例談高中生物教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維的策略 論文

例談高中生物教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維的策略

摘要：為培養(yǎng)全面發(fā)展的學(xué)生，高中教育中要立足發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。科學(xué)思維作為學(xué)科的核心素養(yǎng)的四個要素之一，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)、生活的效率

和質(zhì)量。因此教師要將科學(xué)思維的培養(yǎng)融入自己的課堂教學(xué)中，可以采取多種教學(xué)策略，如創(chuàng)設(shè)多種情境培養(yǎng)科學(xué)思維、在科學(xué)史教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維、運用論

證式教學(xué)培養(yǎng)科學(xué)思維、建構(gòu)模型法培養(yǎng)科學(xué)思維等。關(guān)鍵詞：創(chuàng)設(shè)情境，科學(xué)史，論證式教學(xué)，建構(gòu)模型，科學(xué)思維

“人非生而知之者，熟能無惑？”學(xué)生有了疑惑，教師除了要解答學(xué)生的疑

惑，更要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，因為授人以“魚”不如授人以“漁”。學(xué)生習(xí)得[1]

的科學(xué)思維可以提高他們的學(xué)習(xí)、生活的效率和質(zhì)量，因此《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》中將科學(xué)思維作為生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的四個要素之一。

“科學(xué)思維”是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)

[2]的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。立足于如何更好地培

養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維這一教學(xué)目標，本文就高中生物課堂教學(xué)中可以采取的四個策略：創(chuàng)設(shè)多種情境培養(yǎng)科學(xué)思維、在科學(xué)史教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維、運用論證式教

學(xué)培養(yǎng)科學(xué)思維、建構(gòu)模型法培養(yǎng)科學(xué)思維進行討論。一、創(chuàng)設(shè)情境培養(yǎng)科學(xué)思維的策略

在生物課堂教學(xué)中教師通過創(chuàng)設(shè)真實、具體的多種情境，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興[3]

趣，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生自己去解決情境中遇到的實實在在的問題。身臨其境地去學(xué)習(xí)、感悟?qū)W科知識，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提升思維品質(zhì)。

1．創(chuàng)設(shè)熱點情境調(diào)動思維

例如在學(xué)習(xí)免疫調(diào)節(jié)相關(guān)知識的時候，教師可簡單介紹新冠病毒目前的防控情況。毫無疑問新冠病毒已影響到我們的學(xué)習(xí)和生活，學(xué)生已對其有一定的認識

和思考，但對其感染人體的途徑和方法，以及人體如何抵御的認識還不夠深入。教師進而拋出問題：新冠病毒是如何感染人體的？人體有哪些防線來阻擋病毒的

入侵？以此調(diào)動學(xué)生的積極思考。教師通過發(fā)生在學(xué)生身邊的、被學(xué)生熟知的這些熱點事件來引入課堂教學(xué)，

有利于調(diào)動學(xué)生的思維，為后續(xù)課堂的展開作了很好的鋪墊。．創(chuàng)設(shè)問題串情境提升思維

[4]問題是思維的起點，發(fā)問對于培養(yǎng)孩子的思維能力是很重要的。還是用免

疫調(diào)節(jié)的學(xué)習(xí)舉例，通過前面的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道了人體三道防線的組成。人體單靠第一道、第二道防線為什么不能消滅病毒？結(jié)合前面所學(xué)知識，學(xué)生嘗試思

考并回答：前兩道防線沒有特異性，要想徹底殺滅病毒必須依靠第三道防線構(gòu)成的特異性免疫屏障。教師講解體液免疫和細胞免疫并板書免疫過程，進而拋出問

題：體液免疫和細胞免疫有哪些不同呢？同學(xué)們深入思考并回答：對于侵入體細胞的病毒，抗體沒有辦法和它們結(jié)合，需要效應(yīng)T細胞先將被病毒入侵的靶細胞

裂解才行。教師通過創(chuàng)設(shè)問題串情境，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。學(xué)生則利用已有知識，層層

深入地解答問題，構(gòu)建自己的知識體系，提升科學(xué)思維。3．創(chuàng)設(shè)認知沖突情境強化思維

教師在講解二次免疫之前可以先介紹新冠病毒。新冠病毒傳染性強，對人體健康的損害性大，按道理我們應(yīng)該遠離它才對。為什么科學(xué)家還要研究它，并且

研發(fā)出了多種途徑的疫苗呢？北京科興公司生產(chǎn)的疫苗就是將滅活病毒注射到人體內(nèi)的。學(xué)生不禁會產(chǎn)生這樣的疑問：新冠病毒致病性那么強，注射到人體內(nèi)

