高中生物课堂中批判性思维培养的实践与案例分析

摘要：本文结合实际教学案例，探索了在高中生物课堂中培养学生批判性思维的有效途径。以“细胞膜的结构和功能”一课为例，设计了多层次的教学活动，包括亲身体验卵黄膜、演示实验与问题讨论、探究细胞膜成分的科学探索过程和生物膜模型制作，通过引导学生动手实践、积极思考和合作探究，将抽象的生物学概念具体化，激发学生的学习兴趣和求知欲。本次教学实践为在高中生物课堂中融入批判性思维培养提供了有益的借鉴。关键词：高中生物；批判性思维；细胞膜部分教师倾向于直接灌输知识，忽视了对学生思维能力的引导，导致学生习惯于机械记忆，缺乏独立思考的能力，大部分高中生在课堂上即使有疑问也不主动提出，很少表达与教师不同的观点。高中生物具有贴近生活的特点，是培养学生批判性思维的重要学科，教师要通过引导学生像科学家一样思考，提出假设并进行实验验证，来提升学生的思维深度和广度。一、高中生物教学中学生批判性思维现状（一）学生求真态度有待提升求真态度指的是学生在追求真理的过程中，即使与自身观点一致或者产生矛盾，也应坚持探究真相[1]。然而，多数学生在寻求真相时表现出消极情绪，这表明学生缺乏主动探究的精神，对周围的信息敏感度不高，不愿主动提出问题，缺乏深入思考的动力[2]。如果学生缺乏求真态度，在学习中往往会被动接受各种信息，不善于质疑和反思。这种态度不仅不利于批判性思维能力的培养，也会对其他思维能力的发展产生消极影响。因此，教师应在教学过程中引导学生形成积极的求真态度，鼓励他们主动追求真理，培养独立思考和勇于探索的精神。（二）学生系统化解决问题的能力较弱高中生在系统化解决问题的能力方面普遍存在不足。系统性思维体现在个体能够有条理地处理问题，面对复杂问题时，能够积极寻找线索，致力于找到解决方案[3]。然而，多数高中生系统化处理问题的能力不够，难以在思考问题时抓住事物的本质和核心，从而有效、准确地解决问题。尽管已有研究表明，高中生的分析能力较强，但这并不等同于系统化能力也同样优秀。许多学生在处理简单或单一的问题时能够应对自如，但面对难度较高或复杂的问题时往往束手无策。系统化能力的不足不仅影响其他能力的发展，也制约了学生思维能力的提升。要提高学生的系统化能力，需要培养他们的信息获取和综合分析能力，使其在解决问题时能够更加专注，思维更具逻辑性，能够从更深层次进行思考，并及时反思和评估问题。（三）学生批判性思维的自信心不足很多学生存在不确定和缺乏自信的表现，缺乏自信的学生往往无法准确评估自己的能力，对他人的观点缺乏有效的判断，难以通过他人的认可来提升自信心[4]。在这种情况下，学生很难积极主动地参与问题的解决，对科学探索缺乏热情和勇气。此外，自信心的不足还会影响学生在其他方面的发展，使其在表达观点和理性分析时犹豫不决，不敢大胆提出自己的想法。长此以往，不利于学生主动获取信息和解决问题，阻碍了批判性思维能力的提高[5]。二、高中生物课堂中批判性思维培养的教学实践（一）案例介绍本案例选自高中生物必修一第三章“细胞膜的结构和功能”。针对学生情况，高一学生具有较强的求知欲和学习积极性，但之前仅对细胞的组成分子有所了解，尚未在脑海中建立起完整的生命系统结构，细胞膜对他们来说仍是抽象的概念。同时，他们在自主学习、分析问题和解决问题的能力上相对薄弱。为此，本节课设计了将细胞膜具体化的教学方式，以提高他们的学习兴趣，增强分析和解决问题的能力。本节课的教学重点是细胞膜的功能和流动镶嵌模型的内容；难点在于理解细胞膜结构与组成成分的内在联系，以及科学研究细胞膜结构的全过程。