核心素养导向下生物科学师范生“科学思维”培养现状和提升策略研究

黄湘茹 范丽仙 蒋 丹 许 波

（云南师范大学生命科学学院 云南昆明 650500）

1 引言

为了全面深化课程改革，落实立德树人根本任务，2014年教育部对研究制定各学段学生发展核心素养体系提出了明确要求。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《高中课标》）首次以核心素养作为课程宗旨，将科学思维规定为生物学学科四大核心素养之一。2020年5月，教育部颁布的《高等学校课程思政建设指导纲要》明确指出，“理学类专业课程，要注重科学思维方法的训练和科学伦理的教育，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感”。2022年4月颁布的《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称《初中课标》）同样也将科学思维纳入初中生物学课程的核心素养。

科学思维是学生对感性材料进行加工处理的有目的的思维活动，也是学生在认识世界和解决问题时的一套思维方法和推理过程。发展科学思维是培育科学精神的重要途径。教师在生物学科不同学段培养学生的科学思维，不仅能够全面落实立德树人根本任务和核心素养的基本宗旨，也能充分发挥生物学课程的育人价值，培养全面发展的人。生物科学师范专业以培养中学生物学教师为主要目标，因此生物科学本科师范生科学思维的培养至关重要。

下文以中学生物学核心素养的科学思维为导向，通过分析现行的生物学课程标准、生物学教材和生物科学师范专业开设课程，探讨高等师范院校现行培养模式下，生物科学师范专业学生的科学思维与从教后落实中学生物学学科核心素养的适切度，为高等师范院校的教学改革和师范生科学思维的培养提供参考。

2 中学生物学核心素养“科学思维”的分析

2.1 《初中课标》关于“科学思维”内容分析

《初中课标》紧跟课程改革的步伐，将从前的“知识、能力、情感态度价值观”三维课程目标更新为以核心素养为中心的课程目标，并将科学思维列为义务教育生物学课程所要培养的四大核心素养之一，反映了生物学科的自然科学本质和生物学课程的育人价值。《初中课标》对于科学思维的定义可以简单概述为学生对于事物进行思考和分析、批判与质疑，甚至提出创造性见解的能力与品格，要求学生通过生物学课程的学习后能够初步掌握比较和分类、归纳和演绎、分析与综合、建模等科学思维方法，同时具备一定的科学思维习惯和能力，能够参与探讨生物学问题和社会科学性议题。此外，《初中课标》在阐述核心素养时，还引入了教育领域的相关研究成果，将中国学生发展核心素养中的科学精神与生物学课程核心素养中的科学思维联系起来，并阐述了两者的内在联系。

2.2 《高中课标》关于“科学思维”内容分析

《高中课标》将“科学思维”定义为：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、解决实际问题的思维习惯和能力。科学思维充分体现了高中生物学课程作为自然科学课程的学科特点和育人属性。根据《高中课标》的描述，学生要在学习过程中逐步发展科学思维，最终形成科学思维的习惯，能够对生物学议题进行思考和论证。《高中课标》所要求的科学思维方法是义务教育阶段基础上的进一步发展，包括归纳与概括，演绎与推理，模型与建模，还引入了批判性思维和创新性思维。同时，《高中课标》对科学思维的培养提出了更高层次的要求，对学科核心素养水平进行了描述，将科学思维划分为逐级递进、相互联系的四个水平。

2.3 生物学教材关于“科学思维”内容分析（以普通高中教材为例）

课程标准对科学思维的学业要求贯穿2019年人教版普通高中生物学的五本教材，教材涉及的“科学思维”方法主要包括归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维和创造性思维等（表1）。

表1 科学思维相关的主要高中生物教学内容

通过对教材内容的梳理可知，科学思维作为一种思维习惯和认知方式，在高中生物学教材中主要以“正文”“思考·讨论”和“生物科学史话”3种内容形式落实呈现。必修课程作为发展学生学科核心素养的基础，在科学思维的培养与训练中占比较大，发挥着不可替代的作用；选择性必修中有关科学思维的内容篇幅较少，主要以呈现生物科学史为主。《高中课标》中所要求的科学思维方法在教材中都有所体现，且类型多样，对中学生物教师的学科素养和教学水平提出了更高要求。

3 生物科学（师范）专业学生培养现状分析

下文以云南师范大学2019版生物科学师范专业的培养方案为例，分析探讨生物科学师范专业学生的培养现状。表2呈现了云南师范大学2019版生物科学师范生学科专业教育课程计划表。

