培养学生批判性思维能力的高中生物学激趣教学实践

摘要 基于培养学生批判性思维的课程目标要求，概述了批判性思维的内涵与组成要素，结合高中生物课堂教学实际，以“生物膜的流动镶嵌模型”教学为例，提出培养批判性思维的激趣教学一般流程，为实施培养批判性思维的教学提供参考。

关键词 批判性思维 激趣教学 生物膜流动镶嵌模型

中图分类号 G633. 91

文献标志码B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确将培养学生科学思维列入课程目标。批判性思维作为科学思维的高阶思维和重要组成，要求学生以批判质疑作为思考的视角，“能够运用已有的生物学知识、证据和逻辑对生物学议题进行思考或展开论证”。高阶思维是学生具备深度学习能力的前提要求和重要支撑;批判性思维又可以促进学生深度学习，二者相辅相成。发展学生的深度学习能力，教师需要將批判性思维培养落实在生物学课堂教学上。鉴于此，本研究概述了批判性思维的内涵与组成要素，以“生物膜的流动镶嵌模型”教学为例，提出培养学生批判性思维的激趣教学一般流程，为培养学生批判性思维的课堂教学实践提供参考。

1 批判性思维的概念与要素

不同研究者对批判性思维概念内涵的理解不尽相同，但都认同批判性思维具有理性、反思性和论证性。批判性思维既是一种高层次思维，也是一种综合性的、个体必不可少的关键能力和必备品质，能够用于指导人们的认识和实践。在高中生物学深度教学中，学生具备较好的批判性思维，则能在复杂的生物学事实和知识信息中做出合理的反省和审慎的判断，以合理指导生物学的学习、认知和实践。这是学生发展生物学学科核心素养的一种必备品质和关键能力，也是一种高阶思维的组成。

批判性思维包含批判性思维倾向和批判性思维技能两个维度。批判性思维倾向是批判性思维的前提和基础;批判性思维技能是批判性思维的核心和关键。结合国外批判性思维经典理论及我国学生的学科核心素养，批判性思维的组成可概括为如图1所示的思维倾向和思维技能两个方面的要素。

2 建构批判性思维能力培养的激趣教学流程

生物学是一门以实验为基础的自然科学。探究式学习可为批判性思维培养提供丰富而生动的载体和情境。就教学过程来看，探究式学习不仅是一种实践活动，更是一种学习、认知、思维的方法和过程。教师在学生的探究过程中培养学生的批判性思维，以探究的结果作为推导和形成结论的依据，可为培养学生批判性思维的生物学激趣教学流程提供参考。综合批判性思维要素及高中生物学探究学习的特征，结合前期研究和教学实践，批判性思维培养激趣教学的一般流程如图2所示。

3 培养批判性思维的高中生物学激趣教学实例

在培养学生批判性思维的激趣教学中，教师应先创设学生可批判质疑的问题情境，再促使学生发现问题并产生质疑，引导学生明晰问题，让学生运用批判性思维的一般过程达到解决问题的目的。这需要学生积极思考，合理质疑，主动探寻证据，进行逻辑推理，反思调整，并结合证据和结果进行综合判断。下面以人教版生物学教材《必修1.分子与细胞》第四章第二节“生物膜的流动镶嵌模型”为例，呈现在课堂深度教学中培养学生批判性思维能力的教学设计。

3.1 思维启发：创设批判质疑的导入情境——情境导趣

批判性思维起始于问题质疑。教学时，教师首先要根据教材内容，创设有利于学生产生质疑意识的问题情境。一般而言，教师应利用生物学与生产、生活实际问题的衔接点或以学科认知与实践的矛盾问题为情境，在凸显情境素材真实性和价值性的同时，创设有利于激发批判思维的问题情境。此外，批判性问题情境还应强调多样的研究方法和研究角度，不要求唯一的结果或结论，而是综合多种论证才能进行判断。因此，教师应按照批判性思维的逻辑顺序，选择情境素材，创设和构建激趣教学的问题情境。

例如，基于学生前期对细胞基本结构的学习和认知，教材设置了“尝试制作真核细胞的三维结构模型”的实验。学生建构细胞模型的过程涉及“细胞膜”的材料选择。人教版生物学教材在本节的开篇设置了“问题探讨”栏目，要求学生依据结构与功能相适应的观点，从塑料袋、普通布和弹力布3种材料中选择更适于体现细胞膜功能的材料。这样的情境创设有利于促进学生进行比较和进一步提出问题（选什么），明确依据（怎么选），分析评价（为什么合适）和得出结论（弹力布）。教师在教学中可扩大材料的选择范围，并追问：弹力布是最合适的模拟材料吗？你还能想到哪些模拟材料，为什么？如果要用生物组织材料（如鱼鳔、猪膀胱等等）模拟细胞膜，应该怎么选择？这样以系列问题情境启发学生批判质疑。

