文章刊登于《时代教育》杂志2024年7月中旬刊（第14期）
课题：本文系福建省教育科学“十四五”规划2023年度课题“五育融合理念下高中生物学劳动教育教学实践研究”（FJJKZX23-853）研究成果及莆田市教育科学“十四五”规划2021年度立项课题“核心素养视域下高中生物课堂深度学习的教学实践研究”（PTKYKT21136）研究成果
在当前知识更新迅速的时代背景下，如何在高中生物学教学中有效发展学生的科学思维，成为教育工作者十分关注的话题。本文提出了发展学生科学思维的教学实践策略，如要有理有据促严谨、明晰概念懂意义、量化建模成体系、运用方法有逻辑等，旨在为学生未来的学习和生活打下坚实基础。
一、对科学思维的认识和理解
高中生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》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。学生应该在学习过程中逐步发展科学思维，如能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。
笔者认为，科学思维作为生物学学科核心素养之一，不仅是学生学习生物学的基础和必备能力，同时也是学生认识自然、探索未知的重要工具。在高中生物学教学中培养学生的科学思维，不仅能够帮助学生更深入地理解生物学的本质和规律，还能提升他们解决实际问题的能力。因此，教师要积极改革生物学教学模式，注重对学生科学思维的培养[1]。
二、发展科学思维的教学实践策略
（一）有理有据促严谨
1.现象
部分学生在回答问题时经常会用“我感觉、我猜测”的方式进行表述，不能准确描述出他的观点依据是什么，得出结论的理由也说不清楚。
2.分析
当学生难以给出其观点的依据，主要源于他们对问题的理解仅停留在感性认识的层面。这部分学生倾向于凭借直觉和已有的生活经验来作出判断，而未能对问题进行深入的理性思考，缺乏尊重事实和证据的意识。
3.教学策略
笔者认为，培养学生的科学思维在于对事实和证据的尊重。因此，引导学生形成尊重事实和证据、求真务实的学习习惯，对培养他们的科学思维至关重要。在实际教学中，教师应强调，学生回答问题时都应确保每一个结论都基于可靠的事实和原理。
通过这种方式，不仅有助于培养学生对事实和证据的尊重，还能锻炼他们的表达能力和逻辑思维能力。教师可以通过多样化的教学情境和试题解析，用设问和追问引导学生深入思考“为什么”，并鼓励他们从事实和原理的角度出发进行分析，学生将逐渐形成科学思维，进而提高他们的核心素养[2]。
4.教学案例
在探讨“基因的本质”一章中关于肺炎双球菌体内转化实验时，特别是在涉及注射R型菌与加热杀死S型菌的实验组时，教师可以提出一个引发学生深思的问题：“我们是否能假设加热杀死的S型菌有可能复活？”当学生给出否定答案时，教师要鼓励他们深入分析背后的原因。因为如果只是简单地回答“不可能”，并不能满足学生对科学探索的要求。这时，教师可以进一步追问：“你们为何认为不可能？理由是什么？”学生可能会给出各种回答。为了引导学生深入思考，教师可以提示他们考虑生命活动的主要承担者是什么，以及从生物体的组成和物质结构的角度来探讨。教师可以进一步提问：“蛋白质在高温下变性后能否复原？”这样，学生便会明白生命活动的主要承担者是蛋白质，而蛋白质在高温下会发生不可逆的变性，因此加热杀死的S型菌不可能复活。
通过一系列基于事实和证据的逻辑分析，学生将深刻领悟到生物学结论的严谨性和实证性，认识到这些结论并非凭空臆想或机械记忆的结果。这一学习过程不仅有效地促进了学生科学思维的形成和发展，更使他们对生物学的严谨性有了更加深入的理解。
（二）明晰概念懂意义
1.现象
部分学生在学习生物学时倾向于采用记忆导向的方法，他们认为只要记住相关概念就能应对学习任务。在学习过程中，他们更多地依赖于记忆而非深入理解，对于概念背后的原理和逻辑往往不求甚解。
2.分析
部分学生对概念的理解存在误区，他们未能意识到概念实际上是思维的工具和形式，而是错误地将概念视为人为规定的硬性知识点。这种理解忽略了概念背后的逻辑和原理，使学生无法真正理解和运用这些概念。
3.教学策略
在科学探究的进程中，概念描述扮演着不可或缺的角色。然而，部分教师和学生错误地将概念视为单纯需要记忆的知识点。实际上，概念是人类思维的独特表现，它既是人类思维的产物，体现了我们对客观事物普遍特征和本质属性的理解；又是我们思维的工具，构成了我们进行逻辑判断和推理的基础。因此，教授概念本质上也是在进行思维训练和教学，而不仅仅是知识的灌输。
在掌握一个概念时，我们需要深入理解其内涵，即它所包含的核心意义，同时也要明确其外延，即概念所适用的范围。例证在概念学习中起着至关重要的作用，包括支持概念的正例、与概念相悖的反例以及特殊情况下的特例。更重要的是，我们要追溯概念的起源，理解它为何被提出。每一个概念的产生，都是为了解答或解释某个特定的问题，都有其独特的存在意义。这样的学习方法不仅能让学生更全面、更深入地理解概念，还能培养学生的批判性思维和问题解决能力。
4.教学案例