（二）实践教学1.体验“卵黄膜”在课堂开始时，教师首先邀请学生亲手破开一枚新鲜的鸡蛋，随后将蛋液小心地倒入培养皿中进行观察。教师指出，对于未受精的鸡蛋，蛋黄实际上是一个卵细胞，而且在自然界中，鸟类的卵细胞是最大的。接下来，教师引导学生仔细观察分隔蛋黄和蛋清的卵黄膜，鼓励他们用手触摸或用针轻轻刺破蛋黄，以感受卵黄膜的颜色和柔软度。这一过程不仅让学生们体会到卵黄膜的特性，也引发了他们的思考：如果蛋黄被视为一个细胞，那么蛋清中的物质又是如何穿过卵黄膜进入细胞内部的呢？通过亲自动手体验，学生将日常生活中的现象与生物学知识紧密结合，真实感受到细胞膜的存在，进而深入思考细胞膜在物质运输和细胞功能中的重要作用。这不仅增强了他们的观察力，还培养了科学思维，帮助他们理解生命的基本构造。2.演示实验和问题讨论为深入理解细胞膜的功能，教师带领学生通过观察、实验和讨论的方式展开探究。首先，教师展示多种细胞的显微照片，如神经细胞、肌肉细胞和红细胞。这些细胞的不同形态和功能让学生们感到好奇，并激发他们的观察欲望。教师请学生仔细观察这些细胞的形态特征，并思考它们的共同点。通过观察，学生发现这些细胞虽然形态各异，但都存在一层薄膜将其覆盖，这层薄膜便是细胞膜。教师进一步解释，细胞膜的存在不仅形成了细胞的边界，还起到保护细胞、维持内部环境稳定的作用。（1）实验模拟：细胞膜的选择性透过性接着，教师引导学生进行一个模拟实验。我们取两个鸡蛋，A组保持生鸡蛋状态，B组则煮熟后去壳。将两组鸡蛋分别浸泡在糖溶液中，经过一段时间后观察变化。学生发现生鸡蛋的质量变化不大，而熟鸡蛋的质量明显增加。通过这一实验，学生认识到失去活性的细胞膜无法有效控制物质的交换，而活细胞则能够实现物质的交换。这说明细胞膜具有选择性透过性，能够调节物质进出细胞，维持细胞内的稳定环境。教师还可以引导学生思考，这种选择性透过性在不同生物体中是如何发挥作用的，例如，对植物细胞中的水分和矿物质的吸收。（2）细胞膜的复杂性与有害物质在此基础上，教师提出问题：“细胞膜的选择性透过性是否绝对？有害物质是否完全无法进入细胞？”学生展开讨论，最终得出结论：细胞膜的选择性并非绝对，有些有害物质如病毒和细菌也能通过细胞膜进入细胞。这进一步强调了细胞膜在保护细胞和控制物质进出方面的复杂性。教师还可以介绍一些具体的实例，例如，艾滋病病毒是如何侵入免疫细胞的，从而帮助学生理解细胞膜的脆弱性。（3）嗅觉感知与细胞间信息交流随后，教师播放一段关于嗅觉感知的视频，引导学生思考：“当我们闻到花香时，细胞是如何接收和传递信息的？”经过讨论，学生了解到细胞膜上存在特殊的受体蛋白，这些蛋白能够识别特定的化学信号，并将信息传递到细胞内部，触发相应的生理反应。这表明细胞膜在细胞间信息交流中起着重要作用，能够协调不同细胞的活动。教师可以强调，这种信息传递机制不仅限于嗅觉，还包括味觉、视觉等多种感知，展示细胞膜在感知环境中的重要性。（4）细胞膜的功能总结最后，教师总结并引导学生概括细胞膜的功能：细胞膜不仅形成细胞的边界，保护细胞内部环境的稳定，还具有选择性透过性，能够调节营养物质和废物的进出。此外，细胞膜上的受体和信号分子能够参与细胞间的通信与协调，确保细胞之间的有效互动。教师可以借此机会让学生思考细胞膜的功能在药物开发和治疗疾病中的应用，激发他们对生物技术的兴趣。（5）探索细胞膜成分的科学历程为了更深入了解细胞膜的成分，教师组织学生阅读“科学家对细胞膜成分的探索历程”一节。