生物课堂教学中高阶思维能力的培养

郐芬

1 高阶思维的定义

高阶思维是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力。美国教育家布卢姆按照认知的复杂程度，将思维过程具体分为知识、理解、应用、分析、综合、评价六类，其中知识、理解、应用为低阶思维，分析、综合、评价为高阶思维，后将高阶思维修订为分析、评价和创造。

2 培养高阶思维的原因

（1） 社会发展的需要，教育是知识创新、传播和应用的主要基地，也是培育创新精神和创新人才的摇篮。

（2） 高中教育的需要，《普通高中生物课程标准（实验）》提出学生通过高中生物课程的学习，应初步学会生物科学探究的一般方法，具有较强的生物学实验的基本操作技能、搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决实际问题的能力以及交流与合作的能力。这些都是高阶思维的体现。

（3） 迎接高考的需要，近些年的高考试题正在逐步实现从知识立意向能力立意的转变，从低阶思维向高阶思维的转变。

这就要求教师紧跟时代的脉搏，从社会需求本位的角度，从人本发展的角度，加快克服和纠正以讲授为主体的传统课堂，改变过分注重培养学生记忆、理解与应用的低阶思维能力的弊端，大力倡导有利于提高人才素质的高阶思维能力的推行。

3 培养学生高阶思维的方式

3.1 创设思维情境

苏联心理学家赞可夫曾指出：“教学法一旦触及学生的情绪和意识领域，触及学生的精神需求，学生对某一教学情境很感兴趣，这种教学法就能发挥高度有效的作用。”一节课要达到良好的教学效果，教师必须重视创设良好的教学情境，以激发学生学习兴趣，唤起学生学习的主动性，调动学生积极的思维和思考，引导他们参与到教学活动中来。新课的导入方式决定了学生的学习兴趣和态度，决定了其学习的迁移速度，决定了学生情感投入程度。例如植物的向光性、色盲检测卡、矿泉水标签、医用ATP注射剂、小故事等都是生物教师可以利用的资源。一个好的教学情境可以让学生带着兴趣和问题进入新课，将学生的注意力引导到最佳的思维状态，调动其思维，也提高了他们自主解决问题的热情。这是高阶思维能力培养的基础。

3.2 培养问题意识

爱因斯坦说过“发现问题和阐述问题可能比解决问题更重要。”学生的学习过程是其知识体系主动构建的过程，教师应努力创设条件和机会，让学生自主发现和探究问题并获得结论，让每个学生都有“问题”意识，遇到个人解决不了的问题由小组讨论解决。这样才能让学生成为课堂真正的主人，还能培养学生分析、评价以及协作探究的能力。

例如关于植物向光性图片的分析，有以下几个问题：

（1） 图中植株的生长方向有什么特点？

（2） 是哪种环境刺激引发了这株植物生长方向的改变？

（3） 这种改变有什么适应意义？

（4） 植物为什么具有向光性？你能借助实验材料设计实验证明你的结论吗？

（5） 生长素为什么在单测光的照射下分布不均匀？

假设1：生长素在胚芽鞘尖端进行了横向运输；

假设2：光照促使生长素分解，导致背光侧生长素比向光侧多。

你能设计实验证明自己的观点吗？你还能提出其他的假设吗？

不难看出，前三个问题属于低阶思维层次，而后两个问题是高阶思维层次。

又如，在介绍植物细胞的吸水和失水（图1）时，提出以下问题：

你能预测该实验的结果吗？为什么会出现这样的变化？

这个问题看似简单，却要求学生把所学的知识应用到实践中去，提高了学生综合运用能力。高阶思维的问题设置是建立在低阶思维的基础上的，在学生已经学习了一些基础知识后，教师可以提出一些体现高阶思维的问题。这样日积月累之后，学生也会养成提出问题的习惯。在笔者讲授单倍体概念时，学生提出了这样一个问题：蜜蜂的性别到底是由什么决定的？笔者并没有回答他，而是呈现了这样一道题：（2005年北京理综）蜜蜂是具有社会性行为的昆虫。一个蜂群包括一只蜂王、几只雄蜂和众多工蜂。蜂王专职产卵，雄蜂同蜂王交尾，工蜂负责采集花粉、喂养幼虫、清理蜂房等工作。请回答下列问题：未受精卵发育成雄蜂，受精卵发育成雌性的蜂王或工蜂，这表明密蜂的性别由 决定。并且同时提出问题：你能通过所学知识列举生物性别决定的方式吗？学生通过思考和研究很容易就整理出了相关知识。由一个知识点引发出另一个知识点，不仅有知识的迁移，还锻炼了学生的思维，起到了很好的效果。

