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编者按

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确指出，要重视学生生物学学科核心素养的培养和发展，科学思维是生物学科核心素养的重要组成部分之一。通过生物课程可以使学生的思维方式更加健全，同时能够让学生在课程当中形成良好的生活习惯；通过生物学科能让学生掌握更多的生物学科知识以及技能，使得学生的综合生活素养得到提升。生物学科在知识内容、动手实践、思维体验等多方面都与社会生活、生产有着密切的联系，在课堂教学中，创设有效的教学情境，并设计具有一定启发性和适当复杂度的问题，使学生能够运用科学的思维方法去分析和解决问题，将有助于提升学生的科学思维能力，帮助学生形成科学的思维习惯。

因此，本报特刊载广东省中小学名教师苏科庚工作室的12位教师的文章，供广大教育工作者参考。

【摘要】科学思维是高中生物学课程改革提出的核心素养之一，是学生形成生命观念的重要途径，也是科学探究的重要组成部分，本文就教学中落实科学思维的四个训练维度和四种教学策略展开论述并提出相关建议。

【关键词】高中生物学；科学思维；维度；策略

生物学中的一些重要概念，如原理、规律、定理等都是人类科学思维的产物。形成这些概念一般需要经历分析、比较、归纳、演绎、综合、抽象和概括等科学思维的过程和把握方法。本文拟就高中生物学教学中落实科学思维的四个训练维度和四种教学策略展开论述。

一、“科学思维”的概念与特征

2021年修订版《普通高中生物学课程标准》中对“科学思维”的定义为：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。

根据“科学思维”的定义，其核心价值是“崇尚真知”，前提和条件是“尊重事实和证据”“运用科学的思维方法”则是科学思维的方法与途径，最终目的是“认识事务、解决实际问题的思维习惯和能力”。

二、科学思维的四个训练维度

（一）从抽象到直观

抽象知识直观化表达是体现科学思维的重要形式。对于教材中微观抽象的知识内容，教师可引导学生转化为直观化的表现形式进行理解掌握。

例如，DNA分子复制的过程比较抽象微观，教材中关于“DNA分子复制的过程”的表述也以文字叙述为主，学生缺乏对相关机理过程的认识了解，理解教材的表述比较困难，为了帮助学生更好的学习“DNA分子复制的过程”一节，结合教材的描述，教师引导学生用画示意图的方式呈现：

（二）从论据到结论

引导学生通过结合证据作出合理假设，分析证据并建立证据与假设之间的逻辑关系，最终得出正确合理的结论，这是进行科学思维训练的关键。为此，教师在教学中应提供相关论据素材，引导学生推导结论，或者根据结论推测所需论据。

例如，在学习“生物进化”的内容后，教师提供材料供学生进行分析：为了研究大肠杆菌的抗噬菌体突变是发生在接触噬菌体之前还是之后，科学家设计了相关的实验，实验步骤如图所示：

实验问题1：你认为图中的实验结果支持上述哪个假设？

问题2：如果另一个假设成立的话，实验结果应该是怎样的？

上述两个问题，通过引导学生分析论据与结论之间的关系，有效促进了学生对进化理论的学习理解。

（三）从现象到本质

从现象到本质，就是引导学生能够对事物的现象（如生理变化、具体特征）进行深入分析，进而理解其本质机理，从“知其然”到“知其所以然”，这是从机械式的学习向科学思维的重要转变。

例如，在学习“细胞的有丝分裂”时，教师可结合细胞周期各个时期的特点设疑：（1）分裂间期染色质为什么呈细丝状结构？（2）分裂前期丝状染色质变成棒状染色体有何意义？（3）分裂前期纺锤体的出现有何意义？（4）分裂前期核膜为什么要解体，核仁为什么要消失？（5）分裂中期染色体分布在哪里，这种分布有什么积极的意义？（6）染色体在分裂末期为什么又重新变成染色质？

（四）从零散到系统

科学思维不仅要求学生对某个知识点有深刻理解，更要求学生能够由点到面，形成知识网络，实现从碎片化到结构化的提升。

例如，在进行“内环境”复习时，为了引导学生深化对内环境组成成分的了解，教师提出如下问题：

“下列哪些物质属内环境的组成成分？无机盐、葡萄糖、尿素、胰岛素、淋巴因子、神经递质、血浆蛋白、抗体、血红蛋白、二氧化碳、消化酶、呼吸酶、乙酰胆碱、蔗糖。”

