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)?？茖W(xué)思維作為學(xué)科的核心素養(yǎng)的四個(gè)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(yùn)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(wú)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?yàn)槭谌艘浴棒~(yú)”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(biāo)準(zhǔn)（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(gè)要素之一。

“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)

[2]的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)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(biāo)，本文就高中生物課堂教學(xué)中可以采取的四個(gè)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(yùn)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(jìn)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(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)、具體的多種情境，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興[3]

趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生自己去解決情境中遇到的實(shí)實(shí)在在的問(wèn)題。身臨其境地去學(xué)習(xí)、感悟?qū)W科知識(shí)，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(diǎn)情境調(diào)動(dòng)思維

例如在學(xué)習(xí)免疫調(diào)節(jié)相關(guān)知識(shí)的時(shí)候，教師可簡(jiǎn)單介紹新冠病毒目前的防控情況。毫無(wú)疑問(wèn)新冠病毒已影響到我們的學(xué)習(xí)和生活，學(xué)生已對(duì)其有一定的認(rèn)識(shí)

和思考，但對(duì)其感染人體的途徑和方法，以及人體如何抵御的認(rèn)識(shí)還不夠深入。教師進(jìn)而拋出問(wèn)題：新冠病毒是如何感染人體的？人體有哪些防線來(lái)阻擋病毒的

入侵？以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極思考。教師通過(guò)發(fā)生在學(xué)生身邊的、被學(xué)生熟知的這些熱點(diǎn)事件來(lái)引入課堂教學(xué)，

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

[4]問(wèn)題是思維的起點(diǎn)，發(fā)問(wèn)對(duì)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(guò)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(shí)，學(xué)生嘗試思

考并回答：前兩道防線沒(méi)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(xì)胞免疫并板書(shū)免疫過(guò)程，進(jìn)而拋出問(wèn)

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

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

深入地解答問(wèn)題，構(gòu)建自己的知識(shí)體系，提升科學(xué)思維。3．創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突情境強(qiáng)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(qiáng)，對(duì)人體健康的損害性大，按道理我們應(yīng)該遠(yuǎn)離它才對(duì)。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(huì)產(chǎn)生這樣的疑問(wèn)：新冠病毒致病性那么強(qiáng)，注射到人體內(nèi)

的疫苗會(huì)對(duì)人體造成危害嗎？其實(shí)同學(xué)們?cè)谧⑸湟呙缜盎蚨嗷蛏俣妓伎歼^(guò)這樣的問(wèn)題。至此教師已成功創(chuàng)設(shè)了具有一定認(rèn)知沖突的真實(shí)情境。教師進(jìn)而啟迪學(xué)

生科學(xué)地去思考滅活病毒保護(hù)我們的機(jī)理是什么？學(xué)生在看似矛盾與沖突的情境中，通過(guò)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(yán)謹(jǐn)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(kāi)展研究工作時(shí)他們的思維過(guò)程，采用的科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)要深挖教材，到課外查找資料，認(rèn)真梳理科學(xué)概念發(fā)現(xiàn)的時(shí)間脈絡(luò)，還原

科學(xué)探索的第一現(xiàn)場(chǎng)，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(guò)程和嚴(yán)謹(jǐn)[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(jiǎn)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(guò)程卻花了兩百多2222年的時(shí)間。起初人們認(rèn)為光合作用中產(chǎn)生的氧氣來(lái)自同為氣體的二氧化碳，光是

弄清楚光合作用中氧氣的來(lái)源就用了很長(zhǎng)時(shí)間。20世紀(jì)30年代，凡·涅爾比較了不同生物的光合作用過(guò)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(xì)菌

CO

+2H

S→(CH

O)+2S↓+H2O

222紅細(xì)菌

CO

+2H

→(CH

O)+H2O

222凡·涅爾對(duì)反應(yīng)式進(jìn)行了仔細(xì)觀察，大膽地做出了推測(cè)。

教師提問(wèn)：請(qǐng)同學(xué)們思考一下，通過(guò)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?yàn)樽狭蚣?xì)菌中的

S來(lái)自反應(yīng)物中的HS，那么可以2推測(cè)出綠色植物中的O來(lái)源是HO中的O原子，進(jìn)一步觀察紅細(xì)菌的反應(yīng)式中沒(méi)

22有O的產(chǎn)生也印證了這個(gè)推測(cè)。

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(biāo)記實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步培

養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。三、運(yùn)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(guò)程中，培養(yǎng)科學(xué)思維的另一個(gè)重要策略就是論證或[1]

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

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

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

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

A組（單位膜模型）證據(jù)：1959年，羅伯特森在電鏡下看到了細(xì)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(dòng)鑲嵌模型）

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

細(xì)胞的生長(zhǎng)、變形蟲(chóng)的變形運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。通過(guò)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(cuò)誤，形成尊重事實(shí)和

證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度和學(xué)習(xí)習(xí)慣；在論證活動(dòng)中讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何提出、支持、評(píng)價(jià)以及修正觀點(diǎn)，運(yùn)用證據(jù)支持自己的觀點(diǎn)，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(lì)學(xué)生自主建構(gòu)模型，有利于學(xué)生基于生物學(xué)事實(shí)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(qǐng)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(diǎn)，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(diǎn)：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(zhǎng)鏈反向平行，并遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，A和T之間形成兩個(gè)氫鍵，G和C之間

形成三個(gè)氫鍵，DNA分子呈雙螺旋結(jié)構(gòu)。教師鼓勵(lì)學(xué)生不要機(jī)械化思維，要不拘一格，因?yàn)槲锢砟Ｐ偷某尸F(xiàn)方式可不

止一種，同學(xué)們則各顯神通地開(kāi)始了制作。有的小組用彩筆在紙上畫(huà)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(zhǎng)方形的紙片

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

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(guò)此次模型建構(gòu)活動(dòng)，學(xué)生學(xué)會(huì)了在自然科學(xué)的探究中要尊重事實(shí)和證

據(jù)，透過(guò)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(dòng)手能力得到了顯著提高，并學(xué)會(huì)了如何與他人合作去解決問(wèn)題，優(yōu)化了學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣。

五、結(jié)語(yǔ)立德樹(shù)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(wèn)題。蘇霍姆林斯基曾說(shuō)過(guò)：“在學(xué)生的腦力勞動(dòng)中，擺在第一位的并不是背書(shū)，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(shí)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(jī)較好，但思維能力較差。然而在大多數(shù)

實(shí)際生活中，知識(shí)從來(lái)就是不完全的（因?yàn)槲覀兲幚淼氖虑橥婕皩?lái)），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(biāo)，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(lái)所要面對(duì)的問(wèn)題。

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

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