高中生物教学中学生科学思维的培养策略研究

摘要：高中生物学科呈现显著的综合性、实用性特征，为学生打开了通往自然科学的大门。在当前的教学中，为强化学生的学习效果，教师既要注重基础知识的教学，更应着力培养学生的科学思维，有效促进学生核心素养的发展。因此，教师应创新课堂教学模式，将教学的关键点放在培养学生的科学思维上，以此引领学生更深层次地探究自然的奥秘。基于此，本文从创设情境、提出问题等多方面出发，概述了生物教学中培养学生科学思维的路径。关键词：高中生物教学；科学思维；培养策略科学思维所指的是尊重事实、以严谨的态度与科学的思维方式，思考、分析及解决问题的过程。综合高中生物学科的特征来看，教师立足高中生的实际学情，积极开展科学思维的培养工作，不仅能使学生对所学生物知识有深层次的理解和掌握，还能落实素养能力的培养目标。因此，生物教师应着眼于科学思维的培养要点，积极探寻实践教学的路径，以此为学生构建高效、优质的学习课堂，有效促进其科学思维水平的发展提升。一、高中生物教学中对学生科学思维进行培养的价值（一）有利于提升学生的学习效率在认真研读生物教材后发现，其中涵盖了众多抽象、复杂的生物知识，这使得少部分学生存在畏难的学习情绪，导致学习效率并不理想[1]。而有效培养学生的科学思维，创新教学模式，构建多样化的探索环境，引领学生深入分析生物学知识，可激发学生内在的学习动力，引导其主动投入学习过程，减轻其学习的难度，强化学习的品质。（二）有利于培养学生的逻辑思维科学思维属于逻辑思维一种重要的表现形式，可以说培养学生的这一能力，对于提升学生的逻辑思维品质有重要帮助，其作为科学研究及问题解决的基础，只有具备较高的逻辑思维能力，才能使学生在学习中游刃有余地解决问题。而在高中生物教学中着力培养学生的科学思维，教师综合教材及学生的学习表现，鼓励学生进行分析探究，引导其自主提出、分析及解决问题，既可使学生建立深层次的认知，也是促进学生逻辑思维力提升的重要保障。（三）有利于形成科学思维观念科学思维以显著的质疑性、批判性以及基于证据的特点而著称，在高中生物教学过程中，培养学生具备这样的科学思维至关重要，可使学生认识到科学知识是不断演进的，必须持续接纳新知，才能产生新的科学发现[2]。这一过程有助于学生树立科学的观念体系，并对学生日后的学业、生活乃至职业生涯都将产生深远、积极的影响。（四）有利于增强学生自主学习能力在传统的高中生物教学中，存在明显的“填鸭式”教学模式，此种教学法因未突显学生的主体地位，导致学生的学习能力较为薄弱，只能机械地获取知识。而对学生的科学思维进行培养，所强调的是学生的主动参与和积极探索，这时教师鼓励和引导学生进行学习探究，让学生自主理解生物学现象，不仅能激活学生潜在的学习动机，还能强化学生的自主学习力，助力学生高效地解决问题。二、高中生物教学中培养学生科学思维的策略（一）创设教学导入情境培养学生科学思维教育家苏霍姆林斯基曾强调，“使学生亲身感受掌握知识的过程，是激发其对知识兴趣的关键所在……缺乏这种亲身体验，很难点燃对知识的探究热情”。鉴于此，在当前的生物学教学实践中，想要有效培养学生的科学思维能力，教师应以学生的学习和发展需求为立足点，高度重视教学策略的选择与应用。其中，情境教学作为一种广受欢迎的教学模式，通过为学生创造“沉浸式”的学习环境，能有效吸引学生的注意力，深化学生的认知层次，激发学生对所学内容的深层次思考，在此基础上培养学生的科学思维能力。因此，教师可在教学导入阶段为学生构建情境，使教学内容能以更加形象化的方式呈现，为学生进行更好的学习感悟奠定坚实的基础。例如，在教学人教版高一必修2第4章第2节“基因表达与性质的关系”的课程内容时，若教师直接以文字叙述的方式讲解知识，很难使学生快速进入学习状态，并对所学知识产生学习探究兴趣。