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摘要 结合具体的教学过程，通过采用试错课本活动、重历科学史实验、解剖教材插图、多变经典模型、建构思维导图五种教学策略，阐述了对高中生物核心素养中科学思维的培养。
关键词 科学思维 教学策略 核心素养
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
1问题的提出
2014年4月，教育部颁布的《关于全面深化课程改革，落实立德树人根本任务的意见》，明确提出发展学生核心素养是育人的重要目标。其中，科学思维是生物核心素养的一个重要部分。怎样提高学生的核心素养，在课堂教学中培养学生基于生物学事实和证据进行归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维的思维品质，是教师迫切需要思考和探索的问题。笔者通过思考和教学实践，提出以下几种培养科学思维的教学策略。
2培养科学思维的课堂教学策略
2.1试错课本活动，训练思维的批判性
发展批判性思维是培养科学思维的一个重要的途径。在高中生物教材中有许多以实验为载体的活动。教师在开展这些实验活动时，可以引导学生批判性地看待实验活动，即引导学生在动手操作的同时，思考这样操作的原因，以及这些实验操作的生物学内涵。
例如在“模拟孟德尔杂交实验”中，教师在两个塑料桶中放入黄色和绿色的弹珠，分别代表“Y”和“y”基因，让学生模拟一对相对性状的杂交实验。活动开始时，先由教师提供实验方案一和实验方案二（表1），并将课堂交给学习的主导者——学生。学生首先通过尝试错误的活动操作，比较错误操作的实验结果与书本活动的实验结果，反思产生结果相差甚远的原因。接着，学生通过对照、比较分析发现，产生偏差的原因是塑料桶中两种颜色弹珠的数量不等和两种颜色的弹珠质感不同。数量不等和弹珠质感不同都会非随机抽取两种弹珠而导致概率不等，而这和孟德尔的分离定律中所阐述的等位基因分离产生数量相等的两种配子的结论不统一。然后，学生根据分离定律的内涵提出修正方案，进行自我矫正，改进实验方案，实施自我审查式的实验方案，即实验方案三和方案四（表1），再次模拟一对相对性状的杂交实验。实验结束，学生总结交流模拟孟德尔杂交实验的注意事项，理解活动的本质内涵。
这样，学生通过试错教材活动，分析错误原因，进行批判性理解，不仅能深刻认识活动的内涵，完善自身的认知结构，同时通过理性分析、评估方案、解释原因、自我审查、自我矫正，推动思维的深层发展。
2.2重历科学史实验，培养思维的严谨性
生物科学史是生物课堂教学资源的重要部分，所呈现的不仅仅是科学家探究生物科学的操作过程，更能展现科学家的思考过程。它不但能激发学生的学习兴趣，帮助学生理解生物学知识，而且在启迪学生的思考，培养学生科学思维方面有极其重要的作用。例如在植物生长素发现史的研究过程中，教师可以采用“问题产生一引发实验一得出结论一猜想并引发新问题”的教学回路图的形式开展教学，其教学主线示意图见图1。
这样的蛇形的思维过程不仅把生长素发现史中的达尔文父子实验、波森·詹森实验和温特实验等有机串联在一起，而且让学生深刻体会科学家在科学发现过程中的科学思维和科学方法，培养了思维的严谨性。
2.3解剖教材插图，培养思维的灵活性
教材插图是生物学教材的重要组成部分，包含了生物学概念、生理过程及重要的科学史实验等。充分重视教材插图并善加利用，也是教师培养学生的科学思维的一个重要手段。例如在必修1“物质出入细胞的方式”一节中，在完成教材活动“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”后，教师把书本中“渗透作用使红细胞破裂，使植物细胞发生质壁分离”的图片展示给学生，抛出问题情境：若将红细胞和植物细胞分别放在一系列浓度梯度外界溶液中，用曲线图预测两种细胞的数量和体积与外界溶液浓度的关系。教师引导学生建构模型（图2），要求学生分析和解释两种模型的产生差异的原因。学生经过深层思考后，比较得出：动、植物细胞壁结构的有无是产生两种细胞模型变化的本质原因。
这样的建模活动不仅把教材插图中隐藏的隐性内涵显性呈现，突破了对教材插图浅层的识图学习，而且把教学重点转移到了培养学生科学思维上。学生在已有的课本教材活动的认知基础上，深度地进行变式思维，寻同求异，大大提升了思维的灵活性。
2.4多变经典模型.训练思维的发散性
生物学教学重视知识的迁移、方法的运用和发散性思维的培养。教师在教学中可利用书本已经构建好的经典模型，提出设置一系列问题，引导学生应用模型，并改变模型，实现对模型的用和变的灵活转换。例如在减数分裂复习课中，教师利用经典的减数分裂模型（图3），设置递进式的三个转换模型的问题：