的疫苗會對人體造成危害嗎？其實同學(xué)們在注射疫苗前或多或少都思考過這樣的問題。至此教師已成功創(chuàng)設(shè)了具有一定認知沖突的真實情境。教師進而啟迪學(xué)

生科學(xué)地去思考滅活病毒保護我們的機理是什么？學(xué)生在看似矛盾與沖突的情境中，通過解讀材料充分質(zhì)疑、批判性思考，從

[3]而訓(xùn)練了思維的嚴謹性、全面性和深刻性。

二、科學(xué)史教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)思維的策略由于學(xué)科教材篇幅是有限的，科學(xué)史內(nèi)容的呈現(xiàn)在教材中并不多，尤其是科

學(xué)家們開展研究工作時他們的思維過程，采用的科學(xué)實驗方法，他們百折不撓、不怕失敗、勇于嘗試的科學(xué)精神不能具體呈現(xiàn)給學(xué)生。但是科學(xué)史內(nèi)容對于培養(yǎng)

學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，尤其是科學(xué)思維的培養(yǎng)卻是極有意義的。這就要求教師在備課時要深挖教材，到課外查找資料，認真梳理科學(xué)概念發(fā)現(xiàn)的時間脈絡(luò)，還原

科學(xué)探索的第一現(xiàn)場，以期帶領(lǐng)學(xué)生一起重溫科學(xué)家富有創(chuàng)意的思維過程和嚴謹[1]

的科學(xué)態(tài)度。例如光合作用的研究歷史，光合作用的反應(yīng)式看似非常簡單：

CO+H

O→(CH

O)+O

，但是科學(xué)家為了弄清楚光合作用的具體過程卻花了兩百多2222年的時間。起初人們認為光合作用中產(chǎn)生的氧氣來自同為氣體的二氧化碳，光是

弄清楚光合作用中氧氣的來源就用了很長時間。20世紀30年代，凡·涅爾比較了不同生物的光合作用過程,發(fā)現(xiàn)它們有共同之處,例如:

綠色植物

CO

+2H

O→(CH

O)+O

+H2O2222紫硫細菌

CO

+2H

S→(CH

O)+2S↓+H2O

222紅細菌

CO

+2H

→(CH

O)+H2O

222凡·涅爾對反應(yīng)式進行了仔細觀察，大膽地做出了推測。

教師提問：請同學(xué)們思考一下，通過比較上述反應(yīng)式，你是否也能得出和凡·涅爾一樣的科學(xué)結(jié)論呢？

學(xué)生思考討論后回答：因為紫硫細菌中的

S來自反應(yīng)物中的HS，那么可以2推測出綠色植物中的O來源是HO中的O原子，進一步觀察紅細菌的反應(yīng)式中沒

22有O的產(chǎn)生也印證了這個推測。

2在此基礎(chǔ)上教師再和學(xué)生一起探索魯賓和卡門的同位素標記實驗，進一步培

養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。三、運用論證式教學(xué)培養(yǎng)科學(xué)思維的策略

在高中生物課程的教學(xué)過程中，培養(yǎng)科學(xué)思維的另一個重要策略就是論證或[1]

科學(xué)論證，并以此來發(fā)展學(xué)生的論證技能。論證包括證據(jù)、推理、主張三個要[5]

素。在教學(xué)過程中，教師可以要求學(xué)生由證據(jù)、推理兩個環(huán)節(jié)形成主張

。例如在生物膜的流動鑲嵌模型一節(jié)教學(xué)中，教師可以組織學(xué)生運用論證法教

學(xué)。關(guān)于蛋白質(zhì)在細胞膜中的分布知識點的學(xué)習(xí)，教師可以將班級學(xué)生分為兩組，A組支持單位膜模型，B組支持流動鑲嵌模型，讓同學(xué)們論證各自的觀點。

A組（單位膜模型）證據(jù)：1959年，羅伯特森在電鏡下看到了細胞膜清晰的暗-亮-暗的三層結(jié)

構(gòu)推理:電子與不同物質(zhì)發(fā)生碰撞而產(chǎn)生不同散射度。蛋白質(zhì)電子密度高，故

顯暗帶，磷脂分子電子密度低則呈亮帶。主張：蛋白質(zhì)分子平鋪在膜兩側(cè)，生物膜都由蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)三層結(jié)

構(gòu)構(gòu)成，為靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。B組（流動鑲嵌模型）

證據(jù)：冰凍蝕刻電鏡技術(shù)的發(fā)現(xiàn)、熒光標記的小鼠細胞和人細胞融合實驗等推理：如果蛋白質(zhì)等膜結(jié)構(gòu)是靜止的，細胞膜的復(fù)雜功能將難以實現(xiàn)，如：

