《高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的策略研究》

（一）課題的核心概念及其界定概念教學：

概念是高度概括和抽象形成的，對事物特征或屬性的指認形式，體現了認識主體對客觀事物的一般特征和本質特征的把握。概念既是思維的產物，又是思維的工具，是進行判斷和推理的基礎。概念教學本質上是思維的教學，其重心在于圍繞學科核心概念組織教學，幫助學生深刻地理解概念內涵，在概念形成和應用中提升學生的科學思維素養(yǎng)?？茖W思維：是基于事實證據、運用科學概念、通過科學推理和論證對客觀事物的本質、規(guī)律及其相互關系作出判斷和解釋，對客觀事物的發(fā)展變化作出預測的認識方式，是一種建立在證據和邏輯基礎上的求真務實的思維方式。本課題研究的科學思維是普通高中生物學課程標準中的科學思維，是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。本課題著眼于運用比較、分析、綜合、歸納、演繹、建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，以概念教學為載體進行科學思維能力的培養(yǎng)。

（二）國內外同一研究領域現狀與研究的價值1.概念教學的研究現狀概念教學研究在國外起步較早，形成了大量概念教學的理論。在概念的定義上，認知心理學家奧蘇伯爾認為概念是“符號所代表的具有共同標準屬性的對象、事件、情境或性質”；在概念的類型上，以加涅提出的“具體概念”和“定義性概念”最具有代表性。在概念教學的實踐上提出了一系列的教學方式和教學策略，奧蘇貝爾認為“具體概念”的教學可通過“上位學習同化模式”，“定義性概念”的教學則運用概念形成和概念同化兩種方式。諾瓦克等人創(chuàng)造性地開發(fā)了概念圖教學策略，托尼·布贊開創(chuàng)了思維導圖教學策略等等。近年來國外學者對概念教學的研究主要集中在：研究的主體和內容方法更加關注概念學習成果的整合；重視學習心理學等理論的指導建構概念學習的模型，來解釋學生概念獲得的思維過程；在具體課堂環(huán)境下實施概念教學時，對于概念教學策略和工具的具體化研究。國內學者對概念教學的研究起步較晚，但研究成果豐碩。近幾年國內學者不斷地對概念教學進行拓展和深化研究，從策略、模式、理論、方法等方面發(fā)展為各學科和具體知識點對應的概念教學研究。如對學科中概念的分類和特征的分析；基于實際教學對概念教學現存問題進行梳理等。同時，隨著教育研究的深入及國家教育的改革發(fā)展，關注到概念教學對學生的潛在教育價值。如通過概念圖、蘇格拉底式對話和概念轉變等策略在物理學科中可以有效發(fā)展學生的高級思維能力；在概念教學中借助實驗、人文信息、生活經驗等培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)價值。圍繞高中生物學概念教學的研究內容主要有：高中生物學概念教學現狀以及對策的研究，如王琛在核心素養(yǎng)的背景下對高中生物學概念教學進行了現狀調查和教學策略的研究；郝琦蕾對概念教學中當前所存問題進行總結并對高中生物學概念教學提出建議?；诓煌Ｊ较碌纳锔拍罱虒W現狀研究或應用研究，如莫廣彤基于PBL教學模式對高中生物學重要概念教學進行實踐研究；王連華將BOPPPS模式運用到高中生物學概念教學中；陳琳運用TfU教學模式對高中生物學概念教學進行實踐研究。結合具體生物知識對概念教學的教學設計研究。如杜變變對人教版必修三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中的“生態(tài)系統(tǒng)”編制單元教學設計、并進行了概念教學實踐等。2.

