高中生物学中科学思维多维性的单元教学初探

摘要：科学思维是科学素养的一个重要维度，也是科学教育的一个重要目标。学生科学思维水平的提升，需要教师的教学实践活动保障。科学思维多维性的单元教学从整体和宏观的角度审视科学思维教学方法，将科学思维教学与单元教学、思维多样化有机结合。本文以“生命活动的调节机制”单元教学为例，通过“血糖调节”课时教学展示了科学思维多维性教学的实现路径。

关键词：高中生物学；科学思维；多维性；单元教学

文章编号：1003-7586（2024）02-0006-04 中国分类号：G633.91 文献标识码：B

科学思维是科学素养的一个重要维度，也是科学教育的一个重要目标。《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”列为4个学科素养之一，并指出：“科学思维”是指尊重事实和证据，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。有研究者也指出，“科学思维”是人脑对于自然世界（客观事物之自然世界，有时也包括人工自然世界冲事物的本质属性和内在规律及事物间的联系和相互关系的间接的、概括的反映，是人们应用科学概念（本质上是人脑对自然界共同的、本质的属性的把握）、科学规律与原理（本质上是人脑对自然世界事物间内在的、必然的联系的认知与理解），解决科学问题的一种人类思维活动。由此可见，科学思维是人类认识自然，形成概念、原理或理论，并能运用于解决科学问题的思维活动。《课程标准》还列举了有关科学思维的具体方法，如归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等。生物学是自然科学的重要分支，人类在获得相关生物学知识的过程中逐步发展了本学科的思维方法。学生在学习生物学的过程中，不仅要知道生物学众多的概念，还需要借助科学实践，比如观察和实验等，并综合运用多样化的科学思维方法去知晓概念的来由。学生科学思维能力的高低在一定程度上决定了学生对生物学概念、原理、规律和理论的理解深度和广度，以及运用所学解决实际问题的水平。

如何在高中生物学单元教学中发展学生科学思维，如何运用科学思维的方法进行单元教学是当前研究的一个热点问题。本文从高中生物学的教学活动着手，通过发生在教学过程中的观察与比较、分析与归纳、演绎与综合等多种科学思维活动方式，将培养学生形成生物学科学思维能力和习惯落在实处。科学思维的多维性单元教学就是指导学生能综合运用多样化的思维方法进行学习的一种策略。下面以苏教版《普通高中教科书生物学选择性必修1稳态与调节》中有关“生命活动的调节机制”的学习单元内容为例，探讨基于科学思维多维性的生物学教学。

1整合教学内容，创设科学思维单元学习框架

“各结构协调统一共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态”是课程标准聚焦的重要概念。通过梳理动物生命活动调节机制的相关内容，本文确立了以“教学单元”创设课堂教学中科学思维情境的教学思路，即将与机体生命活动调节有关的内容进行整合。例如，将内环境稳态的自身调节、机体稳态的神经调节和激素调节等内容整合为各有侧重的教学单元核心内容。以生命个体调节机制整体性和协调性为突破口，构建教学中体现科学思维多维性的内容基础（见图1）。教师在教学过程中引导学生进行多维度的“科学思维”，使科学思维的火花闪耀在课堂教学活动中，为学习者提供了展示科学思维多维性的机会。

2运用科学比较法认识不同生命活动调节方式的分类依据

科学比较法是进行科学分类的基本前提。客观事物既相互区别又相互联系，既相似又相异。通过比较，我们可以具体地了解事物之间的相似或相异，为进一步分类提供客观依据。

在有关动物生命活动调节的教学内容中，无论是血糖调节、体温调节等机体内环境变化引起的自身调节，还是基于感知机体内、外环境变化而产生的神经调节，或是免疫系统参与的调节都是生命个体复杂而完善的生命活动调节机制。这些内容既是教学中需要寻求突破的难点，也是最具科学思维价值的内容。在具体教学实践中，教师可以先引导学生浏览教材与生命活动调节相关的内容，运用比较法认识不同生命活动调节方式，自主编制生命活动调节方式比较表（见表1），锻炼学生的科学思维。学生在比较这些生命活动的调节形式时，能充分地认识到它们之间的差异，明确各调节方式所适用的范围及其主要特点，理解生命活动方式分类的依据所在。这也为后续学习生命活动——调节维护内环境稳态打下扎实的基础。

3运用分析与归纳法进行多维度的科学思维教学

动物生命活动调节具有整体性和统一性等特征，但教学活动受到课时和学情影响，且每个课时又有各自的教学重点，因此，本文仅以机体的血糖水平调节为例，将血糖调节中各系统的作用设计于教学单元中，通过引导学生进行归纳分析从而理解生命个体机体调节的统一性。教学过程以“问题引领分析归纳”“单元整合得出结论”进行多维度科学思维教测设计。