細胞的生長、變形蟲的變形運動等。主張：蛋白質(zhì)鑲在、嵌入、橫跨在磷脂雙分子層中，組成膜結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)等

分子可以運動。通過分析和討論，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)同伴證據(jù)或推理中的錯誤，形成尊重事實和

證據(jù)、崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度和學(xué)習(xí)習(xí)慣；在論證活動中讓學(xué)生學(xué)會如何提出、支持、評價以及修正觀點，運用證據(jù)支持自己的觀點，學(xué)生的思維能力得到

[1]

了發(fā)展。四、建構(gòu)模型法培養(yǎng)科學(xué)思維的策略

在生物學(xué)課堂教學(xué)中，教師鼓勵學(xué)生自主建構(gòu)模型，有利于學(xué)生基于生物學(xué)事實和證據(jù)觀察的基礎(chǔ)上，形成生命觀念，優(yōu)化科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)探究的習(xí)慣。

目前，在高中生物課堂教學(xué)中常用的模型有三種：概念模型、物理模型、數(shù)學(xué)模[6]

型。例如在“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建”教學(xué)中，教師請同學(xué)們先閱讀沃森和

克里克構(gòu)建

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的故事，嘗試總結(jié)DNA分子結(jié)構(gòu)特點，并分組構(gòu)建物理模型。學(xué)生共同總結(jié)DNA分子結(jié)構(gòu)特點：磷酸和脫氧核糖交替排列在外側(cè)，

堿基排列在內(nèi)側(cè)，磷酸二酯鍵連接同一條鏈中的相鄰核苷酸，DNA分子的兩條長鏈反向平行，并遵循堿基互補配對原則，A和T之間形成兩個氫鍵，G和C之間

形成三個氫鍵，DNA分子呈雙螺旋結(jié)構(gòu)。教師鼓勵學(xué)生不要機械化思維，要不拘一格，因為物理模型的呈現(xiàn)方式可不

止一種，同學(xué)們則各顯神通地開始了制作。有的小組用彩筆在紙上畫了DNA分子的平面結(jié)構(gòu)模型；有的小組則利用橡皮泥或黏土、小木棒手工制作模型；有的小

組用不同顏色的卡紙剪出不同的形狀分別代表核苷酸分子的三種構(gòu)件：圓形紙片代表磷酸分子，五邊形的紙片代表脫氧核糖分子，剪出的不同顏色長方形的紙片

代表四種堿基分子，并用訂書針代表化學(xué)鍵將它們連接起來；有的小組同學(xué)則在網(wǎng)上購買了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型組件，買回來后小組內(nèi)合作共同組裝起來。

總之，各小組構(gòu)建的作品讓教師欣賞到了模型構(gòu)建的“美妙”之景。通過此次模型建構(gòu)活動，學(xué)生學(xué)會了在自然科學(xué)的探究中要尊重事實和證

據(jù)，透過科學(xué)家孜孜不倦地追求真理的精神理解科學(xué)本質(zhì)。學(xué)生的動手能力得到了顯著提高，并學(xué)會了如何與他人合作去解決問題，優(yōu)化了學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣。

五、結(jié)語立德樹人是此次高中課程改革的方向和任務(wù)，而培養(yǎng)什么樣的人是我們每一

名教育工作者都應(yīng)深入思考的問題。蘇霍姆林斯基曾說過：“在學(xué)生的腦力勞動中，擺在第一位的并不是背書，不是記憶別人的思想，而是讓本人去思考”。但

在高中生物課堂教學(xué)中部分教師往往只注重學(xué)科知識的傳授，而忽略了學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，導(dǎo)致部分學(xué)生雖然學(xué)習(xí)成績較好，但思維能力較差。然而在大多數(shù)

實際生活中，知識從來就是不完全的（因為我們處理的事情往往涉及將來），所[4]

以我們需要思維。只有包括生物學(xué)在內(nèi)的科學(xué)課程將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維作為重要的目標，并

在課堂教學(xué)中采用科學(xué)的培養(yǎng)策略，我們的民族才更具創(chuàng)造力、更有希望，才能更好地解決當(dāng)下和未來所要面對的問題。

參考文獻[1]劉恩山，曹保義.普通高中生物學(xué)課程標準解讀[M].北京：高等教育出版社，2018:43-

6，95-99.2]

中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標準（2017

年版）[S].北京：人民教育

出版社，2018：6.4[[3]呂甜甜.基于真實情境培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維—以“基