科学思维赋能高中生物学概念教学的研究

杨茜言

摘 要：科学思维是生物学核心素养的重要组成部分。文章阐述了科学思维与概念教学之间的联系，并从归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维五个角度提出了生物学概念教学的策略。

关键词：生物学概念；科学思维；学科核心素养

为适应学生未来发展需要，《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提出要着力培养高中生的生物学科核心素养，促进学生的可持续发展。高中生物学概念教学与“内容聚焦大概念”教学的基本理念相契合，能让学生深入理解生物学概念，促进学生生物学科核心素养的发展。概念是思维的产物，科学思维是概念形成的工具与途径。高中生物学教师要以生物学概念为主线开展生物学教学活动，利用科学思维方法建构生物学概念，从而促进学生对生物学概念的理解、迁移与应用。

一、科学思维与生物学概念的联系

生物学课程标准对科学思维内涵的界定是尊重事实和证据，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［1］。为此，我们可以将科学思维理解为学生探求新知识的態度、思维习惯和能力。科学思维方法能帮助学生认识事物的本质及事物之间的关系，引导学生通过归纳概括、演绎推理等方法获得正确结论［2］。生物学概念的建构过程需要建立在科学思维的基础上，学生利用科学思维方法高度概括事物的本质特征，能进一步了解生物学概念的真正意义。

二、科学思维赋能高中生物学概念教学的策略

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中指出，学生在学习过程中应逐步发展科学思维，能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法，探讨研究生命现象及规律。高中生物学教师在教学中应依照标准合理设计教学，培养学生的科学思维，利用科学思维方法帮助学生理解生物学中易混淆的概念。

（一）利用归纳与概括理清概念结构化逻辑关系

归纳是从个别到一般对事物进行普适性推理判断的方法，借助归纳梳理事物规律可以提升事物间逻辑关系的条理性；概括是对归纳成果进一步加工，通过总结凝练事物间的共同属性，完成对事物更深入、更本质认知的方法。归纳与概括关系密切，都是对事物间共性元素进行总结的思维方法。在生物学概念教学中，归纳与概括是认识生物学概念本质特征的必要手段，建构结构化的概念体系能够加深学生对生物学概念的理解。归纳与概括形式多样，常用的有列表法、概念图法。

1.列表法

列表法是借助表格整理归纳生物学概念的方法，其能变复杂为简单，归纳概括概念中最核心的元素，实现对生物学概念的整合。通过列表法，学生可以在辨析概念的基础上理解生物学概念的实质，学会提炼概念中的核心元素，用精练词汇表达生命活动的机制与规律。

例如，在高中生物学必修一“细胞的物质输入与输出”一课中，学生需要同时认识自由扩散、协助扩散和主动运输三种物质跨膜运输方式。这三种物质跨膜运输方式的概念在作用机理上具有相似之处，学生在学习时容易混淆。为此，生物学教师在概念教学时可以引导学生通过列表法来记忆自由扩散、协助扩散和主动运输的概念，归纳概念中最核心的元素。根据人教版高中生物学教材中的定义，这三个概念的核心元素是能量、转运蛋白和运输方向，生物学教师可以此为出发点进行整理。

在利用列表法进行生物学概念教学时，教师可以为学生列举表格框架，让学生对概念进行初步整理与归纳，并通过课前预习尝试填充表格，然后带领学生对表格内容进行加工与完善。教师带领学生逐步订正表格内容的过程，能让学生学会准确辨析概念的异同点，避免学生产生记忆混淆。

2.概念图

高中生物学概念之间存在着一定的联系，是一个逻辑整体。在生物学概念教学中，教师可以根据生物学概念之间的联系绘制概念图，通过概念图直观展示各概念间的逻辑关系，提高知识传播效率，加深学生对目标概念的理解。

在生物学概念教学中，教师可以将概念图与板书相结合，帮助学生理解各概念间的层级关系。这种概念图式的板书有别于以往的教学板书，以往的教学板书是对教学重要概念的简单罗列，不利于学生构建概念结构体系；而概念图式板书逻辑性强，有利于学生在头脑中建立结构化概念框架。同时，概念图还可以直观呈现概念间的包含关系，如文氏图等。文氏图能帮助学生理顺生物学概念之间的关系，如下图（图1）直观呈现了染色体、基因与DNA之间的关系。

（二）利用模型与建模促使抽象事物直观化表达

模型与建模是以直观的方式表达抽象事物或问题的思维方法，它是学生学习的重要“帮手”，也是教师教学的重要手段。在生物学领域，许多研究都处于微观层面，一些生物学概念的呈现形式较为抽象，易让人产生理解偏差。通过建模可以使生物学概念与实践相结合，实现抽象生物学概念的直观化表达。学生通过模型制作可以加深对生物学概念的理解，并以实物模型呈现概念中的各要素。

例如，在高中生物学必修二“细胞膜的结构与功能”一课的教学中，教师可以带领学生建构细胞膜的流动镶嵌模型。师生在建构流动镶嵌模型的过程中可深度剖析细胞膜结构，理解细胞膜的概念。细胞膜的概念强调了分子组成和空间结构两个方面。在建构细胞膜的流动镶嵌模型时，教师可以引导学生利用球形蜡质盒与铁丝制作磷脂双分子层模型，利用硬质的泡沫制作蛋白质模型。通过这样的模型建构，学生可以直观地理解细胞膜的分子组成。同时，在建构流动镶嵌模型时，教师要强调细胞膜的结构，引导学生有序排布磷脂双分子层的空间结构，以此加深学生对细胞膜概念的认识。