3.1问题引领－分析归纳

3.1.1基础性问题：血糖的涵义和标准是什么？

人体血糖水平在餐前、餐后一小时、餐后两小时等的变化是什么？血糖是内环境的重要成分，其变化是机体生命活动的结果。这些基础问题的学习过程，主要体现生命观念素养的培养，并为科学思维的形成打下牢固的知识基础。

3.1.2分析性问题：内环境中的血糖水平是如何发生变化的？哪些组织、器官、系统会影响血糖的变化？如何影响？

教师通过引导学生分析并使其认识到，在血糖水平的变化中，既有在血糖升高或降低时，通过相关物质合成、分解、转化或利用等实现的自身调节，更离不开神经系统参与的神经调节和内分泌系统参与的激素调节，而神经调节和激素调节在血糖调节中发挥了关键作用。因此，分析性问题的设置使学习过程进入积极的科学思维状态，并使学生的思维活动维度得到由点到面的扩展。

3.1.3综合性问题：人体的血糖水平为什么能保持相对平衡？神经调节、激素调节在血糖调节中发挥什么作用？

基于落实课标的有关内容标准的教学目标，教师需要引导学生深入探讨血糖调节的综合机制，使学生能够在说明血糖调节具体过程的基础上，阐明神经调节和激素调节在血糖调节中的具体作用。例如，神经系统的哪些器官、组织参与了血糖调节？下丘脑在血糖调节中发挥了怎样的作用？哪些激素与血糖水平变化有关，它们各自发挥怎样的作用？能否根据已有知识，归纳哪些激素有升血糖作用，哪些激素有降血糖作用？这样的归纳是否有足够的证据支持？在深入的探讨中，激发学生科学思维活动的主动性；引导学生在认同血糖调节的生命活动机制过程中，通过推理产生对其中一些问题的质疑或提出新的疑问，提升学生多维度的科学思维的深度。

3.1.4深化性问题：激素调节或神经调节对血糖水平影响的分子机制是什么？与细胞的哪些结构有关？

正如教材所举例的，Ⅰ型糖尿病和Ⅱ型糖尿病的发病机理是不同的，那么正常人和不同的糖尿病人，血糖调节的差异是什么？抗原基因异常、胰岛素抵抗是发生在细胞水平还是分子水平？病人的神经调节和激素调节还能发挥作用吗？在教师的引导下，学生不断剖析问题、解决问题，又不断生成新问题，使其在学习过程中发展多维度的科学思维。

课堂教学中，教材和章节内容可以成为良好的学习指南，但学生学习的内容应不限于某教材、某章节的知识。各种问题可以来自教师的精心谋划和预设，也可以来自学生预习或学习后的再生成。以问题为导向、解疑为动力，激发学生的积极性，形成多维度的科学思维情境，使探讨相关生命现象的机制成为可能。

3.2单元整合－得出结论

本课时以血糖调节为中心开展，需要教师做好单元教学设计下的备课工作，预测不同内容的课堂中学生思维活动的趋势，把握课堂教学活动发展的方向。教师课前指导学生通过网络、书刊等收集资料，帮助学生提炼主要内容，提出问题，形成精简的小报告，方便在班级或小组进行交流。在学生交流过程中，当学生提出疑问或质疑时，教师也需因势利导，启发学生做好进一步的讨论。

“血糖调节”一课的教学中，虽然涉及多个课时的内容，但由于是在单元教学模式下开展的学习活动，其教学过程打破了传统的知识呈现顺序。这种教学模式以学生学习需求为立足点，在教师引导、学生自主学习、小组合作等多种学习形式下，有助于学生学会运用生命个体整体性、生命活动调节统一性的观点学习生物学，逐步形成“学以致用、用以促学、学用相长”的学习观，初步实现多维度的科学思维的教学效果。

通过不同层次的问题设计，引发多维度的科学思维，是生物学教学中体现科学思维多维性教学的手段之一。当然，引导学生发展科学思维的方式还有很多；例如，在以神经调节为核心的教学过程中，教师可以引导学生组成学习小组，以图文并茂、模型制作等呈现方式，直观展示神经调节在血糖调节、激素调节等多项生命活动中的作用，通过讨论和交流激发学生的积极思维，从神经调节的角度发散构建科学思维体系，形成从局部到整体的、对机体生命活动规律的认识，运用所学来解决相关问题。经过对学生多维度科学思维发展的初步探讨，我们深刻体会到，发展学生科学思维的多维性，培养学生形成科学思维的习惯，不是一蹴而就的，需要在长时间的教学过程中不断实践和努力。