这时教师就可为学生创设导入情境，通过一个幽默的故事导入课题，如萧伯纳相貌虽不出众，但才华横溢，一位著名女舞蹈家向其求婚，并说“两个人结婚未来所生的孩子，一定会集智慧与美貌于一身”。而萧伯纳却表示“不能接受女舞蹈家的好意，万一生下的孩子正好相反呢！那可糟透了”。听完这一故事，对于青春期的高中生来说都露出了笑容，愉悦的课堂情境就此营造。这时，教师及时捕捉学生的学习动态，并进一步引导学生思考，如“基因表达的方式你们知道吗？”“基因的选择性表达与性状表现又有哪些关联？”通过启思调动学生学习本节课知识的欲望，使学生能自主积极地进入到科学思维的探究中。此种创设故事情境实施教学的方式，不仅能吸引学生的学习注意力，还能使学生积极参与思维活动，进行自主思考，这对促进学生科学思维的发展有重要帮助。（二）提出课堂启思问题培养学生科学思维提问是促进思维意识发展的重要途径，列夫·托尔斯泰曾说，“一个聪明的人，总是带着问题生活”。可见，在高中生物课堂中对学生展开科学思维的培养，离不开问题的合理提出，通过精心构思的问题可激发学生的思考与探究活力，让学生产生更多的学习思考[3]。因此，在当前的生物教学中，教师可依据学生思维能力的最近发展区，设置针对性、层次性的问题，引导学生在既有认知的基础上进行推理，深入剖析生物学问题，从而强化学生遇到问题时，能够进行自主分析与解决的能力，以此加强对学生科学思维的培养。例如，在教学人教版高一必修2第2章第3节“伴性遗传”这一课程内容时，本节课的核心目标是帮助学生理解和推断伴X性染色体隐性遗传病的类型及其主要特征。在引导学生对伴X隐性遗传病的特征进行分析时，教师可依托红绿色盲家族遗传图谱，向学生提出一系列启发性问题，如1.你们知道这一图谱的建立方式吗？采用了哪些方法和技术呢？2.对该病的家族遗传图谱进行分析后，怎样判断其是显性或隐性遗传呢？3.观察遗传图谱后，男女患者在数量比例上呈现哪些特征？4.结合构建的图谱，可否推断红绿色盲基因在哪种染色体之上吗？5.对X和Y染色体间的区别你们了解吗？通过这些问题，激发学生的思考和讨论，促使学生积极进行科学推理和验证。通过分析遗传学图谱，学生可以明确男性患者比女性患者多，母亲患病则儿子必病，且呈现隔代交叉遗传的特征。在此基础上，进行相关的遗传推演和验证，学生便能够推理出这是一种典型的伴X隐性遗传病。此种向学生提出启思问题的方式，不仅能提升课堂教学的效率，还能促使学生形成良好的科学推理思维。（三）利用社会科学议题培养学生科学思维科技进步的浪潮带来了诸多社会性的问题，其中有很多议题与生物学科有密切的联系，诸如转基因技术、传染病的防控等，这些内容为生物课堂教学提供了丰富的素材与资源[4]。因此，在当前的生物学科教学中，想要培养学生的科学思维，教师可组织学生探讨关联生物知识的社会性议题，来激发学生的思考与判断能力，鼓励学生积极参与到社会事务的探讨之中，这不仅有助于培养学生的社会责任感和担当精神，还能有效促进学生的科学思维能力发展。例如，在教学人教版高一必修2有关“基因”的课程内容时，教师可巧妙融入“转基因生物与食品安全”这一具有社会意义的议题，引导学生围绕“利用转基因技术应对粮食挑战：是转基因食品可作为安全食品被消费，还是其安全性存疑，需审慎食用”这一核心，探讨两种截然不同的立场。教师激励学生依托自身知识储备，深入挖掘并评估相关信息，主动收集资料以支撑个人观点。随后，组织一场思维碰撞的交流会。其间，有学生提出：“转基因食品中，仅极少数种类对特定人群引发过敏反应，且科研人员出于对公众健康的高度负责，只有在经过严格安全评估后，才会允许转基因食品进入市场。”而另一些学生则对此持保留态度，他们认为：“安全性检测可能受限于当前技术水平，存在检测盲区，转基因食品的安全隐患可能具有延迟显现的特性，科学家难以立即给出全面的安全保证。”