在建模活动结束后，生物学教师要从科学性、美观性等维度评价学生建构的模型，而学生则要根据反馈内容改正相应的错误。这样一来，学生能在对模型的反复修正与完善中发展空间思维，加深对生物学概念各要素的理解。

（三）利用演绎与推理推演可视化的概念建构足迹

推理是在已知命题基础上通过逻辑思考与判断获得未知命题的方法。演绎与推理是推理的分支，在生物学概念教学中，教师通过演绎与推理可以使学生了解概念建构的过程，促使学生在演绎推理过程中实现知识的迁移。在概念教学中，教师仅用平淡的话语讲述生物学概念的形成过程，不利于学生的深度学习与记忆。因此，教师应指导学生通过演绎与推理法进行科学论证，推演生物学概念的形成轨迹。

例如，在高中生物学必修二“遗传因子的发现”一课中学习“分离定律”概念时，教师可带领学生观察一对相对性状的杂交实验，分析子一代没有出现矮茎豌豆，而子二代却出现了矮茎豌豆的原因。实验中，教师可向学生提出问题：子二代中3∶1的性状分离比的出现是偶然吗？学生结合生物学教材中孟德尔的假说，能对问题进行解答。之后，教师可利用豌豆杂交的分析图解讲解孟德尔假说的先进性与逻辑合理性，使学生产生认同感，并引导学生设计测交实验，验证孟德尔假说，实现概念的迁移，最终归纳出分离定律的概念。单純的文字描述不利于学生对“分离定律”的理解，教师应当引导学生结合实验现象进行演绎与推理，从而加深学生对“分离定律”概念的理解。通过这样的教学模式，教师可以激发学生的思维，让学生通过自主建构的过程，推理归纳出相应概念。在高中生物学概念教学中，如果教师直接讲述生物学概念，让学生获得结果性知识，就容易导致学生对概念的理解不够深刻，不利于学生对相应知识的灵活应用。教师利用演绎与推理法推演生物学概念，既可以保证学生在教学过程中的主体地位，又可以通过科学推理帮助学生获得成果性知识，促进学生对生物学概念的深层次理解。

（四）利用创造性思维创设与概念相关的生活化问题情境

创造性思维指向事物的本质属性与事物间的关联性。利用创造性思维进行科学认识可以打破僵化的思维模式，获得创造性的思维成果。在高中生物学概念教学中，教师应当围绕生物学概念设计生活化问题情境，引导学生通过问题情境多角度理解生物学概念，进行创造性的思维活动，以此为生物学课堂注入思维活力。

例如，在学习高中生物学必修一“酶”一课时，虽然教材已经将酶明确定义为具有催化作用的有机物，但学生对酶催化作用的理解，仍停留在初中化学无机催化剂的层面上。对此，高中生物学教师可联系生活，向学生提出“为什么含酶洗衣粉的去污能力强？”这一问题，让学生结合已有生活经验对该问题进行讨论，进而理解酶的催化作用。同时，教师还可以鼓励学生课后利用含酶洗衣粉进行深入探索，从而让学生感受到生物学的魅力。又如，在学习高中生物学选择性必修一“组织液”一课时，教材中组织液的定义文字描述比较抽象，学生无法深入理解组织液。若教师要求学生强行记忆只会使其产生刻板的印象。对此，教师可以创造性地设置生活化问题情境，如结合水泡的形成引入组织液知识，使学生对组织液知识有更深入的理解。

教师通过设置创造性问题情境，可以将生物学概念与学生的日常生活联系在一起，培养学生利用问题情境理解生物学概念的能力，在拓展生物学概念的同时，加深学生对生物学概念的理解。

（五）利用批判性思维辩证思考社会热点生活议题

批判性思维是反思性与目的性共存的思维判断模式。在高中生物学教学中，批判性思维要求学生在深度剖析生物学问题的同时，利用辩证思维科学分析问题。在高中生物学概念教学中，教师不仅要引导学生理解、辩析、应用与生命活动相关的生物学概念，还要引导学生辩证思考生物学概念背后隐藏的伦理道德问题。因此，在高中生物学概念教学中，教师应当深挖教材中存在的辩证性内容，并联系生活中的热点议题进行教学设计，引导学生思考生物学概念背后隐含的伦理性议题。

例如，在学习高中生物学选择性必修一“激素调节的过程”一课时，教师讲解“激素调节”概念后，学生能明白激素调节具有微量和高效的特点。而后教师可以组织学生就“在生产、生活中应用激素类药物的利与弊”展开讨论与交流，促进学生对“激素调节”概念的伦理性理解。在讨论与交流过程中，生物学教师要有效组织课堂，引导学生用数据与资料阐述观点，做到有理有据，使学生既要看到激素类药物在医疗、农业等领域给人类生活带来的便利，也要看到激素类药物使用不当产生的危害，以此培养学生全面客观剖析问题的能力。高中生物学教师在组织学生进行生物学议题探讨的过程中，要从生物学概念出发，紧扣生物学概念的本质，把握正确的议题方向，做好分析与总结工作，防止学生走进思维误区。在进行生物学议题交流时，教师要引导学生进行客观全面的逻辑思考，实现对认知模块的重组建构，从而提升学生的评价、推理与判断能力，帮助学生全方位理解生物学概念。

结语

科学思维方法的运用能有效加深学生对高中生物知识的理解，高中生物学教师在概念教学过程中，应以生物学教材为落脚点，充分挖掘生物学教材中的科学思维元素，利用科学思维方法促进学生对生物学概念的深度剖析，发展学生揭示生物学概念本质的能力，同时提升学生的科学思维水平。

［参考文献］

中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020：4-5.

吴成军.试论科学思维及其在生物学学科中的独特性［J］.生物学教学，2018，43（11）：7-9.