教学中的科学思维培养与命题中的科学思维考查的区分

蔡伟强

摘要 教学中的科学思维培养和命题中的科学思维考查在学生原有基础、完成标志和主要作用等方面均存在差异，教师在设置课堂教学情境与命题情境时需区别对待，分别指向学生科学思维的有效发展和不同水平的甄别，并在“培养”中关注“甄别”，在“甄别”中导向“培养”。

关键词  科学思维教学情境命题情境

中图分类号 G633.91             文献标志码 B

文件编号：1003-7586（2023）03-0088-03

科学思维是人类认识世界、发现规律的必经途径。教学与评价虽然都属于学与教过程中相互影响的因素，但是各自的主要关注点存在差异。起引导和推动生物学教学改革作用的《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》）将“科学思维”凝练为生物学学科核心素养之一。《中国高考评价体系》则将“科学思维”作为应考查的素质教育目标“学科素养”一级指标之一的“思维方法”的其中一个二级指标，并将其作为“关键能力”组成部分之一的“思维认知能力群”的考查内容。由此可见，教学着眼于学生在学习结束时学生的科学思维将会发生什么变化，评价则着眼于学生科学思维现有行为水平的量化描述。虽然教学与评价均将科学思维作为因素之一指向学生核心素养的发展，但是教学中的科学思维培养和命题中的科学思维考查在学生原有基础、完成标志和主要作用等方面均存在差异，在学与教的过程应差异化处理。

1 学生原有基础不同

1.1教学目标指向科学思维的有效发展

在学习高中生物学课程之前，学生虽然已具备初步的思维能力，但是教学中的科学思维培养基础仍是低阶、单一的。知识学习与科学思维发展是一个相统一的过程。因此，教师可通过情境教学、支架式教学等教学模式促进学生在生成知识的过程实现科学思维由低阶思维向高阶思维、单一思维向系统性思维的转变。

人教版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》将细胞核的功能概括为“细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心”。如果将这句话简单灌输给学生，学生固然也能记住这句话，但显然无法理解这一概念是如何生成的？为什么是“遗传信息库”？如何理解细胞核与代谢和遗传的关系？因此，教材安排了4个资料引导学生思考、讨论，通过逻辑分析归纳细胞核的功能。下面以资料4“伞藻嫁接和核移植实验”为例进行说明。

教师引导学生分析再生的帽形与柄和假根的关系，即存在哪种伞藻的假根，就再生出哪种伞藻的帽。根据“穆勒五法”中的“求同法”，学生可推测伞藻的帽形结构特点与假根有关。结合前面的资料分析，学生可初步归纳：伞藻的形体结构特点取决于细胞核。教师此时追问：“此实验作为这个结论的实验证据是否存在不足？”受此启发，学生往往能意识到，假根除了具有细胞核，还有细胞质，此实验还无法完全排除细胞质的作用。学生由此认识到，支持结论的证据应可靠、充分，批判性思维受到训练。教师接下来引导学生阅读伞藻核移植实验示意图，根据“穆勒五法”中的“共变法”，学生可推测细胞核能控制伞藻的形态特征。至此，学生可结合前面的资料分析归纳细胞核的功能。

上述教学过程，教师重视引导学生从不了解细胞核的功能，经过逻辑推理归纳出细胞核的功能，使学生不仅掌握了知识，还了解了知识的来源，更重要的是获取信息、归纳、推理、重视实证等思维方法受到了训练。

1.2命题评价指向科学思维的学业质量水平甄别

命题中的科学思维考查面对的学生基础是科学思维已经具有一定的发展水平，同时，不同学生的水平存在差异。为了有效诊断学生思维发展水平和逻辑推理能力，评价命题时需以科学思维素养水平为基础，结合《课程标准》中关于科学思维学业质量水平的描述，命制具有不同级别的题目，考查学生调动学科知识进行分析与综合、逻辑推理等思维能力。

下面以2021年广东省普通高中学业水平选择性考试生物学第19题为例进行说明（题略）。第（1）问要求学生再现细胞结构与功能的关系，属于一级水平的要求，《广东高考年报（2021）》提供的数据表（下同）显示该问难度系数为0.7。第（4）问需要分析相关指标各项数据，得出F 降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量原因的合理推论，属于二级水平的要求，两个小题号的难度系数分别为0.5、0.4。第（3）问基于给定的检测相关指标事实，探讨模型组的自变量及其设置目的，属于三级水平的要求，两个小题号的难度系数均为0.3。第（2）問考查学生在尿酸盐的重吸收这一新情境中以生命观念为指导，综合运用实验结果数据推测肾小管细胞刷状缘有利于尿酸盐的重吸收的原因，属于四级水平的要求，难度系数为0.1。

