高中学生思维能力的培养策略

贵州

高考正在由传统的“知识立意”向“能力立意”转型，对学生的要求也相应从简单的“知识积累”转向“知识应用”。在“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的新高考背景下，应用知识灵活地解决生产生活实践中的问题已经成为新时代人才的选拔标准之一。所以教学不再是简单的知识传递，更需要注重对知识的迁移应用能力的培养。其中“思维能力”是知识积累、体系构建和知识应用中都必须具备的重要能力。

一、思维能力概述

传统意义上来说，思维能力具有极为丰富的内涵，它包括理解力、分析力、综合力、比较力、概括力、抽象力、推理力、论证力、判断力等能力。

教育教学活动中，对学生思维能力的培养属于有目的、有计划的系统性活动。教师不仅要考虑具体知识内容的教学，更要从宏观的层面考虑大单元、学科以及跨学科的思维培养。学生的思维并不是孤立的，也不应该是孤立的。但常常出现的问题是，学生在某些学科体现出明显的不足，不能很好地应用跨学科知识解决问题。比如，生物学试题中有大量的文字描述的内容，很多学生在阅读的时候会存在一定程度的障碍，无法很好地理解素材并获取信息。同时，学生也不能准确通过文字来表达自己的观点。整体体现为在理解、分析、判断、推理、概括、论证等方面的不足。

二、高中生物学对思维能力的要求

笔者认为思维能力是生物学学习中最重要也是最高层次的能力要求。从《中国高考评价体系》来看，“思维能力”属于“思维认知能力群”，包括了形象思维能力、抽象思维能力、归纳概括能力、演绎推理能力、批判性思维能力、辩证性思维能力等多种能力。从《普通高中生物学课程标准（2017 年版2020 年修订）》（以下简称《课程标准》）中的学科核心素养来看，思维能力的具体要求主要体现在“科学思维”中，但其他学科核心素养对思维能力也有不同层次的要求。

从以上重要的纲领性文件可以看出，“思维能力”是一项综合性很强的能力，涉及高中生物学习的很多方面，如基础知识的理解与记忆、实验探究、素材分析、知识应用等方面，都需要思维能力作为重要的支撑。这同时也说明了思维能力的宽泛性。

具体来说，比如对“碳元素是构成生物的最基本元素”这一概念的理解，需要通过例证分析“生物大分子以碳链为基本骨架”，并以碳原子的结构和特性等相关的知识为基础。这其中就涉及理解能力、分析能力、概括能力等。再如，“DNA 是主要的遗传物质”这一重要概念的构建过程中，主要通过对“肺炎双球菌的转化实验”“噬菌体侵染细菌的实验”等经典实验探究过程的分析帮助学生学习，在思维层次上体验科学发展的过程，从而认同“DNA是主要的遗传物质”这一观点。在此过程中，涉及的几个实验学生很难进行操作，因为其具有很高的难度和危险性，但学习过程同样体现了理解、分析、判断、推理、概括、论证等方面的思维能力。

三、辨析部分思维能力培养方法实例

“DNA 是主要的遗传物质”是经历了漫长的科学探究过程才得出的结论。重要的研究过程包括“对遗传物质的早期推测”“肺炎双球菌的转化实验”“噬菌体侵染细菌的实验”等很多研究。在相关内容的教学中，教师一定要注意对学生思维能力的培养，而不是一带而过。相对于最终的结论，分析整个探究过程对学生的学科知识体系和学科核心素养的构建也具有不可忽视的作用。

1.理解与分析能力的培养

理解能力包括三个层次：“是什么”“怎么样”“为什么”。在“DNA 是主要的遗传物质”的教学中，有很多基本概念和客观事实，这些内容的梳理过程，就是培养学生理解能力的重要过程。

比如，在格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验中，“注射S 型活细菌或R 型活细菌”的小鼠生活状态如何？这就是“是什么”的分析。但只是停留在这个层面上对学生思维的发展和知识的构建都是没有实际意义的，必须要进一步分析“为什么”。此过程不一定需要设置很难的问题，可以是一个简单的提问。对肺炎双球菌的结构与特征进行分析，这个问题显然是很简单的，但对于整个思维发展的过程而言却是不容忽视的。同样，“注射加热杀死的S 型细菌”和“注射R 型活细菌和加热杀死的S 型细菌”小鼠的生活状态如何？为什么？这个“为什么”的提出不仅是分析本实验结论的必要过程，更是“艾弗里肺炎双球菌体外转化实验”构建的一个重要导向。

再比如，对于“DNA 是主要的遗传物质”结论的分析同样需要从多角度深入。首先，为什么说“主要的”？这样才能形成对“RNA 病毒的遗传物质是RNA”的认同。其次，“DNA 是遗传物质”的适用范围是什么？这个分析能更确切地找到真核生物与原核生物在分子层次的共性。