科學思維的研究現狀國外對于科學思維的研究更多關注在科學思維的方法、組成結構和培養(yǎng)問題上。研究發(fā)展進程從不同學科出發(fā)到不同思維方式和問題解決策略，再到針對某一思維類別研討更詳細的思維態(tài)度和思維方法。比如威廉姆斯就創(chuàng)造性思維拓展了學生在科學思維運用過程中的思維流暢性、靈活性、獨創(chuàng)性、精致性等特點和好奇心、挑戰(zhàn)力、想象力等思維品質，為科學思維的培養(yǎng)與評價提供了細致的參考依據。庫恩等人以不同年級的學生作為研究對象，分別進行多變量系統(tǒng)的科學思維水平練習與元策略能力訓練，研究結果證實了該教學策略能有效培育科學思維。國外對于科學思維的培養(yǎng)日益重視，尤其對在基礎教育領域如何開發(fā)學習者的科學思維進行了細致且系統(tǒng)的研究。繼《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》發(fā)布后，國內關于科學思維的研究逐年增加。在科學思維的內涵方面，胡衛(wèi)平等人綜合了不同科學思維理論和中學生科學能力建構理論提出了中學生科學思維能力的結構模型，為科學思維提供了切實可行的培養(yǎng)方向。在科學思維培養(yǎng)的教學策略研究方面，劉柳提出了五種有效培養(yǎng)科學思維能力的教學策略：概念圖策略、PBL策略、科學史策略、模型制作策略、體驗式教學策略。朱玥蓉基于調查研究總結了科學史策略對于科學思維的培養(yǎng)作用。黃福群論述了在課堂教學中使用思維導圖策略對于課堂思維體系的構建、明確概念間聯(lián)系、展示實驗邏輯和解題思維過程的有效作用。在不同課型、不同教學模式下的科學思維培養(yǎng)方面。楊桂華研究新授課的概念導入環(huán)節(jié)。閔凡芹探究了實驗課對科學思維和探究能力的培養(yǎng)。殷曉悅闡述了復習課如何對學生科學思維的培養(yǎng)；郭曉文研究PBL教學模式下如何培養(yǎng)科學思維；韓艷琴和楊靜草都是對HPS教學模式發(fā)展科學思維進行實踐研究。在科學思維發(fā)展水平的評價研究方面，一是從教學和試題分析的角度探討科學思維的評價，如通過解讀課標，具體化描述科學思維的四個水平，從而形成可操作的評價指標。二是評價體系的構建與改進，如王程媛通過設置過程性評價量表來評價學生的科學思維。原康結合高中生物學課程標準、國際學生評價項目PTSA以及美國NAEP科學素養(yǎng)測評項目，研制了通過紙筆測試考察學生科學素養(yǎng)發(fā)展水平的評價工具。目前雖然一些一線教師注意到概念教學與科學思維能力培養(yǎng)之間的聯(lián)系，但關于高中生物學概念教學對學生科學思維能力培養(yǎng)的研究成果較少。研究成果主要集中在基于科學思維的某一節(jié)課的概念教學設計，且相對集中于初中教學階段，科學思維能力的培養(yǎng)是碎片化，不成體系的。關于高中生物學概念教學與學生科學思維能力培養(yǎng)的關系；高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的策略以及策略有效性等問題研究還不夠深入。3.

研究價值概念是思維的基本形式，是思維的工具。概念教學本質上是思維教學，是發(fā)展學生科學思維的途徑?？茖W思維是高中生物學學科核心素養(yǎng)之一，是學生應具備的、適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力。本課題以概念教學為載體，在高中生物學課程實施中開展培養(yǎng)學生科學思維能力的實踐研究，在具體的培養(yǎng)方法、實施策略和評價體系上進行探索，以幫助學生在理解概念的同時，提升科學思維素養(yǎng)。

（三）研究的目標、內容（或子課題設計）與重點1.

研究目標（1）通過課題研究，提煉高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的相關策略、典型課型與課例，為落實核心素養(yǎng)教學提供切實可行的案例和借鑒。（2）通過課題研究，在概念形成教學和概念應用教學中促進學生歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等科學思維能力的提升，促進學生生物學核心素養(yǎng)發(fā)展。（3）通過課題研究，促進教師對生物學概念的認知，深化對概念教學的理解，增強在高中生物概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的意識，優(yōu)化培養(yǎng)學生科學思維能力培養(yǎng)的教學改革，進而提高教育教學質量，彰顯生物學課程的育人價值。2.