本题以天然化合物 F 降尿酸作用的科学实验和探究情境为载体，设置不同层级水平要求的题目，考查学生综合运用细胞的结构与功能、细胞的代谢、实验设计与分析等知识和能力进行推理的水平，展现了学生的科学思维发展程度。

2 完成标志不同

2.1科学思维培养目标达成标志是学生科学思维结构的建立

科学思维具有认知动机、认知行为、认知方式和认知品质四个方面的显性特征。教学中的科学思维培养的完成标志是学生在学习过程中形成具有上述特征的科学思维结构。为了感受知识向生产力的转化，学生需要在情境分析的教学活动中体悟知识和思维在问题解决过程的应用，激发学以致用的认知动机。为了涵养以实证为核心的科学精神，学生需要在搜集资料的教学活动中获取信息、分析、综合、概括、批判，展示求真务实的认知行为。为了认识知识的本质，学生需要在史料学习的教学活动中归纳、演绎、建模，体现虑周藻密的认知方式。为了满足学习的个性化需求，学生需要在课后自主探究的教学活动中创造、反思，彰显质疑辨惑的认知品质。

2.2 科学思维检测目标达成标志是甄别不同学生利用缜密的逻辑思维解决问题的能力

科学思维的发展水平是学生学习质量的重要标志，常表现为学生能否获取信息，运用逻辑方法分析问题和解决问题，并用完整且合乎逻辑的语言进行表述。基于核心素养的评价注重对学习过程中的观念、程序和科学思维的考核。因此，命题中的科学思维考查以试题情境分析和问题解决为完成标志。由于教师可通过学生问题解决程度对学生科学思维发展水平进行诊断，所以教师应通过学生对不同复杂程度的情境问题的判断、书写情况賦予学生试题情境问题解决等级，从而反映学生的问题解决能力和科学思维发展水平。

2021年广东省普通高中学业水平选择性考试生物学第19题第（2）问难度系数0.1，可见学生利用实验结果和肾小管细胞刷状缘分析尿酸盐重吸收能力增强的原因的推理能力参差不齐，为了有效评价学生的科学思维能力，采用多级赋分，抓住学生思维质量水平的关键因素，每一分反映一个水平。多级赋分标准见表1。水平4准确理解刷状缘结构与其功能相适应的特点，且能根据题干内容进行清晰的逻辑分析和文字描述。

3 主要作用不同

3.1  教学中的科学思维培养彰显育人价值

立德树人是教育的根本任务，《课程标准》凸显学生的发展。英国科学教育家阿姆斯特朗（H.E.Arm? strong）大力倡导科学教育要使学生理解科学的本质，而且科学的本质主要体现于科学方法之中。学生科学思维发展的标志之一是能够在学科规律和问题解决的探讨中运用归纳、演绎、概括、建模等方法。因此，数学与自然科学（高中阶段的物理、化学、生物学和地理）各学科均将科学思维或与之相关的科学方法作为核心素养之一。《课程标准》直接将“科学思维”作为学生学科核心素养的培养内容，从生物学的视角阐述科学探究过程与科学思维的密切联系性，突出教学中的科学思维培养的育人价值。

3.2 命题中的科学思维考查凸显思维发展的评价

科学思维在《中国高考评价体系》的指标表现从不同角度进行了阐述。“采用严谨求真的、实证性的逻辑思维方式应对各种问题。能够根据对问题情境的分析，运用实证数据分析事务的内部结构和问题的内在联系，以抽象的概念来反映客观事物的本质特征和内在联系。”这一表述主要体现了科学思维的实证性和抽象性。“运用抽象与联想、归纳与概括、推演与计算、模型与建模等思维方法来组织、调动相关的知识和能力，解决生活实践或学习探索情境中的各种问题。”这一表述主要体现了科学思维的抽象性和实践性。实证性是科学精神的核心，也是决定生物学理科学科性质的基础。抽象性是思维品质的表现，也是培养高阶思维能力的基础。实践性是素质教育育人目标的方向，也是关注学生发展的评价改革的出发点，指向情境问题的解决可检测与学科核心素养关联的知识应用。命题中的科学思维考查既要实现对学生上述指标表现进行诊断和甄别，又要优化生物学教学的着力点，使学生领略闪耀着思维光辉的知识生成的魅力，助推生物学课程改革，发挥考试评价与导向教学的作用。

总之，在课堂教学和命题实践中，需设置具有不同目的和特点的情境，实现对学生科学思维的培养和考查，并关注二者的联系，在教学中渗透科学思维不同水平的甄别，在命题中导向科学思维的培养。

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