表2 生物科学师范生学科专业教育课程计划表（以云南师范大学2019版培养方案为例）

3.1 课程设置

生物科学本科生的专业课程主要包括必修课程和选修课程两大部分，其中必修课程的设置主要针对生物学的专业知识学习，分为学科基础课程和专业核心课程，总体的课程安排较为合理，能满足学生学习生物学专业知识的需求，同时开设的专业课程覆盖了中学生物学教科书的绝大部分内容，培养了生物科学师范生的学科知识素养。在选修课程的安排上，在《人体组织解剖学》等生物学分支学科课程的基础上，还特别开设生命科学进展的相关讲座，使学生在了解生物学科的前沿动态，不断丰富自身知识体系的同时，学习相关的生物科学史内容，在一定程度上有助于学生科学思维的发展。

3.2 授课方式

大多数理论课程只开设一学期，因此教师需要在有限的时间内完成教学任务。一些理论课程难度较大，学生理解起来具有一定困难，教师大多数时间都是采用传统的讲授方式将重要内容传递给学生。在讲授式的课堂中，学生由于参与度不高，只是一味地接收知识，无法达到思维训练的目的。必修课程和部分选修课程都设置了相应的实验课，并且采用分组授课的形式，上课人数一般不超过30人，一定程度上保证了实验教学的需要和学生基本实验操作技能的培养。但实验课的课题以验证性实验和综合性实验为主，且部分实验课的终结性考核仍然以实验理论为主要考核内容，因此师范生的实验操作和解决问题的能力不足。

3.3 学时安排

学科专业课程共计970个学时，其中理论课程共582个课时，实验课程共388个课时。大部分课程周课时都为3课时，由于生物化学、遗传学等课程难度较大，将每周课时分别延长至5课时和4课时。对于植物学、动物学课程，由于教材知识繁杂，内容较多，因此分为上、下两学期开设，基本保证了授课时长。学生实验课程的周课时较短，一周仅安排2课时，而一些探究性实验等步骤较为复杂，需要学生动手操作并动脑思考，所需时长难以满足。因此，学生缺乏充足时间在实验探究过程中完成现象的观察、数据的收集及外部信息的加工处理，难以达到提高科学思维能力的目的。

4 高等师范院校关于培养生物师范生科学思维的建议

生物师范生拥有双重身份，既是高校中学习生物专业知识和学科教学能力的学生，又是未来承担生物学课程教学的老师。课程改革对准生物学教师的素质提出了更高要求。为了培养新型高质量教育人才，高等师范院校对生物师范生科学思维的培养在原有基础上仍需加强，应从调整传统的师范生培养模式入手，优化课程体系、加强教学改革，构建新型课堂，更好满足新课程改革背景下对生物学科教师的新要求。

4.1 发掘课程育人价值

重视课程思政，尤其是“科学精神”这一维度。科学精神的主要特征包括坚持理想信念、把握实证方法、秉承批判态度和遵循试错模式。因此，生物科学本科课程应深挖课程蕴含的育人价值，加强各学科课程科学史的教学，从科学史入手，使学生体会科学家的科研坚守以及解决问题的思路和方法。同时，还要发挥高中生物学教材的育人作用，在学习课程标准与教材分析的基础上，由教师带领学生深入学习教材中的科学故事，特别是书中的“科学家访谈”和“生物科学史话”栏目，将课程思政渗透到教学全过程，从而树立师范生的科学精神，为师范生在今后教学中更好落实高中生科学思维奠定基础。

4.2 建立“思维导向型”课堂

师范院校首先应该完善培养方案，重视对师范生生物学学科核心素养的培养，将落实科学思维的要求融入人才培养目标中；其次，设置包括基础知识、思维发展、责任培养等多维度的课程教学目标；同时，不断创新和实践课堂教学新模式，提高学生的课堂参与度和思维活跃度，同时转变教学方法和策略，开展一些自主和探究学习活动。此外，在课程的过程性评价和终结性评价环节适当引入开放性题目，如实验设计和问题探究，由学生自主或者合作完成，完善课后答疑环节，帮助学生学习课堂上的重难点知识，形成完整的思维过程。

4.3 转变实验教学模式

在实验探究过程中，学生的科学思维得以深入发展。师范院校应该重视实验课程的开设，改进教学模式，合理规划实验课教学时间，可以利用周末等空余时段安排学生分组进行集中实验，适当延长实验课课时，保证实验过程的连续性，同时向学生开放部分实验室，使学生都有机会动手操作，提高实验基本技能，培养创新和实践能力。其次，应优化实验内容，在已有的验证性和综合性实验基础上，增加探究性实验和设计性实验，充分发挥学生的主动性，由学生自行查阅文献、设计方案、寻找答案和解决方法，并在探究过程中加强对学生的指导，激发学生深入思考，进一步锻炼学生的科学思维。