还有学生指出：“转基因食品在提升食品营养价值、带来生活便利的同时，也可能潜藏风险，如可能产生有毒蛋白，因此在食用转基因食品时应当持谨慎态度。”学生各抒己见，论据多样，通过这一讨论过程，不仅锻炼了学生分析、评估及批判性思考的能力，也促进了其科学思维的培养。（四）组织合作探究学习培养学生科学思维科学思维作为一种高级的认知模式，在强化学生学科素养方面有重要的作用。在高中生物教学中，为促进学生构建深入的学习理解，激发学生的独立思考与问题探索能力，进一步增强教学效果，教师需要不断创新教学方法[5]。而组织合作探究学习活动是一种行之有效的策略，鼓励学生在合作学习中主动识别问题，深入思考、分析并寻求解决方案，可在实践中锻炼学生的问题解决能力，并有力推动学生科学思维的发展。例如，在教学人教版高二选择性必修2第1章第2节“种群数量的变化”的课程内容时，首先，教师通过生动的教学课件，如关于2008年北京奥运会青岛帆船比赛水面被浒苔覆盖的画面，引入种群数量变化的话题，以此吸引学生的眼球，调动学生探究知识的欲望，教师向学生着重强调描述、解释和预测种群数量变化的重要性，为之后的学习提供保障。其次，教师提供两份资料，分别关于细菌快速繁殖和草履虫种群增长的实验，这些资料为学生提供了具体的数据和实验背景，有助于学生深入理解种群数量变化的特征和规律。然后，教师将学生分为两个小组，每个小组针对一份资料开展合作探究活动，小组内的学生需要共同思考、讨论并解决问题。如对于细菌繁殖的资料，学生需要推导出n代细菌数量的计算公式，描绘出细菌种群的增长曲线，并分析其特征。对于草履虫种群增长的资料，学生需要描绘出草履虫种群的增长曲线，并总结其特点。在合作探究过程中，学生需要运用科学思维，对资料进行分析、比较和归纳，从而得出结论。这样的活动不仅能够加深学生对种群数量特征的理解，还能够锻炼他们的问题解决能力和团队协作能力。最后，教师可以组织学生进行小组汇报，分享他们的探究成果和心得体会。通过汇报和交流，学生可以进一步拓宽视野，了解不同小组的思考角度和解决方法，从而促进科学思维的全面发展。（五）优化实验教学设计培养学生科学思维实验是生物教学中的核心板块，可以说，生物知识丰富的结论与知识体系均源自实验室的探索与实践。在高中生物教学中，实验设计不仅是课程的重要组成部分，也是强化学生创新意识，及发展学生科学思维的关键方式，鼓励学生积极参与实验的优化与改进，不仅能深化学生对生命现象及活动规律的理解，还能在实践中锤炼学生的创新精神，塑造严谨的科学态度，切实培养学生创新性的科学思维。因此，生物教师应为学生提供设计和优化实验的机会，使学生能在生物学习中获得更多自主性的发展，并以此落实科学思维的培养目标，让学生对所学有更深刻的理解和记忆。例如，在教学人教版高一必修1第4章第1节“被动运输”的课程内容时，教师可鼓励学生优化设计“植物细胞吸水和失水探究”的实验。该实验通常选用洋葱鳞片叶外表皮作为材料，因其细胞液呈紫色，无须额外染色，在细胞保持活性的条件下即可对质壁分离现象进行直接观察。在此基础上，教师可激发学生的想象力，提出一个设想：如果使用洋葱鳞片叶内表皮细胞进行相同的实验，是否也能观察这一现象？如果可以如何实现？通过这一问题促使学生思考并改进实验设计，即只需将蔗糖溶液着色，遵循相同的实验步骤，同样可以观察到质壁分离现象，不同之处在于，由于需要染色，观察到的现象将是细胞外部有颜色而原生质体内无色。其次，考虑到细胞呈现主动吸收钾离子的特性，教师可进一步启发学生思考，若进行质壁分离实验时，使用硝酸钾溶液（10%浓度），在一段时间后，可否对细胞质壁分离复原的现象予以观察？为什么？怎样对实验后的细胞仍保持活性进行判断？通过以问题为思考的桥梁，鼓励学生大胆尝试，并对实验进行重新