研究內容與重點基于以上研究目標，針對當前高中生物概念教學中存在的不足，確立以下研究內容。（1）概念教學、科學思維等核心概念的文獻研究通過理論學習與文獻研究，把握概念教學的內涵、理論以及概念教學相關教學模式與策略，深刻理解《普通高中生物學課程標準（2017年版）》的精神，明確高中生物學學科核心素養(yǎng)下科學思維能力的涵義及各種思維方法的內涵，梳理概念教學與科學思維培養(yǎng)間的內在關系，為開展課題研究提供理論支持。（2）高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的現狀調查研究針對高中生物學概念教學中科學思維能力培養(yǎng)的現狀展開觀察、調查，分析高中生物學概念教學、科學思維能力培養(yǎng)的特點及存在的問題，分析科學思維能力與概念教學的相關性研究，明確課題研究的出發(fā)點。（3）高中生物學概念形成教學中學生科學思維能力培養(yǎng)的策略研究一是在上位概念形成教學中，培養(yǎng)學生歸納與概括能力的策略研究。二是在下位概念形成教學中，培養(yǎng)學生演繹與推理能力的策略研究。三是在概念定義形成中，培養(yǎng)學生模型與建模能力的策略研究。四是在概念內涵與外延關系教學中，培養(yǎng)學生批判性思維能力的策略研究。（4）高中生物學概念應用教學中學生科學思維能力培養(yǎng)的策略研究一是在概念間內在關系的研究中，培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力的策略研究。二是在概念的選擇應用中，培養(yǎng)學生證據意識的策略研究。三是在概念應用實踐過程中，培養(yǎng)學生演繹與推理能力的策略研究。四是在概念應用方案與反思中，培養(yǎng)學生批判性思維能力的策略研究。（5）高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的評價研究一是通過歸納概括概念特征的合理性，概念表征的準確性、思維的指向性、推理的邏輯性等過程性指標，作為學生科學思維能力水平的過程性評價。二是通過概念習得的效果、概念體系構建的合理性、模型的科學性、學習成績的提高、以及各類學科競賽與科技活動中的表現等，作為學生知識獲取能力高低的結果性評價。研究重點上述內容（3）（4）是課題的研究重點，即在研究科學思維能力內涵的基礎上，以概念教學為載體，以概念形成教學中科學思維能力的培養(yǎng)和概念應用教學中科學思維能力的培養(yǎng)為研究重點，提煉適合高中學生科學思維能力培養(yǎng)的相關策略。

（四）研究的思路、過程與方法1.研究思路本課題研究按照“調查篩選——課題論證——制訂方案——實踐研究——交流總結——申請結題”的程序進行。第一步，對相關文獻進行收集與整理，同時進行問卷調查，了解高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力當前的現狀和理論依據，明晰基于學生科學思維能力培養(yǎng)、概念教學的內涵及相關理論，明確課題研究目標、內容，形成課題研究方案。第二步，高中生物學概念教學中進行實踐研究。運用比較、分析、綜合、歸納、演繹、建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，選取系列概念樣本，從概念形成與應用兩個角度，探索培養(yǎng)學生科學思維能力的教學策略。第三步，提煉科學思維能力培養(yǎng)策略。在實踐中總結經驗，并回歸實踐進行檢驗、修正、完善，形成最終課題成果。本研究采取項目研究和行動研究相結合的策略。資源的建設采用項目研究的方法，分工合作。教學研究采用行動研究的策略，邊研究邊行動，邊行動邊研究，融研究于日常教學之中。