通过对欧文顿、朗缪尔、戈特和格伦德尔等科学家的研究回顾，学生了解到，欧文顿通过溶解性实验推测细胞膜主要由脂质组成；朗缪尔发现脂质分子具有一个亲水端和疏水端，表明它们是两亲分子；戈特和格伦德尔通过对红细胞膜的研究，提出细胞膜是由磷脂双分子层构成。教师进一步提问：“为什么红细胞是理想的研究对象？”学生回答道，红细胞结构简单，缺乏其他细胞器，便于提取和分析细胞膜成分。通过这一系列的探究活动，学生不仅了解了细胞膜的功能和组成，还体验了科学研究的过程，培养了批判性思维和探究能力。教师可以鼓励学生在课后继续关注相关的科学前沿，如细胞膜在疾病治疗中的作用，激发他们的科研热情。3.探究细胞膜成分的科学探索过程为了深入理解细胞膜的组成和结构，教师设计了一系列探究活动，带领学生回顾科学家对细胞膜成分的探索历程，分析其中的问题，最终掌握“流动镶嵌模型”的核心概念。（1）理论回顾与早期模型首先，教师引导学生思考：“脂质和蛋白质是如何构成细胞膜的？”学生回顾已有的生物学知识，提出早期的细胞膜结构模型——“三明治”模型，即蛋白质—脂质—蛋白质的静态排列。教师进一步提问：“这种模型可以解释细胞膜的哪些功能？又无法解释哪些功能呢？”经过讨论，学生认识到“三明治”模型能够解释蛋白质在物质运输中的作用，但无法解释细胞膜的变形能力和动态特性。例如，细胞膜在细胞运动、细胞分裂以及细胞与外界环境相互作用时，其形态和组成会发生显著变化，这些都是“三明治”模型所无法涵盖的。（2）质疑与新发现为了质疑“三明治”模型的合理性，教师向学生展示1959年罗伯特森拍摄的细胞膜照片。这张照片中细胞膜具有暗—亮—暗的三层结构，其整体厚度约7—8纳米，是磷脂双分子层的两倍。教师问道：“根据这些电镜照片和膜的厚度，你们对细胞膜的结构有什么新的猜想？”学生们经过分析，认为电镜证据支持磷脂双分子层的存在，而非“三明治”模型。学生进一步猜想，蛋白质可能镶嵌在磷脂双分子层中，这样膜的厚度不会因为蛋白质的存在而显著增加，这一推测为后续的模型奠定了基础。（3）人鼠细胞融合实验接着，教师介绍了1970年科学家进行的一项人鼠细胞融合实验。实验发现，细胞膜中的蛋白质能够在膜上自由移动。教师进一步提问：“通过这个实验，我们可以得出什么结论？”学生认识到，细胞膜中的蛋白质具有流动性，这与“三明治”模型中蛋白质是静态的假设相矛盾，说明细胞膜是一个动态的结构。教师可以借此机会，介绍细胞膜流动性的生物学意义，例如，它如何影响细胞信号传递、免疫反应等生理过程。为了进一步深化理解，教师补充了一项实验：在低温条件下将细胞膜切开，升温后观察到磷脂双分子层之间的断裂面。这一现象进一步支持了蛋白质镶嵌在磷脂双分子层中的观点。学生们结合以上实验和证据，总结出了“流动镶嵌模型”的结构要点，了解到细胞膜由流动的磷脂双分子层构成，蛋白质镶嵌其中，并具有一定的流动性。这种结构能够解释细胞膜的选择透过性、变形能力和动态特性。例如，细胞膜在进行内吞或外吐作用时，能够适应不同的环境变化，这对于细胞的生存和功能至关重要。（4）功能分析与应用最后，教师引导学生从“镶嵌”和“流动”两个角度分析细胞膜的功能。进一步讨论细胞膜在物质运输、信息传递和能量转换等方面的作用，以及它在细胞生长、分裂中的重要性。教师可以通过介绍主动运输与被动运输的概念，帮助学生理解细胞如何高效地进行物质交换。此外，教师可以结合真实案例，如药物如何通过细胞膜进入细胞，来激发学生对生物医学的兴趣。在讨论细胞膜在信息传递中的作用时，教师可以引导学生思考细胞膜上受体蛋白的工作原理。例如，荷尔蒙如何与细胞膜上的受体结合，触发细胞内部的信号转导，这样的讨论能够增强学生对细胞膜生物学意义的理解。