3.2 思维发生：明确需要批判质疑的问是题——问题激趣

在学生经过比较得到初步结论后，教师抛出材料，优化的“矛盾”问题，激发学生思维“冲突”，引导学生进一步聚焦和凝练问题。学生对已有结论进行反思、批判和质疑，提出新的实验设想。

教师引导学生从思维启发和发生角度分析：随着新材料的选择范围变大，原先的结论不一定最优。“矛盾”问题也让学生对现在的生物组织材料不能轻易地做出选择和定论。基于此，教师引导学生凝练和明确问题：生物膜究竟是一种什么样的结构？有何特点？这样可以顺势将思维过程引入到生物膜结构的探索和建构中。

3.3 思维发展：实施批判质疑的论证研讨 合学探趣

问题任务是驱动学生思维和课堂教学的良好载体。学生将质疑凝练成问题后，教师将主题内容按照逻辑关系设计成系列问题串，引导学生在搜集资料、批判分析的基础上，作出推理论证并得出结论。学生经历“问题思索一资料搜集一合作探究一观点交流一反思总结”的过程，学习到基本知识，在分析、论证和解决问题过程中发展批判性思维。教学时，教师针对学生在生物膜模拟材料选择时的矛盾问题和对生物膜结构的疑惑，引导学生设计问题和任务，以探究生物膜的成分和结构。教师设计的系列问题有：

（1）在生物膜的探索历程上，科学家是如何探究细胞膜成分的？有怎样的结论？（2）膜的脂质成分如何排列和分布？完成模型建构任务①～④。（3）膜上的蛋白质是如何排列和分布的？完成模型建构任务⑤。（4）罗伯特森提出生物膜三层结构模型后，为什么有人质疑该模型？依据是什么？你对这个模型有何评价？（5）为进一步探究蛋白质在磷脂双分子层上的分布，科学家运用冰冻蚀刻技术发现了如图3所示的膜蛋白质分布形式。蛋白质在磷脂双分子层上是如何分布的？完成模型建构任务⑥。

（6）除了脂质（主要是磷脂）和蛋白质外，细胞膜的成分还包含哪些？在膜上是怎样分布的？完成模型建构任务⑦。

（7）组成活细胞生物膜的蛋白质和磷脂是静止不动的，还是可以运动的？如何证明膜的流动性？完成模型建构任务⑧。

（8）生物膜流动镶嵌模型的基本内容是什么？

（9）选择什么样的生物材料模拟细胞膜最合适？

同时，教师安排一系列模型建构任务：

①根据磷脂分子的结构组成和亲疏水特点，在图4中画出磷脂分子铺展在空气与水界面上的示意图。②借助一张A4纸表示人的红细胞膜脂质提取实验单分子层和膜面积关系。你的结论是什么？

③请画出三种两层磷脂分子可能的排布方式，并搜集证据论证细胞膜中两层磷脂分子的正确排布方式（提示：考虑细胞膜内外环境）。

④在水中搅拌单层磷脂分子，可以形成磷脂微球体。请画出水中磷脂微球体的可能结构，并说明其排布的特点。

⑤依据罗伯特森的电镜照片和蛋白质一脂质一蛋白质三层结构模型，画出该模型示意图，归纳该模型的结构特点。

⑥请据图3修正罗伯特森的结构模型，尝试画出修正后的生物膜模型。

⑦依据资料“膜外侧有少量糖类与蛋白质结合的糖蛋白以及糖类与磷脂结合的糖脂”，用六边形表示糖分子，在模型图的外侧画出糖蛋白和糖脂，并标明膜的内外侧。

⑧搜集膜组成分子可以运动的实验或证据，尝试让纸上画好的模型体现出流动的特点（提示：用手夹住纸做波浪式运动）。

完成上述问题和模型建构，学生能够充分理解生物膜的结构和特点.深刻认识生物膜的探究历程和模型的基本内容。在此过程中，教师可顺势提出拓展问题，引导学生开展小组研讨。在问题引导下，学生搜寻证据，分析推理，形成结论并阐述观点;在相互展示、批判质疑中深化对生物膜结构和特点的认识，发展提升思维能力。

3.4思维核心：依据证据进行论证推理——拓展升趣

批判性思维能力的提升不仅要求学生能提出问题、辨析结论要点，还要积极寻找证据进行论证推理。学生的证据意识是思维培养的核心内容。证据意识要求学生能基于证据对生物膜结构的组成及分布特点，提出可能的假设，并通过分析推理加以证实或证伪。教学中，教师应引导学生聚焦问题本质，搜寻并基于相关证据，通过分析、推理、论证，探寻问题的解决方法，形成自己的结论，并在论证推理中提出新的问题或疑惑。教師应根据学生的思维过程及结果进行指导，引导学生进行合作探究和评价交流，科学地学习认知，合理地解决问题。

