大概念教学视域下高中生物提升学生科学高阶思维的实践探索

引言

随着新课程改革的深入推进，发展学生核心素养已成为教育教学的重要目标。《普通高中生物学课程标准 (2017 年版 2020 年修订 )》明确指出，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，其中科学思维是生物学核心素养的重要组成部分。科学高阶思维作为科学思维的高级形态，主要包括分析、综合、评价和创造等认知活动，是学生解决复杂生物学问题、形成科学认识的关键能力。然而，当前高中生物教学中仍存在知识碎片化、思维训练不足等问题，制约了学生高阶思维能力的发展。大概念教学强调以核心概念为统领，帮助学生构建结构化知识体系，为培养科学高阶思维提供了有效路径。本文基于人教版高中生物教材，探索大概念教学视域下提升学生科学高阶思维的实践策略，以期为高中生物教学改革提供参考。

一、大概念教学与科学高阶思维的内涵及关系

大概念是指学科中具有统摄性、迁移性的核心概念和原理，能够连接零散知识，形成结构化认知框架。在生物学中，大概念如 " 细胞是生物体结构与功能的基本单位 "" 生物体通过稳态与调节维持内部环境稳定 " 等，构成了学科知识体系的骨架。大概念教学强调以这些核心概念为组织中心，通过设计连贯的学习活动，引导学生逐步深入理解学科本质，构建知识间的逻辑联系。

科学高阶思维是指超越简单记忆和理解的复杂认知过程，包括分析、评价、创造等层次。在生物学学习中，高阶思维表现为能够分析生物学现象背后的原理，评价科学证据的可靠性，设计实验解决实际问题，创造性地解释生命现象等。大概念教学与科学高阶思维培养具有内在一致性：一方面，大概念为学生提供了思维的工具和框架，使其能够从更高视角把握生物学规律；另一方面，高阶思维活动又促进学生对大概念的深度理解和灵活应用。二者相互促进，共同推动学生生物学核心素养的发展。

二、基于大概念的高中生物教学设计策略

在人教版高中生物教材中，内容编排围绕" 分子与细胞"“遗传与进化”“稳态与调节”" 生物与环境 " 等模块展开，每个模块都蕴含着核心大概念。教师在进行教学设计时，应首先识别教材中的大概念，并以此统领整个教学过程。例如，在" 分子与细胞" 模块中，可以" 细胞是生命活动的基本单位" 为大概念，整合细胞结构、代谢、增殖等内容，帮助学生形成系统认识。

创设真实问题情境是实施大概念教学的重要策略。教师可以结合生活实际或科学前沿，设计具有挑战性的问题，激发学生高阶思维。例如，在学习 " 免疫调节" 时，可以引入" 疫苗研发" 的真实案例，引导学生分析免疫应答机制，评价不同疫苗的优缺点，创造性地提出改进方案。这种基于真实情境的学习，能够促使学生运用大概念解决复杂问题，发展高阶思维能力。

此外，教师应注重设计探究性学习活动，让学生在实践中建构大概念。例如，在" 生态系统的稳定性" 教学中，可以组织学生设计并实施小型生态瓶实验，观察生态系统变化，分析影响稳定性的因素，评价不同干预措施的效果。通过亲身探究，学生不仅深入理解了 " 生态系统通过自我调节维持稳态 " 这一大概念，还锻炼了实验设计、数据分析、批判性思考等高阶思维能力。

三、大概念教学提升科学高阶思维的实践案例

以人教版高中生物必修 1^′′ 光合作用 " 教学为例，展示大概念教学如何提升学生科学高阶思维。本节课的大概念确定为 " 光合作用是能量转换和物质循环的关键过程 "。教学开始时，教师展示不同植物叶片结构差异的图片，提出问题：" 为什么不同植物叶片结构不同？这与光合作用效率有何关系？ " 引导学生从结构与功能相适应的角度思考。

接着，教师组织学生分组探究影响光合作用的环境因素。每组选择一个变量( 如光照强度、CO2 浓度等) 设计实验，收集数据并分析结果。在实验过程中，学生需要控制变量、设计对照、分析数据，这些活动有效锻炼了分析思维和批判性思维。实验结束后，各组展示成果，其他组进行评价和质疑，培养了学生的评价能力和交流能力。

最后，教师引导学生将光合作用与细胞呼吸、物质循环等概念联系起来，构建知识网络，并讨论 " 如何提高农作物光合作用效率 " 的实际问题。学生需要综合运用所学知识，创造性地提出解决方案，发展了创造性思维。整个教学过程以大概念为统领，通过问题驱动、探究实践和综合应用，全面提升了学生的科学高阶思维能力。

四、大概念教学实施效果与反思

经过一学期的教学实践，通过问卷调查、学业成绩分析和思维品质测评等方式，对大概念教学提升科学高阶思维的效果进行了评估。结果显示，实验班学生在生物学概念理解、问题解决能力、批判性思维等方面显著优于对照班。特别是在需要综合分析和创造性解决的复杂问题上，实验班学生表现更为突出。这表明大概念教学确实能够有效促进学生科学高阶思维的发展。

在实践过程中，也发现一些需要改进的问题。首先，部分教师对大概念的把握不够准确，导致教学设计偏离核心。其次，大概念教学需要更多课时支持，如何在有限时间内平衡深度与广度是挑战。此外，评价高阶思维发展的有效工具仍需完善。针对这些问题，建议加强教师培训，提升其大概念教学设计能力；优化课程安排，为深度学习留出空间；开发多元化评价工具，全面评估学生思维发展。

五、结论与展望

大概念教学为高中生物教学中提升学生科学高阶思维提供了有效路径。通过以核心概念统领教学、创设真实问题情境、开展探究性学习等策略，能够帮助学生构建结构化知识体系，发展分析、评价、创造等高阶思维能力。实践证明，这种教学模式不仅提高了学生的生物学学业成绩，更促进了其科学思维品质的提升，为终身学习和发展奠定了基础。

未来研究可进一步探索不同类型大概念的教学策略差异，开发更具针对性的高阶思维培养方案。同时，随着信息技术的发展，如何利用数字化工具支持大概念教学和高阶思维培养也值得深入研究。总之，大概念教学视域下的高中生物教学改革将持续推进，为培养具有科学素养和创新能力的时代新人贡献力量。

参考文献：

[1] 刘恩山 . 普通高中生物学课程标准 (2017 年版 2020 年修订 ) 解读 [M].北京 : 高等教育出版社 , 2020.

[2] 王健 , 李高峰 . 核心素养导向的生物学大概念教学 [J]. 课程·教材·教法 , 2018, 38(9): 86-91.

[3] 张颖之, 刘恩山. 生物学教学中科学思维的培养策略[J]. 生物学通报 , 2019, 54(5): 32-35.