例谈高中生物教学中培养科学思维的策略 论文

例谈高中生物教学中培养科学思维的策略

摘要：为培养全面发展的学生，高中教育中要立足发展学生的核心素养。科学思维作为学科的核心素养的四个要素之一，可以提高学生学习、生活的效率

和质量。因此教师要将科学思维的培养融入自己的课堂教学中，可以采取多种教学策略，如创设多种情境培养科学思维、在科学史教学中培养科学思维、运用论

证式教学培养科学思维、建构模型法培养科学思维等。关键词：创设情境，科学史，论证式教学，建构模型，科学思维

“人非生而知之者，熟能无惑？”学生有了疑惑，教师除了要解答学生的疑

惑，更要培养学生的科学思维，因为授人以“鱼”不如授人以“渔”。学生习得[1]

的科学思维可以提高他们的学习、生活的效率和质量，因此《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中将科学思维作为生物学学科核心素养的四个要素之一。

“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

[2]的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。立足于如何更好地培

养学生的科学思维这一教学目标，本文就高中生物课堂教学中可以采取的四个策略：创设多种情境培养科学思维、在科学史教学中培养科学思维、运用论证式教

学培养科学思维、建构模型法培养科学思维进行讨论。一、创设情境培养科学思维的策略

在生物课堂教学中教师通过创设真实、具体的多种情境，引发学生的学习兴[3]

趣，调动学生的主观能动性，让学生自己去解决情境中遇到的实实在在的问题。身临其境地去学习、感悟学科知识，从而培养学生的科学思维，提升思维品质。

1．创设热点情境调动思维

例如在学习免疫调节相关知识的时候，教师可简单介绍新冠病毒目前的防控情况。毫无疑问新冠病毒已影响到我们的学习和生活，学生已对其有一定的认识

和思考，但对其感染人体的途径和方法，以及人体如何抵御的认识还不够深入。教师进而抛出问题：新冠病毒是如何感染人体的？人体有哪些防线来阻挡病毒的

入侵？以此调动学生的积极思考。教师通过发生在学生身边的、被学生熟知的这些热点事件来引入课堂教学，

有利于调动学生的思维，为后续课堂的展开作了很好的铺垫。．创设问题串情境提升思维

[4]问题是思维的起点，发问对于培养孩子的思维能力是很重要的。还是用免

疫调节的学习举例，通过前面的学习我们已经知道了人体三道防线的组成。人体单靠第一道、第二道防线为什么不能消灭病毒？结合前面所学知识，学生尝试思

考并回答：前两道防线没有特异性，要想彻底杀灭病毒必须依靠第三道防线构成的特异性免疫屏障。教师讲解体液免疫和细胞免疫并板书免疫过程，进而抛出问

题：体液免疫和细胞免疫有哪些不同呢？同学们深入思考并回答：对于侵入体细胞的病毒，抗体没有办法和它们结合，需要效应T细胞先将被病毒入侵的靶细胞

裂解才行。教师通过创设问题串情境，引导学生深入思考。学生则利用已有知识，层层

深入地解答问题，构建自己的知识体系，提升科学思维。3．创设认知冲突情境强化思维

教师在讲解二次免疫之前可以先介绍新冠病毒。新冠病毒传染性强，对人体健康的损害性大，按道理我们应该远离它才对。为什么科学家还要研究它，并且

研发出了多种途径的疫苗呢？北京科兴公司生产的疫苗就是将灭活病毒注射到人体内的。学生不禁会产生这样的疑问：新冠病毒致病性那么强，注射到人体内

的疫苗会对人体造成危害吗？其实同学们在注射疫苗前或多或少都思考过这样的问题。至此教师已成功创设了具有一定认知冲突的真实情境。教师进而启迪学

生科学地去思考灭活病毒保护我们的机理是什么？学生在看似矛盾与冲突的情境中，通过解读材料充分质疑、批判性思考，从

[3]而训练了思维的严谨性、全面性和深刻性。

二、科学史教学中培养科学思维的策略由于学科教材篇幅是有限的，科学史内容的呈现在教材中并不多，尤其是科

学家们开展研究工作时他们的思维过程，采用的科学实验方法，他们百折不挠、不怕失败、勇于尝试的科学精神不能具体呈现给学生。但是科学史内容对于培养

学生的学科核心素养，尤其是科学思维的培养却是极有意义的。这就要求教师在备课时要深挖教材，到课外查找资料，认真梳理科学概念发现的时间脉络，还原

科学探索的第一现场，以期带领学生一起重温科学家富有创意的思维过程和严谨[1]

的科学态度。例如光合作用的研究历史，光合作用的反应式看似非常简单：

CO+H

O→(CH

O)+O

，但是科学家为了弄清楚光合作用的具体过程却花了两百多2222年的时间。起初人们认为光合作用中产生的氧气来自同为气体的二氧化碳，光是

弄清楚光合作用中氧气的来源就用了很长时间。20世纪30年代，凡·涅尔比较了不同生物的光合作用过程,发现它们有共同之处,例如:

绿色植物

CO

+2H

O→(CH

O)+O

+H2O2222紫硫细菌

CO

+2H

S→(CH

O)+2S↓+H2O

222红细菌

CO

+2H

→(CH

O)+H2O

222凡·涅尔对反应式进行了仔细观察，大胆地做出了推测。

教师提问：请同学们思考一下，通过比较上述反应式，你是否也能得出和凡·涅尔一样的科学结论呢？

学生思考讨论后回答：因为紫硫细菌中的

S来自反应物中的HS，那么可以2推测出绿色植物中的O来源是HO中的O原子，进一步观察红细菌的反应式中没

22有O的产生也印证了这个推测。

2在此基础上教师再和学生一起探索鲁宾和卡门的同位素标记实验，进一步培

养学生的科学思维。三、运用论证式教学培养科学思维的策略

在高中生物课程的教学过程中，培养科学思维的另一个重要策略就是论证或[1]

科学论证，并以此来发展学生的论证技能。论证包括证据、推理、主张三个要[5]

素。在教学过程中，教师可以要求学生由证据、推理两个环节形成主张

。例如在生物膜的流动镶嵌模型一节教学中，教师可以组织学生运用论证法教

学。关于蛋白质在细胞膜中的分布知识点的学习，教师可以将班级学生分为两组，A组支持单位膜模型，B组支持流动镶嵌模型，让同学们论证各自的观点。

A组（单位膜模型）证据：1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结

构推理:电子与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。蛋白质电子密度高，故

显暗带，磷脂分子电子密度低则呈亮带。主张：蛋白质分子平铺在膜两侧，生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质三层结

构构成，为静态统一结构。B组（流动镶嵌模型）

证据：冰冻蚀刻电镜技术的发现、荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验等推理：如果蛋白质等膜结构是静止的，细胞膜的复杂功能将难以实现，如：

细胞的生长、变形虫的变形运动等。主张：蛋白质镶在、嵌入、横跨在磷脂双分子层中，组成膜结构的蛋白质等

分子可以运动。通过分析和讨论，学生可以发现同伴证据或推理中的错误，形成尊重事实和

证据、崇尚严谨和务实的求知态度和学习习惯；在论证活动中让学生学会如何提出、支持、评价以及修正观点，运用证据支持自己的观点，学生的思维能力得到

[1]

了发展。四、建构模型法培养科学思维的策略

在生物学课堂教学中，教师鼓励学生自主建构模型，有利于学生基于生物学事实和证据观察的基础上，形成生命观念，优化科学思维，培养科学探究的习惯。

目前，在高中生物课堂教学中常用的模型有三种：概念模型、物理模型、数学模[6]

型。例如在“DNA双螺旋结构模型的构建”教学中，教师请同学们先阅读沃森和

克里克构建

DNA双螺旋结构模型的故事，尝试总结DNA分子结构特点，并分组构建物理模型。学生共同总结DNA分子结构特点：磷酸和脱氧核糖交替排列在外侧，

碱基排列在内侧，磷酸二酯键连接同一条链中的相邻核苷酸，DNA分子的两条长链反向平行，并遵循碱基互补配对原则，A和T之间形成两个氢键，G和C之间

形成三个氢键，DNA分子呈双螺旋结构。教师鼓励学生不要机械化思维，要不拘一格，因为物理模型的呈现方式可不

止一种，同学们则各显神通地开始了制作。有的小组用彩笔在纸上画了DNA分子的平面结构模型；有的小组则利用橡皮泥或黏土、小木棒手工制作模型；有的小

组用不同颜色的卡纸剪出不同的形状分别代表核苷酸分子的三种构件：圆形纸片代表磷酸分子，五边形的纸片代表脱氧核糖分子，剪出的不同颜色长方形的纸片

代表四种碱基分子，并用订书针代表化学键将它们连接起来；有的小组同学则在网上购买了DNA分子双螺旋结构模型组件，买回来后小组内合作共同组装起来。

总之，各小组构建的作品让教师欣赏到了模型构建的“美妙”之景。通过此次模型建构活动，学生学会了在自然科学的探究中要尊重事实和证

据，透过科学家孜孜不倦地追求真理的精神理解科学本质。学生的动手能力得到了显著提高，并学会了如何与他人合作去解决问题，优化了学生的科学思维习惯。

五、结语立德树人是此次高中课程改革的方向和任务，而培养什么样的人是我们每一

名教育工作者都应深入思考的问题。苏霍姆林斯基曾说过：“在学生的脑力劳动中，摆在第一位的并不是背书，不是记忆别人的思想，而是让本人去思考”。但

在高中生物课堂教学中部分教师往往只注重学科知识的传授，而忽略了学生科学思维的培养，导致部分学生虽然学习成绩较好，但思维能力较差。然而在大多数

实际生活中，知识从来就是不完全的（因为我们处理的事情往往涉及将来），所[4]

以我们需要思维。只有包括生物学在内的科学课程将培养学生的科学思维作为重要的目标，并

在课堂教学中采用科学的培养策略，我们的民族才更具创造力、更有希望，才能更好地解决当下和未来所要面对的问题。

参考文献[1]刘恩山，曹保义.普通高中生物学课程标准解读[M].北京：高等教育出版社，2018:43-

6，95-99.2]

中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017

年版）[S].北京：人民教育

出版社，2018：6.4[[3]吕甜甜.基于真实情境培养学生的科学思维—以“基