指向科学思维培养的高中生物深度学习教学实践

王上锐 凌莹颖

（柳州高级中学 广西柳州 545006）

1 概述

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修改）》（以下简称《课程标准》）明确提出应聚焦培养生物学学科核心素养。科学思维是核心素养的重要组成部分，具备开放性、批判性、创造性和逻辑性等特点，是一种综合理解整合、知识迁移、总结运用的创新能力。科学思维的本质是人对自然界客观事物的认知行为、认知方式和认知品质的反映。因此，具备科学思维的学生应具有如下能力特征：基于存在的问题，能从不同角度加以分析阐述；基于事实依据，能用求真态度进行辩证式思考；基于开拓创新的思想，能对理论知识加以深化及创造性运用；基于事物发展的规律，能对知识进行有条理地串联。虽然培养科学思维的途径和场所有很多，但最重要的阵地仍是生物学课堂。尤其教师在课堂中运用深度学习理念进行教学，对学生科学思维的培养有事半功倍的成效。

2 深度学习的概念

在我国，深度学习的概念和特征由黎加厚教授首次提出，他强调深度学习需要学习者批判地学习新思想和事实，结合原有的认知结构并建立联系，从而将已有的知识迁移到新的情境中。由此可见，深度学习是一种带有辩证的学习态度，要求学生能对知识的内涵与外延进行有深度、有广度、有难度的思索，并将这些收获进行迁移和应用，最后还要能对知识进行体系性整合及完善。因此，深度学习本质上就是一种问题解决学习，其发生起始于问题，能够极大地拓宽学生思路，打破思维桎梏；其深入借助于独立思考及敢于质疑，把学生从思维僵化中解放出来，使学生能对客观事物进行辩证讨论，而不是陷入“一题只一解”的思维惰性；其高潮在于解决生产生活实际困难，即学生能将已经获得的知识迁移到新的情境中，真正解决生产生活实际困难，体现思维的创新性；其优化体现在结构化，即学生能融会贯通新旧知识体系，并建立图形结构，将知识和思维逻辑化、结构化。综合分析，从深度学习发生的开端、过程和结尾来看，每个阶段无一不渗透培育科学思维。深度学习确是培养科学思维的重要手段。但是深度学习的开展也需要科学思维作为基石，两者相辅相成，相得益彰。因此，通过深度学习培养科学思维的教学策略是能帮助教师达成教学目标的螺旋式阶梯。

3 教学实践

3.1 巧设问题，开拓思维

针对同一问题，能够从不同角度分析从而得到不同答案是开放思维的重要表现。促进科学思维发展的关键是问题的设计。深度学习教学模式下的问题提出有两种方式：①让学生在探究和发现的过程中理解生命活动发生的规律和机理；②侧重于让学生主动去体验或者创造出某项成果。前者强调让学生能用语言或文字进行阐明或表述，而后者强调让学生创造出一些能够体现事物发展的成果。例如，在“细胞器”一节中，若以“能否为细胞器做自我介绍”切入，需要学生从课本内容中精炼出各种细胞器的功能，若从“如何为细胞器做简历”来导入，答案应通过学生制作出的成果来呈现。又如，在“生命活动的主要承担者——蛋白质”这一课中，如果从“蛋白质在人体内经过了怎样的奇妙旅行”这一问题来引导学生开展学习，强调的是让学生进行陈述；如果从“如何绘制蛋白质‘生命之旅’的地图”这一问题出发，则关注学生创造的学习成果。不管教师以哪一个问题作为这节课的切入点，学生都必须经过一系列的思考：人体吃进肚子里的蛋白质都去哪了？这些被分解后的物质又是怎么重新构成体内的结构？这些结构在人体内起到了什么作用？为什么同样都是由蛋白质构成，却能够执行不同的功能？……所以，一个大问题实际暗含了多个小问题。