2.研究過程（1）設計論證階段：時間為2023年6月到2024年2月，首先是進行文獻研究，在理論部分需要大量文獻考證，對國內外基于科學思維能力培養(yǎng)下的概念教學的內涵和特征有更清晰的整體認識。梳理高中生物學概念教學和科學思維能力培養(yǎng)之間的關系。通過學生科學思維能力的現狀調查研究，反思研究過程中存在的問題，修正研究方法。（2）實踐探索階段：時間為2024年3月到2026年2月，基于培養(yǎng)學生科學思維能力，初步形成高中生物學概念教學的策略研究，以及基于培養(yǎng)學生科學思維能力，改進學生學習評價的研究，反思研究過程中存在的問題。（3）實踐修正階段：時間為2026年3月到2026年9月，總體提煉在高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維的初步成果，并在實踐中檢驗、修正，為成果總結和提煉做準備。（4）成果總結結題階段：時間為2026年9月到2026年12月，課題成果全面總結提煉階段，匯編論文集、案例集，撰寫結題報告。3.研究方法（1）文獻研究法。研究概念教學的涵義、理論以及概念教學的教學模式與策略，以及科學思維能力中各種思維方法的內涵。（2）調查法。調查高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的現狀與問題，并作梳理、凝練，形成調查的數據和報告。（3）行動研究法。對培養(yǎng)學生科學思維能力目標、促進學生科學思維能力培養(yǎng)的策略研究。研究主要以案例為載體的行動研究為核心，強化在高中生物學概念教學的實踐中完善與深化，提煉教學策略。（4）課堂觀察法。憑借相關輔助工具，從課堂情境中收集資料，對學生科學思維能力的實施和評價作定性和定量的分析，達成概念教學的具體策略。（5）案例（課例）研究法。通過獲取實踐案例（課例），選取指向培養(yǎng)科學思維能力的典型教學實踐課例，分析對高中生物學概念教學教學策略的具體應用和評價。

（五）主要觀點與可能的創(chuàng)新之處1.

主要觀點（1）概念是人類的一種思維形態(tài)，是思維的產物、思維的工具，也是進行判斷和推理的基礎。概念教學本質上是思維的教學，概念教學是培養(yǎng)學生科學思維能力的一種途徑。（2）科學思維是高中生物學學科核心素養(yǎng)之一，是學生應具備的、適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力。高中生物教學中只有重視科學思維能力的培養(yǎng)，“授人以漁”方能使學生思維水平提升，不落后于知識生長速度。（3）概念教學是培養(yǎng)學生科學思維的載體，以在概念形成教學和概念應用教學中培養(yǎng)學生歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等科學思維能力為研究突破口，可以有效促進學生科學思維能力發(fā)展。2.可能創(chuàng)新之處（1）研究對象的創(chuàng)新。概念是教學的基礎，以概念教學為載體，拓展了培養(yǎng)學生科學思維能力的基本途徑和方式。（2）研究思路的創(chuàng)新。創(chuàng)造性地從概念教學的角度研究科學思維能力的培養(yǎng)策略，同時通過一線教學實踐驗證策略的有效性，以提升教學質量和學生生物學學科核心素養(yǎng)。（3）研究內容的創(chuàng)新。圍繞概念形成教學和概念應用教學提煉高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的相關策略，以促進學生科學思維能力的提升，促進教師概念教學理念的轉變，優(yōu)化教學改革，進而提高教育教學質量，彰顯生物學課程的育人價值。

（六）預期研究成果成果名稱成果形式完成時間階段成果（限5項）高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的策略研究實施方案2023年10月高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的策略研究教學案例集教學案例2024年12月高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的策略研究中期研究報告2024年12月高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的策略研究現狀調查分析調查報告2024年6月高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的策略研究學科教學論文學科教學論文2024年12月最終成果（限3項）高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的策略研究論文集、案例集論文、教學案例2026年12月高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的策略研究結題報告2026年12月高中生物學概念教學中培養(yǎng)學生科學思維能力的策略研究鑒定書鑒定書2026年12月（七）完成研究任務的可行性分析（包括：①包括課題主持人在內的課題組核心成員的學術或學科背景、研究經歷、研究能力、研究成果；②研究基礎，包括圍繞本課題所開展的文獻搜集、調研和相關論文等；③完成研究任務的保障條件，包括研究資料的獲得、研究經費的籌措、研究時間的保障等。）1.研究力量本課題組成員中，有長期進行思維教學研究、對教育教學有深入研究的特級教