2.推理与判断能力的培养

“推理”与“判断”在逻辑上具有明显的连续性。“判断”是基于“推理”实现的。在“DNA 是主要的遗传物质”的教学中，有几次重大的“判断”过程：一是艾弗里实验结论“DNA 才是使R 型细菌发生稳定遗传变化的物质”的判断；二是赫尔希和蔡斯实验结论“DNA 才是噬菌体的遗传物质”的判断；三是“烟草花叶病毒重组”等实验结论“RNA 是烟草花叶病毒的遗传物质”的判断；四是“DNA是主要的遗传物质”的结论的得出。

在这几个“判断”的过程中，都需要学生对于实验现象进行充分分析和推理。比如艾弗里实验的结论“只有加入S 型细菌的DNA 才能引起转化”就是一个重组的证据，通过对比“DNA”和“其他物质”的实验结果，就可以得出实验结论。但仅仅如此的话，实验结果可靠吗？显然答案是否定的，否则科学家们也不至于为此引发争论，甚至之后赫尔希和蔡斯等人的研究也就没有了价值。实验结论缺乏说服力的原因是DNA 的纯度问题。但艾弗里设计的DNA 与DNA 酶混合的实验组，能充分说明混在DNA 中的极少量的蛋白质也不能引起转化。事实上其他人没分析到这个层面上，显而易见，艾弗里实验已经足以说明DNA才是引起R 型细菌转化的“转化因子”。

再比如，赫尔希和蔡斯的“噬菌体侵染细菌的实验”，用什么元素标记DNA 和蛋白质？这也是一个基础的判断。而学生要做出这样的判断，必须对两种物质的元素组成进行分析。这样问题看起来已经很简单了，但事实上，对于很多同学来说，“用什么元素标记”是可以回答的，这只是一个基础的记忆性知识，没有任何的技术含量。但是一旦在后面加上“为什么”，很多学生是迷惑的。所以基础分析和逻辑推理与判断同样是教学中需要被重视的。

3.概括能力的培养

“概括”的本质就是寻找不同事物的共性。在“DNA是主要的遗传物质”教学中最核心的一个“概括”就是“DNA是主要的遗传物质”。首先，学生要在“原核生物”“真核生物”“细胞生物”“病毒”等不同的分类单元进行一次初步的“概括”，对各类生物的遗传物质有一个整体的认知；然后再从“整个生物圈”的角度来寻找共性，才能得出“DNA 是主要的遗传物质”的结论。也就是说，这个结论的适用范围是“所有生物”。实际上，“概括”的基础是“推理和判断”，必须做出正确的逻辑判断之后，才能进行精确的概括。“分析与理解”也发挥着不可或缺的作用。

4.论证能力的培养

“论证”是一个远高于其他几项思维能力的品质。要求学生能提出自己的观点，并做出充分的证明。这样的思维品质更多地体现在科学探究过程中。“DNA 是主要的遗传物质”教学虽然是经典实验的理论分析过程，但是其中的一些环节同样可以设计一些精巧的问题，拓展学生的思维，同时培养学生的论证能力。比如在“标记噬菌体的DNA 或蛋白质”的过程中，关于如何使噬菌体被标记的问题，这个问题在人教版教材上实际是有精确叙述的，但并没有说明如何使噬菌体被标记的原因。此处便可以设计“如何使噬菌体被标记？为什么？”这样的连环设问，不仅能在理解与分析、推理与判断、概括等方面使学生得到锻炼，同时，在学生做出判断并证明的过程中，也是“论证力”培养的过程。

四、概述思维能力培养的基本策略

思维能力是一项综合能力，涉及很多方面的思维品质。不同的教学内容，可以使学生不同的思维能力得到锻炼和发展。教师在教学中需要有针对性地进行训练。不论是从“形象思维能力、抽象思维能力、归纳概括能力、演绎推理能力、批判性思维能力、辩证思维能力”的思维认知能力群来看，还是从“理解力、分析力、综合力、比较力、概括力、抽象力、推理力、论证力、判断力”的能力划分来看，实际两个系统是相互交叉、相辅相成的。从教学活动来看，不论是实验探究还是理论学习，都需要从不同的角度对学生的思维能力进行培养。教学实践中，可以通过多方面、多角度的策略，对不同的思维能力有针对性地进行培养。

1.“模拟观察”培养形象思维能力

形象思维是一种直观的形象和表象形式的思维模式，是浅层次的思维能力，也是其他思维品质发展的重要基础。生物教学中，有很多客观事实需要通过直观的形象来进行传递，甚至只有浅化为直观形象才能真实有效地传递相应的教学信息。这也正是进行大量的观察实验和模拟实验的必要性。在整个生物教学过程中，诸如细胞结构与功能、细胞增殖等知识，甚至是很多验证性、探究性的实验，都是为了直观、准确地传递信息。教学中也存在一种现象，某些经典的实验案例（诸如众多的科学史），在现有的条件下很难重复实验，或者是没有重复实验的必要性等，但通过简单的文字描述又无法达到良好的教学效果。这种情况下，教师可以通过模拟实验的方式，将经典的实验案例模拟成形象的、可视化的模型或视频等，以达到良好的信息传递效果，如“恩格尔曼实验”“噬菌体侵染细菌的实验”等。而对于一些操作简单、没有危险性的实验，可以重复实验，学生可以从中得到更直观的体验，如“植物的向光性实验”等。