（5）探索的意义与科学素养通过一系列的探究活动，学生不仅掌握了“流动镶嵌模型”的核心内容，还培养了分析问题和批判性思维能力。学生学会如何从实验证据出发，质疑已有的模型，提出新的假设，并通过实验验证，为科学研究提供了宝贵的思路。这种探究精神和科学方法的培养，将为学生未来的学习与研究奠定坚实的基础。教师还可以强调科学探索的重要性。在细胞膜研究中，科学家们通过不断地实验和观察，推动了生物学的进步。科学的本质不仅在于获取知识，更在于探索未知，培养学生面对挑战时的勇气和决心。此外，教师可以鼓励学生关注最新的科学研究成果，激励他们在未来的学习中主动探究、勇于创新，以适应不断变化的科学技术世界。4.生物膜模型制作为使学生更深入地理解细胞膜的结构和功能，并培养他们将理论知识应用于实际生活的能力，教师可以设计拓展活动，激发学生的批判性思维。首先，教师可以提出一个核心问题：“细胞膜的结构和功能具体应用在哪些行业中？”这一问题引导学生思考细胞膜在医学、制药、生物工程等领域的实际应用。（1）细胞膜的行业应用学生结合已有知识，自主探究这些行业如何利用细胞膜的特性。例如，在医学领域，细胞膜的选择性透过性被广泛应用于药物的精准传递，使药物能够有效地到达目标部位，减少副作用。在制药行业，脂质体作为药物载体，能够有效包裹药物并延长其在体内的释放时间，从而提高疗效。此外，在生物工程领域，细胞膜的研究为基因疗法和疫苗开发提供了重要的理论基础，尤其是在如何将基因材料有效传递至细胞内部。通过讨论，学生还发现，细胞膜在食品科学中的应用同样值得关注，例如，如何利用膜技术改进食品的保鲜和品质。此外，细胞膜在水处理和环境保护中也扮演着重要角色，膜过滤技术能够有效去除水中的污染物。这些应用让学生们意识到细胞膜研究的广泛性及其在多个领域的价值。（2）阅读与知识拓展接下来，教师组织学生阅读教材中的拓展应用内容，重点是关于“脂质体药物”的相关知识。学生通过阅读了解到，脂质体可以作为一种新型的药物载体，这一功能基于细胞膜的磷脂双分子层结构，可以提高药物的稳定性和靶向性。教师要求学生结合所学内容，分析脂质体在药物传递中的作用，并思考其与细胞膜结构的关系。通过这一过程，学生不仅掌握了脂质体的基本知识，还深化了对细胞膜结构的理解，认识到脂质体在不同药物的传递过程中具有重要作用。（3）课堂讨论与思维碰撞在课堂讨论环节，学生分组交流各自的见解。讨论中，他们探讨了脂质体如何模仿细胞膜的结构，实现药物的高效传递和释放；进一步研究脂质体在癌症治疗、基因传递等方面的应用。学生了解到，脂质体不仅能够保护药物在体内的稳定性，还能通过调节其表面特性，实现更好的靶向性。这一过程不仅加深了他们对细胞膜功能的理解，也培养了他们从多角度思考问题的能力，促进了对未来生物医药研究的兴趣。例如，学生分析了不同类型的脂质体在不同治疗中的效果，以及如何通过调节脂质体的组成来改善药物的传递效率。在小组讨论中，有学生提到了正在进行的临床试验和研究进展，展现了他们对生物医学前沿动态的关注。（4）实践活动与动手能力为了将理论与实践相结合，教师布置了一项作业：请同学们利用废旧物品制作一个生物膜的模型。在制作过程中，学生需要考虑细胞膜的主要成分，如磷脂分子和蛋白质的排列方式，以及它们在空间上的分布。他们可以使用彩纸、黏土、橡胶泥、塑料瓶盖等材料，创作出直观展示细胞膜结构的模型。这一过程让学生在动手实践中，进一步理解了细胞膜的复杂性和功能。在小组内，学生相互协作，分享制作技巧，讨论如何更准确地表现磷脂双分子层和镶嵌的蛋白质。这样的团队合作不仅锻炼了他们的动手能力