不难发现，高中生物教材中的知识点其实就是由一个又一个的问题串串联形成的统一整体。教师如果能改进和整合这些问题，用一个更加具有开放性和创造性的问题来引领这些问题，学习的发生会来得更简单而有效。一个好问题应当遵循以下原则：①问题应具有启发性和调动性。提出的问题一定是学生感兴趣的问题，能够让学生渴望参与到课堂中来，并且能激发他们分享与表达的欲望。这就要求教师了解学生当下关注和好奇的事情，并以此作为切入点。②问题应具有灵活性和变通性。问题的答案一定不是单一的，并且会因为学生思考程度的不同体现出差异。这些差异会让学生的思想迸发出火花。③问题应具有统领性和概括性。统领性问题的解决依赖于具体化问题的攻破，具体化问题联系在一起又构成了本节课的主线。

总而言之，巧妙的问题能在明确教学目标的基础上打开学生的思路，是学生进行深度学习的敲门砖，而解决问题又依赖于科学思维能力的提高，进而反向推动深度学习的进行。

3.2 明辨史学，批判思考

批判性思维是科学思维中非常重要的思维方式之一，也是衡量是否具备科学思维的重要指标。这是一种反省式的辩证思维，需要学生根据客观标准，从实际出发，公正地评价一切，明辨是非。深度学习同样强调、在理解的基础上批判地学习新的思想和事实。因此批判思维的养成是深度学习的重要表现之一。生物科学史是科学家研究某一具体生物学知识的探索历程，生物学是一门发展的学科，许多理论会随着科学和技术的革新而被修正或推翻。这些科学史料便成为培养批判性思维的好素材。如何巧妙地利用科学史中的矛盾与冲突，激发学生对已有事实的批判与质疑，是教师需要思考的问题。

以“促胰液素的发现”一节课为例，教师需要适当地提供相应的背景资料作为铺垫，如促胰液素的发现实际上源于19世纪贝尔纳的实验：酸性食糜进入小肠会引起胰腺分泌胰液，胰液通过导管注入小肠，其中的酶用来消化食物。根据这一现象，教师引导学生提出问题：小肠如何将胃酸到来的消息传给胰腺？由于学生刚刚学完神经调节，很自然地会认为这一现象是神经调节的结果。此时，教师顺势展示消化生理学奠基人巴甫洛夫的观点“胰腺分泌胰液是神经调节的结果”，得到学生赞同后，继续提问：如果要证明这一结论，应该如何设计实验？随后，教师展示沃泰默的实验结果，学生分析最终的实验结果，得出结论：胰腺分泌胰液可以不通过神经系统来调节。虽然最终的结论与假设相悖，但教师展示实验的结果足以说明问题。经过一番激烈的思想斗争后，学生会对自己所得出的观点产生极高的认同感，但沃泰默得出的结论：这是一个十分顽固的神经反射，因为小肠上的神经难以剔除干净。这与学生得到的答案大相径庭，这种批判和质疑引领着学生进一步思考问题：如果要证明确实是由小肠黏膜分泌的某种物质刺激了胰腺分泌胰液，应该如何设计实验？由于此时学生处于思维的高潮阶段，他们会迫不及待地完成实验设计。随后，教师引出斯他林、贝利斯的实验，最终得出与假设相符的结论。在这堂科学史教学中，学生沿着科学家的探索历程，体会了科学家思考的方式，领会了科学家设计实验背后的意图。

一堂完整的科学史教学应当包括问题引导、史料呈现、冲突质疑、思考探究、批判升华等几个环节。史料呈现的目的并不在于让学生将科学家的名字熟记，也不在于粗浅地阅览一遍科学家的事迹，而是要让他们感受科学家在提出和证明真理时所经历的曲折，领会科学家探索背后的意图和思想。其中，冲突质疑、思考探究是整个流程中最重要的环节，能决定思考到达的深度、矛盾不够激烈，不足以深化思想。制造冲突或质疑需要教师对史料素材有丰富的积累，编织出一则精彩绝伦的故事，让学生不是作为旁观者，游览在这段探索历程，而是作为参与者，完全投入到课堂中。

3.3 自主实验，迁移创新

创新性是科学思维的特点之一。思维的创新性需要学生在解决问题的过程中打破思维的固有模式，提出独特有见地的解决方法。能够触类旁通和应用创新，是检验学生对知识掌握情况的重要指标，也是深度学习的关键环节。生物学是一门理论与实验相结合的学科，实验源于理论而又有别于理论，理论是实验的高度总结，实验是对理论知识的深化理解。通过自主实验，实现知识的迁移与应用的创新，是科学思维培养的重要手段。