2.“概念构建”培养抽象思维能力

抽象思维是一种以“概念”为起点、以“想象”为主体的思维品质，其中包括理解、分析、推理、判断等思维能力。“大概念”是《课程标准》中的核心理念。通过概念构建的方式，教师在实现“知识传递”的同时，更能很好地培养学生的抽象思维能力。

概念构建的着眼点不一定是大概念，甚至很多时候并不是大概念。一个大概念的构建往往是需要很多知识作为支撑的。但在学习中，学生总是会缺少各种各样的必备知识，需要不断地补充和修正。以一些基本概念为基础，不断地修正概念认知，并把大概念的构建作为发展的目标，逐步实现知识的概念化和网络化。

比如，从科学史发展的角度认知“基因”这一概念的形成，将对“孟德尔提出遗传因子”“萨顿推理遗传因子在染色体上”“约翰逊提出基因、表现型、基因型等概念”“摩尔根证明基因在染色体上”等内容有整体认知。进而分析“基因与性状”“等位基因与相对性状”“基因型与表现型”等基本概念，就可以得到“表现型是基因型与环境共同作用的结果”这一上位概念，如图所示。

“基因”的概念构建过程图

3.“网络构建”培养归纳概括能力

“归纳与概括”就是寻找事物的共性，并形成特定的链接。在教学实践中，“概念图”“思维导图”等教学模式比比皆是，但实践中发现，教学效果并没有想象中那么好，甚至一点作用都没有，反而浪费了不少时间。原因其实也很明显：学生的认知水平有限、知识储备不完善、能力水平参差不齐。不同学生的思维的发散程度也明显不一样，这也使得教学不具备良好的可控性和可操作性。虽然学生的思维本就应该是多元化的，但这种不加以限制的思维发散，并不能很好地将知识形成稳定的系统，反而在随意的思维发散过程中可能会形成一些思维漏洞。因此，在概念教学的过程中，教师可以事先设计好大概念的基本构架，做一些必要的留白，课上引导学生推理和完善概念图。这样的方式一方面可以提高学习的效率，更重要的是可以做一些正确的引导和示范，促使学生能够自主梳理基础知识，归纳、整理并概括出自己的知识认知体系。

4.“实验设计”培养演绎推理能力

学生对“演绎推理”的认知主要来自于孟德尔豌豆杂交实验中的“假说-演绎法”。实际上演绎推理是科学探究中最常用的方法。培养演绎推理能力的最有力措施就是练习实验设计。通过修改或完善实验方案、自主设计实验等方法，演绎推理能力得到切实有效的训练。

这些实验设计不一定是教材上已有的实验，可以来自教学中的某些内容的拓展，比如设计实验验证植物的生命活动需要镁元素；也可以是教材实验的改编或延伸，比如在“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”实验的基础上，可以拓展设计“探究赤霉素对植物种子萌发的影响”等实验；还可以是试题中的实验设计，考试中经常会遇到实验设计的题目，往往会要求“写出实验思路”等，这样的机会自然是不容错过的。

教学中教师把握每一次机会，从实验设计入手，便可以使学生的演绎推理能力有明显的提高。

5.“问题引导”培养批判性与辩证性思维能力

批判性思维需要树立一定的评价指标，本质上是一种思维倾向，同时也属于思维品质。批判性思维具有更高层次的抽象性，具有反思的性质，属于个人思维能力的较高层次的体现。而辩证性思维则属于一种与“矛盾”对立的批判性思维，具有争论的性质。

学生自主形成批判性思维和辩证性思维的可能性是很大的。教学实践中总会有一些来自学生的质疑，这实际上就是批判性思维的雏形 。比如，“植物生长素的极性运输是否受重力的影响？”“非极性运输的运输方向是什么？”等等。教师在教学过程中对于学生提出的一些有价值的问题，有必要进行公开的思考与讨论。此外，教师也要有意识地设置一些重要的问题，引导学生进行思考和交流。在问题引导的形式下，思维才能更好地发散开，并得到有效的训练。

五、结束语

思维能力是一种综合性很强的能力，“思维认知能力群”包含了丰富的内容。生物教学中，教师需要有目的、有计划地针对不同的思维能力设置不同的教学方案和手段，将不同的思维能力融汇到教学的各种情境中，促使学生思维能力的全面培养。运用“模拟实验与观察实验”“概念模型构建”“知识网络构建”“实验设计训练”“问题情境引导”等方法，可以从不同的角度，针对性地培养学生不同的思维能力。尤其是对于“‘基因’概念群”这类具有很强的逻辑联系的内容，通过长期有效的坚持，必然能达到促使学生思维能力发展的目的。