结合上述问题的讨论分析，教师引导学生对内环境的成分进行归纳：

（1）属于内环境的四类物质（如图）：

（2）不属于内环境的四类物质（如图）：

通过归纳，学生就从记住“例子”向分析“类型”过渡，实现了由点到面的知识体系的构建。

三、科学思维的四种教学策略

（一）聚焦概念

概念是学生理解生物学知识原理的基础，也是科学思维的“细胞”，教师在教学中要以学科概念为核心，以主题为引领，促进科学思维的养成。

教学中聚焦概念教学，能够帮助学生掌握建立概念的思维方法，并运用概念分析解决实际问题，进而促进生物学素养的提升。

（二）基于情境

有人做过非常形象的比喻：情境与知识的关系，就像汤和盐的关系——盐需溶入汤中才能被充分吸收，同样地，知识只有溶入情境才能更好地被学生学习理解。因此，教师应在教学中积极创设问题情境，培养学生运用学科思维解决问题的能力。

例如，在学习“ATP”时，教师以萤火虫光为情境素材引导学生进行讨论：为了研究生物的直接供能物质，科学家将数十只萤火虫的发光器取出，干燥后研磨成粉末，取两等份分别装入A、B两支试管，各加入少量水使之混合，置于暗处，可见试管内有淡黄色荧光出现，待荧光消失后做后续实验（如图）。

问题：从实验可以得出什么结论？A、B两试管在不加水的条件下会不会发光？如何验证你的假设？

通过情境创设，学生能够迅速地进入学习的环境场，在情境中分析问题，在问题解决中学习ATP的相关内容，这比单纯讲授显然要高效得多。

教师在教学中可以从几个方面创设问题情境：（1）通过活动设置情境；（2）通过演示实验设置情境；（3）通过生活现象设置情境；（4）利用趣闻轶事设置情境；（5）利用生产实践设置情境；（6）通过科学史设置情境；（7）由旧知识引出新问题设置情境。

（三）问题导向

科学探究常常以问题为研究起点，并通过进一步的问题推进持续深入的研究。同样地，教学应以问题为起点，并用进一步的问题引导学生开展学习。

例如，在学习“T2噬菌体侵染细菌实验”时，教师根据实验进行设问：“T2噬菌体侵染细菌时，如果进入的遗传物质是DNA，怎么通过实验证明？”并将问题进一步分解：（1）如果要追踪T2噬菌体 DNA 的去向，可以采取什么方法？（放射性同位素标记）；（2）如果要对物质进行标记，最好选择哪种元素？（P元素）；（3）如何对T2噬菌体DNA进行标记？（4）怎样才能检测到被标记的DNA进入了T2噬菌体？（搅拌、离心）；（5）离心后实验应该出现什么现象或结果？（沉淀物出现放射性）。

通过层层递进的问题探讨，学生对“T2噬菌体侵染细菌实验”形成了基本的设计思路，再去分析教材中的实验过程，理解的难度就大大下降了。

（四）深度思维

比格斯和柯利斯等人基于皮亚杰的认知发展理论，建构了一种“可见的学习结果结构”（简称SOLO）。把学生的知识水平和思维程度划分为五个水平。

第一水平意味着思维未发生，第二、三水平是浅层思维，第四、五水平是深度思维。为此，教师应启发学生学会运用多个关联知识对问题进行分析，在解决问题的同时提升思维水平。

例如，在进行“光合呼吸”的复习时，教师提供习题供学生分析：研究人员对人参和西洋参叶片光合作用进行了一系列实验，部分结果如图所示：

问题：人参的净光合速率最大值出现在20℃左右，而光饱和点曲线最大值出现在25℃左右，出现这种差异的原因是什么？

教师可结合学生的作答情况，对其思维层次进行对照分析，引导学生掌握分析问题的高阶思维方式。

科学思维是生物学科的核心素养之一，是生物学作为自然科学的重要特征，深入理解科学思维并在教学中开展针对性的训练，对学生掌握生物学知识、培养理性思维、形成科学的世界观具有奠基性作用。如何在教学中有效落实科学思维的培养，还需要一线生物教育同行进行更深入的探索实践。

【本文系广州市教育研究院2021年教育科研规划课题“新课程背景下高中生物学思维课堂体系建构与实践研究”（立项号：21AJCJY21111）成果】

参考文献：

[1]中华人民共和国教育.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，2020：2.

[2]胡卫平，林崇德.青少年的科学思维能力研究[J].北京：教育研究，2003（12）：19-20.