自主实验需要学生打破定势思维，不囿于教材，主动探索未知，其具体可以体现在实验材料自主化、实验过程自主化以及实验结果分析自主化等方面。例如，关于绿叶中色素的提取和分离的实验，教材中建议使用的材料是菠菜叶片，但富含色素的叶片其实还有很多，教师可以让学生带来自己认为的最合适的植物叶片作为实验材料。学生对自己带来的材料格外关注，往往会更积极地投入学习。实验过程的展开可以源于课本而又高于课本，学生在阅读完教材后，肯定会产生各种问题。例如，各种试剂有什么作用？为何层析液不能没过滤液细线？滤纸条带为何要剪去两角？……针对这些问题，学生可以有侧重地进行探究，教师在实验过程中需要适时引导学生：探究实验需要遵循什么原则？如何设计实验？预期应得到什么结果？由于实验材料和过程自主化，实验结果的分析同样也需要自主化。在结果分析中，学生需要先对自己探究问题进行分析；由于不同学生所用材料不一样，之后又可以进行不同材料的结果分析。教师要适时抓住学生活跃的思维，进一步实现知识的迁移与深化：能否依据色素的不同颜色，判断吸收了什么光？这在农业生产上有什么实践指导意义？这样可以从思维的广度和深度上对本节课进行升华。一次自主实验不仅实现了多个知识点的攻破，而且使学生在自主探究中再次体会了科学探究的一般流程，达到一举多得的效果。

3.4 构建模型，梳理逻辑

《课程标准》中明确指出：学生应该在学习过程中逐步发展科学思维，能够运用模型与建模等方法探讨、阐释生命现象及规律。由此可见，模型构建是培养科学思维的重要手段。高中生物学教材中的模型构建包括物理、数学和概念模型三种类型。其中，概念模型能有效地帮助学生进行逻辑串联和思维训练。高中生物学中的概念模型是用文字、图像、连线等形式描述生命活动的规律和机理，其呈现出来的形式可以是思维导图、流程图等。绘制思维导图的切入点是确定关键词，以思维的发散作为辐射。这种模式非常适用于高度整合的二轮复习阶段。例如，以哺乳动物的成熟红细胞作为关键词，高中教材中提及这一概念的次数很多，学生进行发散思考后应该可以联想到来源、结构、功能等二级标题，而结构进一步又延伸出应用（如细胞膜的提取、磷脂在空气-水界面排布、血红蛋白的提取等等）这一个三级标题。这样，教师利用一个关键词，网罗了从必修到选修的内容。这种独特的归纳方式让学生在回顾知识的同时。又有了新的体验。最终呈现出的思维导图完全取决于学生思考的深度。这样不仅帮助学生进行了知识的回顾和思维的梳理，也让教师对学生的思考深度有了进一步的了解。又如，在复习“通过神经系统的调节”这一章内容时，教师也可以利用思维导图，将课本复杂的内容进行有逻辑的简化（图1）。

图1 神经调节思维导图

教师通过一幅清晰明了的知识结构图，将学生所学知识串联在一起，使学生在形成框架的同时又将细微的知识点逐一填充。绘制思维导图的过程不仅是在建立概念知识的联系，更是将学生思考过程可视化，可以帮助学生进一步达成思维的逻辑性和条理性。

4 结语

传统的死记硬背、被动输入知识等浅层学习模式会固化学生的思维、束缚学生的发展，而深度学习能较好地达成科学思维的培养目标，全面促进学生的综合、评价和创造等高阶能力。深度学习课堂的主体是学生，学生永远是课堂实践中最生动和最活跃的分子；课堂的主导是教师，教师可以从问题引导、巧用科学史、构建模型以及自主探究实验等方面开展教学，不断引领学生发展思维的开放性、批判性、创造性和逻辑性。

总之，深度学习在促进科学思维的发展上具有独特的积极意义。高中生物学教师应深入理解和领悟其中的教育教学规律，并适时、适当融入课堂，以实现科学思维的培养目标。