①画出一对常染色体和一对XY性染色体的减数分裂过程。②分析一个基因型为AaXBY的精原细胞，减数分裂后产生其中一个精子的基因型为AY，思考另外3个精子的基因型类型。③思考某生物（AaBb）减数分裂过程中的一个细胞（图4），推导出这个细胞的产生原因及产生配子种类。
学生利用减数分裂的经典模型逐步理解在减数分裂过程中一对异型同源染色体的行为变化，明确染色体行为变化过程中其上的基因变化，最后通过还原问题源图4中的异常细胞在减数分裂第一次分裂前期的正常模型和其可能的变异模型1、2、3，深刻理解减数分裂发生变异对生物变异的影响。
这样，教师设置一系列递进式问题，通过对经典模型的多样变式、课堂讨论交流，找到解决问题的相应方法和策略，既能用模型，又能变模型，从而在新情境中举一反三，实现思维的变通和发散，实现知识的迁移和运用。
2.5建构思维导图，培养思维的整合性
思维导图是以一个核心概念为中心，向四周发数，每一个分支呈现与主干知识相关的知识点，最后，构成一个树状的知识网络。思维导图能使知识结构直观形象，同时也能显性呈现思维过程。例如，在关于“细胞的概述”一课的复习过程中，教师以多种多样的细胞为切入点，发散性地让学生分类罗列出教材中相关的细胞及其相关的知识点，构建细胞种类的思维导图。学生通过思考整合，先将细胞分为原核细胞和真核细胞，再将真核细胞主要分为动物细胞和植物细胞，然后再发散性地列举出各种类型的原核细胞、植物细胞和动物细胞。在整个过程中，教师充当学生思维进程的记录员，在黑板上呈现细胞种类及相关作用的思维导图（图5）。
在这种以思维导图开展复习教学的过程中，核心概念细胞是“面”，统领了高中生物五本教材的知识框架，然后以这个核心概念辐射出相关的“线”，即原核細胞和真核细胞，最后发散出“点”，即高中生物五本教材中所涉及的各种各样细胞及其特点。这种以“面、线、点”思维导图学习方法，不仅可以梳理核心概念的知识脉络，而且使学生在形成完整的知识框架的同时，大大提升了思维的整合性。
3培养科学思维的课堂教学策略的应用思考
在以核心素养为目标的教学改革中，怎样把包含科学思维等四大成分的生物核心素养有效地融入教学课堂中，是每位教师的重要命题。实践证明，通过上述五种教学策略，能有效地让学生生成深度学习，形成一定的思考力，使思维既清晰又敏捷，既严谨又发散。
关键词 科学思维 教学策略 核心素养
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
1问题的提出
2014年4月，教育部颁布的《关于全面深化课程改革，落实立德树人根本任务的意见》，明确提出发展学生核心素养是育人的重要目标。其中，科学思维是生物核心素养的一个重要部分。怎样提高学生的核心素养，在课堂教学中培养学生基于生物学事实和证据进行归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维的思维品质，是教师迫切需要思考和探索的问题。笔者通过思考和教学实践，提出以下几种培养科学思维的教学策略。
2培养科学思维的课堂教学策略
2.1试错课本活动，训练思维的批判性
发展批判性思维是培养科学思维的一个重要的途径。在高中生物教材中有许多以实验为载体的活动。教师在开展这些实验活动时，可以引导学生批判性地看待实验活动，即引导学生在动手操作的同时，思考这样操作的原因，以及这些实验操作的生物学内涵。
例如在“模拟孟德尔杂交实验”中，教师在两个塑料桶中放入黄色和绿色的弹珠，分别代表“Y”和“y”基因，让学生模拟一对相对性状的杂交实验。活动开始时，先由教师提供实验方案一和实验方案二（表1），并将课堂交给学习的主导者——学生。学生首先通过尝试错误的活动操作，比较错误操作的实验结果与书本活动的实验结果，反思产生结果相差甚远的原因。接着，学生通过对照、比较分析发现，产生偏差的原因是塑料桶中两种颜色弹珠的数量不等和两种颜色的弹珠质感不同。数量不等和弹珠质感不同都会非随机抽取两种弹珠而导致概率不等，而这和孟德尔的分离定律中所阐述的等位基因分离产生数量相等的两种配子的结论不统一。然后，学生根据分离定律的内涵提出修正方案，进行自我矫正，改进实验方案，实施自我审查式的实验方案，即实验方案三和方案四（表1），再次模拟一对相对性状的杂交实验。实验结束，学生总结交流模拟孟德尔杂交实验的注意事项，理解活动的本质内涵。
这样，学生通过试错教材活动，分析错误原因，进行批判性理解，不仅能深刻认识活动的内涵，完善自身的认知结构，同时通过理性分析、评估方案、解释原因、自我审查、自我矫正，推动思维的深层发展。