在“细胞的能量供应和利用”一章的光合作用概念学习中，部分教师倾向于将概念拆解成孤立的元素，如场所、原料、能量和产物等进行解析，这种做法往往会使概念变得僵化，仅仅被视作一系列的知识点。为了让学生真正理解和把握光合作用的概念，我们不仅要关注其内涵，即光合作用的核心过程和原理，还需要理解其外延，如蓝细菌虽无叶绿体，却也能进行光合作用这一特殊情况。光合作用的深层意义在于植物如何巧妙地利用光能，将无机物转化为有机物，并在这个过程中储存能量。这样的化学过程不仅是生物学中的一个重要现象，更是连接着植物与生态系统、能量与物质循环的纽带。因此，在学习光合作用时，教师要引导学生深入理解背后的生物学原理。
在科学概念的教学过程中，关键在于培养学生掌握构建科学概念所需的思维方法。教师应鼓励学生通过实践和经验积累，获得深刻的认知，然后引导他们将这些认知作为思维加工的原料，逐步构建并形成清晰、准确的科学概念。这样，学生才能在真正意义上理解并掌握科学概念，同时也能有效避免“我以为我会了”这种错觉的出现。通过这样的教学方式，不仅能培养学生的科学思维，还能培养他们独立思考和解决问题的能力。
（三）量化建模成体系
1.现象
部分学生对生物学学科的思考较少，只是简单地观察实验结果，而对于如何进一步思考和分析感到迷茫，找不到合适的切入点或方法，这反映了部分学生在生物学学习中缺乏系统的思考训练和有效的策略指导。
2.分析
生物学的思考方式并不完全依赖于强烈的逻辑推理，而是更多地侧重于系统性和整体性的思考。特别是在进行实验和观察时，生物学要求我们从整体的角度去理解和把握研究对象。然而，部分学生常常误将这种深入、系统的思考过程简单地归结为记忆，未能充分领略其深层的科学内涵。
3.教学策略
为了帮助学生更好地理解和分析生物学知识，教师需要引导他们从系统的视角去审视研究对象，运用量化的思维去思考问题。在面对任何研究对象和问题时，学生都应当从系统性和整体量化的角度出发，进行深入思考和探索。
生物学侧重于培养学生的系统思维和建模能力。在生物学中，许多现象和结果并非由单一因素决定的，而是多因素之间的相互关联与影响。因此，教师需要引导学生从系统的视角出发，去深入剖析这些关联，尝试构建相应的模型。这样的思考方式能够帮助学生找到明确的思考方向，先建立对研究对象全面而系统的认识，然后逐一进行深入分析和思考。
在生物学的教学实践中，教师应注重培养学生的系统思维，让他们学会从整体上把握研究对象，并从多角度去分析和解决问题。
4.教学案例
以“细胞器”为例，线粒体是“有氧呼吸的主要场所”，是因为有氧呼吸的两个阶段主要在线粒体中发生，并且大部分能量也在此释放。叶绿体则是光合作用的场所，由于绿色植物的光合作用全过程均在叶绿体中完成，因此并未使用“主要”这一词语。这个例子体现了科学思维的严谨性，通过这样的引导，学生可以更加深入地理解科学概念，培养科学思维。
在深入学习的进程中，量化分析是必要的一步，同样重要的还有建模思维。生物学中的模型主要包括物理模型、数学模型和概念模型，它们为学生提供了不同的视角来解析生物学知识。在日常教学中，教师可以鼓励学生运用这些模型来描述和解释生物学现象或原理。以“DNA的分子结构”为例，为了帮助学生更好地理解和掌握知识，教师可以结合HPS教学模式建立一个物理模型，不断展示相关信息，让学生一步步完善DNA模型。通过一系列的建模活动，学生不仅能够深入理解DNA分子的结构，还能体验到科学探索的过程，有助于学生将抽象的生物学知识转化为直观、可操作的模型，从而加深对知识的理解和掌握[3]。
（四）运用方法有逻辑
1.现象
部分学生认为生物学缺乏像数学和物理那样明确的定律，逻辑性相对较弱。实际上，生物学同样遵循严谨的逻辑和推理过程，尽管研究对象和现象可能更为复杂和多样化。
2.分析
部分学生对于科学思维的关键方法，如分类和归纳等，缺乏系统的掌握，且未能将这些方法纳入科学研究的范畴中加以运用，使他们在理解和应用科学原理时可能存在一定的局限性。
3.教学策略
为了培养学生的多样化思维方法，教师需要构建一个富有启发性的学习环境，让学生身临其境地参与其中，通过亲身体验来深刻理解和灵活应用科学思维。
4.教学案例
例如，在教学血糖调节、体温调节以及水盐平衡调节等知识点时，引导学生发现背后的共同逻辑线索，先明确它们的来源和去向，再进一步分析调节机制。为了帮助学生更好地掌握这些知识点，教师可以引导学生归纳这些调节机制的共同点，让学生找到其中的规律。
在高中生物学教学中，教师要鼓励学生主动探索生物学知识，学会观察、分析、推理和解决问题，帮助学生深入理解生物学原理，培养他们的批判性思维、创新能力和解决问题能力。通过不断实践与思考，学生将逐渐形成一定的科学思维，提升生物学学科核心素养。（作者系莆田市教师进修学院教研员）
注：[1]吴成军.试论科学思维及其在生物学学科中的独特性[J].生物学教学,2018,43(11):7-9.
[2]鄢泽阳.基于科学思维培养的高中生物学课堂问题设计策略[J].亚太教育,2023(06):134-137.
[3]黄必新.高中生物学建模教学中学生科学思维的培养[J].西部素质教育,2023,9(05):113-116.
