基于科学思维培养的高中生物学教学例析

韩益钧

摘要 阐述教师在理解科学思维内涵价值基础上，确定科学思维的教学目标，依托教材整合拓展教学内容，培养学生的实证研究能力、逻辑思维能力、批判性思维能力和与创造性思维能力，提升学生核心素养。

关键词 科学思维 核心素养 关键能力 教学目标 整合拓展

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

科学思维是高中生物学核心素养的重要组成部分，是发展学生核心素养的基础与前提。生物学教师应指导学生用生物科学的眼光去观察了解现实世界，用生物科学的思维去分析探究现实世界。教师在教学中应整合拓展素材，引导学生观察思考、分析推理與实验实践，促进认知结构的同化和顺应，提高学生科学思维水平，提升学生关键能力，发展学生的生物学学科核心素养。

1 理解科学思维内涵价值

科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决问题的思维习惯和能力。科学思维、生命观念、科学探究和社会责任共同构成生物学学科核心素养，科学思维与其他三者之间的关系如图1所示。提升学生生物学核心素养首先要培养科学思维。教师要引导学生运用科学思维尝试科学探究，同时在探究过程中不断提升学生的科学思维水平，使学生在师生与生生互动中建构知识体系，进而形成生命观念，强化社会责任与担当。因此，提升科学思维水平是发展学生生物学核心素养的关键。

《普通高中生物学课程标准（2017年版》）（以下简称课标）明确指出，核心素养是学生通过生物学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格与关键能力，实证研究能力、逻辑思维能力、批判性思维能力、创造性思维能力等既是生物学等自然科学发展的基础，也是学生未来从事生物科学研究、更好适应未来社会发展变化的关键能力。科学思维的发展是关键能力提升的基础，课标以举例的方式列出了科学思维包含的主要内容，厘清了科学思维的内涵，明晰了科学思维的教学目标。表1所示为基于关键能力的科学思维举例与归类。但是，满足学生发展所需的关键能力并不止于此，表中所示为与科学思维相对应的关键能力。

2 确定科学思维教学目标

教学目标是教学的出发点和归属，对教学设计与实施起到总揽与指导作用，是核心素养落地的关键。基于核心素养的教学目标一般从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面设计，其中科学思维教学目标对其他目标的设计与实施起到支撑和促进作用。生物科学发现史能为学生创设真实情境，是训练科学思维的良好素材。

以人教版必修2“DNA是主要的遗传物质”为例，本节通过肺炎双球菌的体内转化、体外转化和噬菌体侵染细菌等实验，引导学生体会研究思路的确定、实验材料的选择、实验方案的设计和技术手段的进步等在科学探究中所起作用，引导学生感悟科学探究是一个不断深入与发展的过程，教学内容充满理性与思辨。笔者结合课标要求制定了科学思维的教学目标：通过对遗传现象与实验证据的分析，结合猜想与质疑、归纳与概括，探索生物的遗传物质，构建探究学习模型并尝试应用，提升实证研究、逻辑思维、批判性思维与创造性思维能力。

3 整合拓展教学内容培养科学思维

现行高中生物学教材中科学思维相关的教学内容相对分散，教师要梳理整合教材内容，对科学思维相关内容二次加工后融入教学设计，突出科学思维的形成过程，促进学生关键能力提升。另外，教材中科学思维相关的素材有限，教师可依托教材拓展、挖掘素材，通过创设真实情境，增加设问、适时追问、适当引申等方式，引导学生拓宽思路、理性判断，提升科学思维水平。下面以“DNA是主要的遗传物质”为例阐述如何在教学中培养学生科学思维。

3.1 培养实证研究能力

实证研究能力是指基于事实与证据进行观察、分析与归纳并得出相应结论的能力。教师要培育学生尊重事实与证据、依托实验和实例开展分析推理的实证思维，形成实证精神，提升实证研究能力。例如，在学习“肺炎双球菌体外转化实验”时，教师提出问题：艾弗里将DNA水解酶与S型细菌的DNA混合后再与R型菌共同培养，若结果只出现R型菌落则进一步说明DNA是遗传物质。但若仍出现R型和S型菌落，该如何处理呢？学生思考后认为：科学研究应该尊重客观事实，秉持严谨求真的科学态度，如果真的出现了第二种情况，应该进行重复实验验证。如果依然如此，则要重新设计实验继续探究。

3.2 培养逻辑思维能力

逻辑思维能力是一种理性分析能力，是对观察、总结、分析、判断、推理、论证、假设、归纳、演绎、抽象与概括等方法和知识的综合运用，从而逐步探求出研究结论的能力。逻辑思维有明确的思维方向和充分的思维依据，是建立在证据与逻辑推理基础上的思维方式，因此，逻辑思维能力是学生学习生物学以及未来从事科学研究不可或缺的关键能力。归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等均属于逻辑思维范畴。