在讲人类遗传病的时候，学生问：高龄产妇所生子女的寿命是不是更短？笔者询问学生的想法，他说因为细胞中端粒的长度是有限的，如果分裂次数多，那形成的生殖细胞内端粒的长度就减少了，所生子女的孩子寿命不就短吗？笔者很惊叹于学生的思维能力，借着这个问题，给学生呈现了两个事实：事实1：精子的端粒要比体细胞长，体细胞缺失端粒酶活性就会逐渐衰老，而生殖细胞系的端粒却可以维持其长度；事实2：在人体内端粒酶出现在大多数的胚胎组织、生殖细胞、炎性细胞、更新组织的增生细胞以及肿瘤细胞中。另外，引出了2009年两位女科学家因为发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理而获诺贝尔奖的事实，鼓励学生将所学知识应用到生活生产实践中，为国家的发展做贡献。

3.3 参与课堂讲授

只有学生学得精彩才是教学真正的精彩。课堂中要体现学生的主体地位，让学生的思维得到提高和发展，教师可以让学生参与课堂讲授，以培养其发现和分析和解决能力。例如：已知一批胚的基因型为AA和Aa的豌豆种子，其数目之比为1∶2。将这批种子种下，自然状态下（假设结实率相同）其子一代中胚的基因型为AA、Aa、aa的种子数之比为（ ）

A. 3∶2∶1 B. 1∶2∶1

C. 3∶5∶1 D. 4∶4∶1

在讲解这道题的时候，学生板书了如图1所示内容。

在书写之后，学生马上就意识到自己忽略了题干的2个重要信息——豌豆和自然状态下，同时知道了自己错在哪里。“学生讲”能暴露学生对知识的错误理解和缺漏，也能激发学生思维。教师要巧妙搭台，引导学生讲述相关知识，讲述教材重难点，讲述实验原理和方法，讲述审题方法和解题思路，讲述解题中出现的错误等。这样，不仅可以加深学生对知识的理解，活跃了思维，而且还提高了他们的语言表述能力。

3.4 加强实验教学

列宁说过“理论由实践赋予活力，由实践来修正，由实践来检验。”生物是一门实验的科学，高中生物教学更离不开实验，通过实验可以培养学生的探究能力和创新精神。在讲“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验时，很多学生提出了改进措施：（1） 在盛有氢氧化钠溶液的锥形瓶后再加一个盛有澄清石灰水的锥形瓶检验二氧化碳是否除净，更合理；（2） 教材中装置B不能完全保证无氧环境，可以将锥形瓶加满酵母菌培养液，再用注射器抽取多余培养液，就能真正满足酵母菌的无氧环境。教师出示了2010年长春市的一模考试试题，习题如下：两个生物兴趣小组分别对酵母菌细胞呼吸方式进行了如下的探究实验，请分析回答：

甲兴趣小组想探究的具体问题是：酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2，现提供若干套（每套均有数个）实验装置如图2中的a～d所示。

请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序（装置可重复使用）。有氧条件下的装置顺序： （用箭头和图中序号表示）；无氧条件下的装置顺序： （用箭头和图中序号表示）。

这道题本身不难，但如果只是记忆，学生不一定能连接的很准确，如果思考了，也实践了，那就容易的很。

又如在讲“探究影响酶活性条件”的实验时，学生设计了的实验方案如下：

方案1：（1） 取3支洁净的试管，编号1、2、3。

（2） 分别加入2 mLH2O2溶液。

（3） 分别放入37 ℃、沸水和冰水中5 min。

（4） 分别加入1 mLH2O2酶溶液，摇匀后，5min。

方案2：（1） 取3支洁净的试管，编号1、2、3。

（2） 分别加入2 mL可溶性淀粉溶液。

（3） 各加入1 mL淀粉酶溶液，摇匀后，静置5min。

（4） 分别放入60℃、沸水和冰水中静置5 min。

（5） 各滴入1滴碘液，然后摇匀。

方案3：（1） 取3支洁净的试管，编号1、2、3。

（2） 分别加入2 mL可溶性淀粉溶液。

（3） 另取3支试管，编号A、B、C，各加入1 mL淀粉酶溶液。

（4） 将1和A、2和B、3和C分别放入60℃、沸水和冰水中5 min。

（5） 将1和A、2和B、3和C混合摇匀5 min，维持各自温度。

（6） 各滴入1滴碘液，然后摇匀。

方案4：（1） 取3支洁净的试管，编号1、2、3。

（2） 分别加入2 mL可溶性淀粉溶液。

（3） 另取3支试管，编号A、B、C，各加入1 mL淀粉酶溶液。

（4） 将1和A、2和B、3和C分别放入60℃、沸水和冰水中静置5 min。

（5） 将1和A、2和B、3和C混合摇匀维持各自温度5 min。

（6） 各滴入2 mL斐林试剂，然后摇匀后水浴加热。

经过学生讨论后，前两组的学生意识到了方案的错误，而后两组的学生争执不下。笔者将班级的学生分成两组进行实验，一组按照方案3，一组按照方案4进行实验。通过实验现象的观察，学生得出了相同的实验结论。仔细分析后发现斐林试剂为碱性，已经使酶失活，改变温度后对实验结果也没有影响，但从实验设计的合理性来讲，方案3更好。学生通过思考也真正明白了教材中“建议用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响，用淀粉酶探究温度对酶活性的影响”这句话的真正含义。实验教学可以培养学生的探究能力和创新精神。不论是什么样的课堂，教师都要在课堂留给学生思维的平台和思维的空间，这样才能培养学生观察、分析、解决、概括、归纳、创造等方面的高阶思维能力。

