课题“基于实验情境的农村高中生生物科学思维品质提升策略”（课题立项号：2022/N/019）的阶段性研究成果。