2.2重历科学史实验，培养思维的严谨性
生物科学史是生物课堂教学资源的重要部分，所呈现的不仅仅是科学家探究生物科学的操作过程，更能展现科学家的思考过程。它不但能激发学生的学习兴趣，帮助学生理解生物学知识，而且在启迪学生的思考，培养学生科学思维方面有极其重要的作用。例如在植物生长素发现史的研究过程中，教师可以采用“问题产生一引发实验一得出结论一猜想并引发新问题”的教学回路图的形式开展教学，其教学主线示意图见图1。
这样的蛇形的思维过程不仅把生长素发现史中的达尔文父子实验、波森·詹森实验和温特实验等有机串联在一起，而且让学生深刻体会科学家在科学发现过程中的科学思维和科学方法，培养了思维的严谨性。
2.3解剖教材插图，培养思维的灵活性
教材插图是生物学教材的重要组成部分，包含了生物学概念、生理过程及重要的科学史实验等。充分重视教材插图并善加利用，也是教师培养学生的科学思维的一个重要手段。例如在必修1“物质出入细胞的方式”一节中，在完成教材活动“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”后，教师把书本中“渗透作用使红细胞破裂，使植物细胞发生质壁分离”的图片展示给学生，抛出问题情境：若将红细胞和植物细胞分别放在一系列浓度梯度外界溶液中，用曲线图预测两种细胞的数量和体积与外界溶液浓度的关系。教师引导学生建构模型（图2），要求学生分析和解释两种模型的产生差异的原因。学生经过深层思考后，比较得出：动、植物细胞壁结构的有无是产生两种细胞模型变化的本质原因。
这样的建模活动不仅把教材插图中隐藏的隐性内涵显性呈现，突破了对教材插图浅层的识图学习，而且把教学重点转移到了培养学生科学思维上。学生在已有的课本教材活动的认知基础上，深度地进行变式思维，寻同求异，大大提升了思维的灵活性。
2.4多变经典模型.训练思维的发散性
生物学教学重视知识的迁移、方法的运用和发散性思维的培养。教师在教学中可利用书本已经构建好的经典模型，提出设置一系列问题，引导学生应用模型，并改变模型，实现对模型的用和变的灵活转换。例如在减数分裂复习课中，教师利用经典的减数分裂模型（图3），设置递进式的三个转换模型的问题：
①画出一对常染色体和一对XY性染色体的减数分裂过程。②分析一个基因型为AaXBY的精原细胞，减数分裂后产生其中一个精子的基因型为AY，思考另外3个精子的基因型类型。③思考某生物（AaBb）减数分裂过程中的一个细胞（图4），推导出这个细胞的产生原因及产生配子种类。
学生利用减数分裂的经典模型逐步理解在减数分裂过程中一对异型同源染色体的行为变化，明确染色体行为变化过程中其上的基因变化，最后通过还原问题源图4中的异常细胞在减数分裂第一次分裂前期的正常模型和其可能的变异模型1、2、3，深刻理解减数分裂发生变异对生物变异的影响。
这样，教师设置一系列递进式问题，通过对经典模型的多样变式、课堂讨论交流，找到解决问题的相应方法和策略，既能用模型，又能变模型，从而在新情境中举一反三，实现思维的变通和发散，实现知识的迁移和运用。
2.5建构思维导图，培养思维的整合性
思维导图是以一个核心概念为中心，向四周发数，每一个分支呈现与主干知识相关的知识点，最后，构成一个树状的知识网络。思维导图能使知识结构直观形象，同时也能显性呈现思维过程。例如，在关于“细胞的概述”一课的复习过程中，教师以多种多样的细胞为切入点，发散性地让学生分类罗列出教材中相关的细胞及其相关的知识点，构建细胞种类的思维导图。学生通过思考整合，先将细胞分为原核细胞和真核细胞，再将真核细胞主要分为动物细胞和植物细胞，然后再发散性地列举出各种类型的原核细胞、植物细胞和动物细胞。在整个过程中，教师充当学生思维进程的记录员，在黑板上呈现细胞种类及相关作用的思维导图（图5）。
在这种以思维导图开展复习教学的过程中，核心概念细胞是“面”，统领了高中生物五本教材的知识框架，然后以这个核心概念辐射出相关的“线”，即原核細胞和真核细胞，最后发散出“点”，即高中生物五本教材中所涉及的各种各样细胞及其特点。这种以“面、线、点”思维导图学习方法，不仅可以梳理核心概念的知识脉络，而且使学生在形成完整的知识框架的同时，大大提升了思维的整合性。
3培养科学思维的课堂教学策略的应用思考
在以核心素养为目标的教学改革中，怎样把包含科学思维等四大成分的生物核心素养有效地融入教学课堂中，是每位教师的重要命题。实践证明，通过上述五种教学策略，能有效地让学生生成深度学习，形成一定的思考力，使思维既清晰又敏捷，既严谨又发散。