3.5 改编设计习题

苏霍姆林斯基说过：“学生的学习是积极的思考活动，是学生进行独立的过程，是研究性学习的活动。其核心是思考，是观察、比较、分析、综合、抽象、概括、推理、判断等一系列思维活动的高度综合。”习题是教学巩固的一个重要环节，如果学生能在试题上下点功夫，那一定会取得良好的教学效果。日常教学中笔者会指导学生整理错题和积累新知识，在一定时间后会让学生针对自己的错题反思后改编一个新的试题，然后将学生改编的有价值的习题整理出来，重组出小题篇，印发给全班的学生当做随堂练习，有些不严密但共性的问题拿到课上讨论。学生学习的积极性高涨，总是期待下次的随堂练习会出现自己的名字。在这样的思考与反思中，培养了学生的分析与创新能力。以下列举学生改编的2道选择题：

① 下列关于真核生物的描述正确的是（ ）

A. 构成细胞膜的脂质主要是磷酸、脂肪和固醇

B. 只能进行无氧呼吸的真核生物（如蛔虫），其细胞内无线粒体

C. 其遗传物质为DNA或RNA

D. 所有细胞内都含染色体，且具有细胞周期

② 用32P标记某生物体细胞内的一对同源染色体上的两个DNA分子，将该细胞放在不含32P的培养基上连续进行两次分裂，具有放射性的子细胞个数不可能是（ ）

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

在教学时，笔者也会布置开放性的问题给学生思考，例如对于2007年广东高考生物试卷中酵母菌产生分泌蛋白的问题等。优秀课堂是让学生带着问号来的，也应是让学生带着问题走的，让学生带着更深的问题离开课堂。

3.6 运用模型建构

模型就是通过对问题现象的分解，利用我们考虑得来的原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所创造出来的一副图画（钱学森）。

生物教材本身就渗透着模型教学，概念模型、物理模型、数学模型等，而且从2011年新课标卷的第32题、2013年山东卷的第6题以及2013年新课标Ⅰ卷中关于8对等位基因控制性状的考查发现，这种题目不仅抽象而且计算量大，也蕴含着一定的思维含量，学生在有限的时间内很难完成。如果平日的教学中，教师能把这些规律让学生有意的建立数学模型，进行更深层次的思考，对学生能力的培养会更有效。笔者会让学生建构Aa连续自交、连续自交逐代淘汰隐性个体、随机交配、随机交配并逐代淘汰隐性个体四种情况下Aa基因型频率和a基因的频率的数学模型，除了数学模型外，还有很多物理模型，例如DNA复制、血糖调节结构模型等。生物学是一门综合的科目，教师可联系数学、化学和物理学科。模型建构有助于学生理解知识，更有利于提高学生的分析和综合运用能力，培养学生的高阶思维。

3.7 构建知识网络

教是为了不需要教……就是说咱们当教师的人要引导他们，使他们能够自己学，自己学一辈子，学到老（叶圣陶）。

生物学科知识点繁多、易混淆。为了更好地调动知识，整合知识，理解和记忆是前提条件，复习是强化巩固的重要方法，笔者会经常给学生安排构建知识网络图的任务，让学生梳理知识点并画出知识网络图。虽然这样会占用很多课堂时间，但知识网络图不仅能梳理相关概念原理，还能体现出各知识之间的关联，对学生知识的内化有着重要的作用。在学生自主构建知识网络同时，每个人的思维角度不同，知识网络图也不同。通过教师的分析、评价，学生在合作交流中提高了发现问题和解决问题的能力，还能规范答题语言，形成自己独立的知识体系。

3.8 引导学生养成反思的习惯

反思不仅使教学过程富有创造性，更重要的是能够鼓励学生对自己的学习进行反思，能培养其批判性思维的能力，而且学生还会在反思过程中不断发现问题，及时更正，主动寻找改进的途径。教师课堂教学中可以设计如下反思环节，在课上留出2 min的时间让学生回答：你觉得本节课表现最好的组是哪组？你是怎么评价的？你们组欠缺在哪里？

总之，高阶思维的培养应是贯穿于课堂教学全过程的，没有固定的模式，但突出学生的主体性，改变学生被动接受的状态，是高阶思维教学的关键。培养学生的问题提出能力、问题求解能力、决策能力、批判性思维能力、信息素养能力、团队协作能力、兼容能力、获取隐性知识能力、自我管理能力和可持续发展能力是高阶思维的核心，也是高中教学模式创新追求的宗旨。

参考文献：

[1] 沈之菲.提升学生创新素养的高阶思维教学[J].上海教育科研，2011（9）：35-38.

[2] 钟志贤.如何发展学习高阶思维能力[J].远程教育杂志，2005（4）：78.

[3] 王帅.国外高阶思维及其教学方式[J].上海教育科研，2011（9）：31-34.