例如，在解决问题（2）时，为明确细胞膜上磷脂分子的正确排布方式，教师让学生对折A4纸，以模拟表示出人的红细胞膜脂质提取实验单分子层和膜面积的2倍关系。学生明确膜上磷脂分子必然是由两层磷脂分子组成，大胆假设两层磷脂的3种可能排布方式（头对尾、头对头、尾对尾）。之后，学生搜寻证据（细胞膜内外所处水环境），论证哪一种排布方式符合事实。在学生建构磷脂双分子层模型后，教师可以结合具体实验情境（水中搅拌磷脂分子形成磷脂微球体），引导学生拓展构建两种磷脂微球体，以加深学生对磷脂分子排布的认识。

又如，教材通过文字描述呈现蛋白质分子的排布形式，不能作为论证推理的证据使用。故在解决问题（5）时，教师为学生提供冰冻蚀刻技术研究膜蛋白分布的实验作为论证依据，进而引导学生批判质疑罗伯特森的三层结构模型，修正和完善模型。

再如，学生在纸上进行作图构建生物膜模型，所作的图形均是静止的，不能体现膜的流动性。故在解决问题（7）时，为模拟膜的流动性，教师通过纸张的波浪式运动，加深学生对流动性的理解，从而培养学生的批判性思维。

3.5 思维结果：依据结论进行综合判断——总结固趣

从思维过程来说，批判性思维强调通过论证推理进行认识和判断;从思维结果来说，批判性思维要求综合众多证据和论证分析得到一个合理的判断，学生需要经过多角度思考探索，综合不同实验事实证据和他人的观点结论，才能得到更加准确、合理的观点结论。激趣教学在培养学生批判性思维的同时，达成了深度教学目标。

结合批判性思维培养和深度学习需要，本节教学目标之一为：运用批判性思维过程，通过实验探究分析与模型建构相结合的方式搜集证据，明确生物膜的流动镶嵌模型的结构和基本内容，感悟科学探索历程，养成批判质疑的科学思维。学生提出并解决问题（1）和（2），利用理论分析和实验探究，理解磷脂分子在生物膜上的排布，建构磷脂双分子层模型，初步领会磷脂分子的特点。经过问题③～⑧的探究，尤其是膜蛋白分布及流动性的探究，学生得出膜蛋白排布方式和流动特性的结论。另外，学生经过对比、反思，发现：磷脂分子层仅仅是膜的基本支架，而膜蛋白的分布和流动实现了膜的功能。据此，学生加深对膜蛋白决定膜功能的理解（结构功能观），认识到膜的流动性是选择透过性的基础，为后续学习物质跨膜运输奠定结构基础。

问题（9）是在学生完成上述问题探究和建构任务后，依据结论进行综合判断得到的思维结果。尽管学生思考的结果不一定相同，但由于经历了批判性思维过程，思维结果将更深刻。这不仅能引发学生的自我反思和总结，还能促使学生在新的问题情境中调整自己的认知和思维方式，为探究新问题做好思维上的准备。

4 培养学生批判性思维能力素养的激趣教学建议

批判质疑思维不是与生俱来的，而是需要长期的培养。批判性思维的培养不仅需要教师在课堂上按照批判性思维激趣教学一般流程教学，更需要学生在解决问题的过程中保持审慎态度，不盲从他人观点，经历论证推理分析、得出结论、综合判断和自我反思过程来使认识和解决问题。学生要学会对不同信息进行选择、加工、整合，对信息和观点进行批判性获取和应用，养成实验探究和推理分析相结合、科学知识与科学事实相印证的证据意识。

课堂教学作为批判性思维培养的主阵地，需要在目标确定、内容选取、方法应用及评价导向上进行聚焦、重构、优化和凸显，以促进学生批判性思维的发展。在激趣教学中，教师应创设有利于激发批判性思维的问题情境，培养和激发学生对问题追根究底的探究兴趣。探究学习和模型建构为批判性思维的培养提供了良好载体。教师在激趣教学中可以利用实验过程中出现的系列“矛盾问题”，促进学生批判性思维的发生和发展，要求学生学会以质疑的视角去审视问题，聚焦问题本质，敢于提出批判性问题，以论证推理的方式进行分析，以科学严谨的方式得出结论，对批判质疑问题进行证实或证伪。这样，激趣教学在达到教学目标的同时，也培养和发展了学生高阶思维素养能力，实现了学生的深度学习。

參考文献：

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