（1）归纳与概括是指从某些个别或特殊现象中推导得出具有普遍意义的一般性结论，教师要引导学生透过例证分析进行归纳与表达，进而概括出结论。例如，在学习了“肺炎双球菌体内、体外转化实验”“T₂噬菌体侵染大肠杆菌实验”后，教师请学生根据相关实验归纳结论，学生在总结时出现了两种表述：①“生物体的遗传物质是DNA”：②“T₂噬菌体的遗传物质是DNA”。教师及时追问：你觉得哪个结论更为严密？为什么？学生思考讨论后认为：结论①不严密，该实验只能证明T₂噬菌体的遗传物质是DNA，并不能确定其他生物的遗传物质：此外，少数生物体只含有RNA，这些生物的遗传物质不可能是DNA。因此，结论二表述正确，生物体的遗传物质究竟是什么，还需要继续探究后重新归纳。

（2）演绎与推理是指从某个结论或规律出发，推理、解释某些个别或特殊的生命现象，教师要为学生提供合适的问题或研究情境，指导学生运用所学的知识合理分析推理，提出解决问题的方法。例如，学生在学习了“肺炎双球菌体内、体外转化实验”后己经得出初步结论：肺炎双球菌的遗传物质是DNA。因此在学习T₂噬菌体侵染细菌的实验时，教师重在引导学生基于预期结论演绎推理、预设实验：T₂噬菌体的遗传物质究竟是蛋白质，还是DNA呢？、关键要证明究竟是蛋白质还是DNA进入大肠杆菌并指导子代噬菌体的合成。→运用何种技术可以观察并判断进入噬菌体的物质种类？→放射性同位素标记法。→选择何种元素标志？→蛋白质和DNA的特征元素。→如何标志蛋白质与DNA？→用大肠杆菌培养T₂噬菌体。在具体的问题情境中，学生沿着一定的逻辑顺序演绎推理，探寻实验设计思路，逐步形成解决问题的能力。

（3）模型是为了理解事物、实践运用而对事物做出的一种抽象，教师要引导学生在实验、实践与总结反思基础上构建模型并指导运用。例如，本节课经典实验的探究历程都可以概括为“发现问题→做出假设→实验验证→得出结论”等一般步骤，同时在每个实验之后又会发现新的问题进而引发新的讨论与探究，师生在讨论交流中逐步总结完善科学探究的一般过程，构建科学探究的基本模型（图2）。教师要引导学生在学习过程中有意识地运用该模型进行探究性学习。

3.3 培养批判性思维能力

批判性思维能力是基于逻辑推理对现象和观点进行的反思性思维，是在查验问题与证据基础上对结论进行评价并提出解决方案的能力。因此，批判性思维不是简单的批评反对，其核心是论证，即引导学生依据客观事实与证据，在深度思维基础上质疑、释疑。例如，教材中“肺炎双球菌体外转化实验”分别研究了DNA、蛋白质、多糖作为遗传物质的可能性，为什么没有将RNA纳入研究范畴呢？学生对此产生疑问。教师肯定了学生的质疑，同时引导学生思考：教材实验没有将RNA纳入研究范畴的可能原因是什么？让学生课后查阅相关资料回答。学生课后搜集相关素材并讨论后认为：当时的科学家对RNA的了解还不够充分，但艾弗里比较严谨，在实验时对加热杀死的S型肺炎双球菌各种生物化学成分都进行了酶解实验，证实蛋白质和RNA是否水解与转化无关，进而确认肺炎双球菌的遗传物质是DNA。学生讨论后认为，教材没有将艾弗里对RNA的相关研究纳入值得商榷，同时建议教材将来能对这段生物科学史作出更为充分的还原。

3.4 培养创造性思维能力

创造性思维是一种具有开创意义的思维活动，需要推理、想象、联想、直觉等思维的深度参与，表现为创造性地提出问题、解决问题。教师应抓住机会激发学生一闪即逝的灵感，鼓励学生大胆猜想、勇于实践、善于表达，培育学生的创造性思维能力。例如，在“肺炎双球菌体外转化实验”中，提取的DNA纯度最高时仍然有0.02%的蛋白质，无法排除蛋白质是否具有遗传效应，教师适时提问：你认为应该如何继续探究？学生思维活跃，提出了各种研究思路：有的认为应该优化技术手段继续提纯：有的认为要充分发挥蛋白酶和DNA水解酶的作用，将杂质彻底水解。但有学生认为，细菌的组成成分相对复杂，无论怎样提纯理论上也难以得到100%纯度的DNA和蛋白质，应该转变一味提纯获取的思路，选择结构成分更为简单的微生物重新设计实验验证，这与赫尔希和蔡斯实验的思路是一致的。该教学环节有效激发了部分学生的创造性思维与探索热情，这种思维的火花和灵感与真实的科学探究过程是相似的，教师要善于鼓励激发。

参考文献：

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[2]王丽娟，刘听，刘家熙.聚焦·求实·整合·进阶一对生物学核心素养的理解Ell.生物学教学，2018，（6）.

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[4]陈英水，陈欣.高中生物批判性思维能力提升路径研究[J].福建基础教育研究，2018，（8）.0.9g/L左右。正常人的血浆中胰岛素含量在120ng/L左右，胰高血糖素含量在90ng/L左右。