基于科学思维培养的高中生物学问题串设计研究

引言

在新的课程改革大背景中，高中生物教学遇到了新的挑战和机遇。传统的教学方式过于注重知识的传授，却忽略了对学生科学思维的培养。科学思维的培养对培养学生生物学概念、生物学规律、生物学观念有着非常重要的作用。它不仅可以帮助学生更好的解决生物学学习中的各种问题，还可以为学生的未来学习、工作打下坚实的基础。因此，怎样有效的在高中生物学教学中培养学生科学思维，就成为了目前教育工作者急需思考与解决的问题。问题串设计是具有创造性的教学方法之一，为解决这个问题给出了新的办法。它会精心设计一系列有逻辑联系的问题，引导学生一步步地去思考，从而在解决问题的过程中发展学生的科学思维、提高学生的科学素养。

一、研究背景与科学思维内涵

《普通高中生物学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》中将“科学思维”作为学科核心素养之一，指出“科学思维”是“基于事实和证据，运用逻辑与推理、批判与质疑、创新与迁移等方式认识事物、解决问题的思维方式”。高中生物学教学中科学思维是：逻辑思维（例如归纳光合作用过程中物质变化的规律）、批判性思维（例如对“酶的本质都是蛋白质”这一认识的质疑）、创造性思维（例如设计探究影响呼吸作用因素的实验方案。但是目前教学中问题设计往往存在着“碎片化”“重识记轻思维”等问题，不能支撑起素养培育的目标，因此建构起系统性的问题串是重点。

二、问题串设计的理论依据与原则

（一）理论支撑

建构主义理论：学生自己解决问题，自己建构知识体系，问题串要搭好“最近发展区”的阶梯，引导从已知到未知。比如在学习细胞呼吸的时候，从一开始就有氧呼吸需要氧气这个认知开始逐渐转换到无氧呼吸为什么需要氧气这个问题上。

认知负荷理论：问题难度要梯度递进，不能超过学生的工作记忆容量。如“遗传规律”的问题串，先设问“一对相对性状杂交实验结果分析”，再设问“两对相对性状自由组合的逻辑推导”。

（二）设计原则

目的性原则：每个问题要指向清晰的思维目的。“生态系统稳定性”的问题串，从“草原生态系统为什么会抵抗蝗虫灾害”入手进行逻辑推理，“引进外来物种就一定会破坏稳定性”培养学生的批判性思维。

关联性原则：问题之间形成逻辑链条，以“DNA 复制”为例：① “DNA 复制为什么要有模板、原料、酶？”（基础思维） ② “如何用实验证明DNA 是半保留复制的呢。”（ 科学探究思维） ③ “DNA 复制过程中出现错误会出现怎样的后果 ？。如何纠正呢？”，“ （迁移思维。

开放性原则：设置非唯一答案的题目，如设计实验证明植物向光性产生的原因？，鼓励学生发表自己的实验思路，培养学生创造性思维。

三、基于科学思维的问题串实践案例

以“光合作用的原理及应用”为例，创建分层问题串：

基础认知层（逻辑思维）： ② 叶绿体的类囊体薄膜和基质中分别进行光合作用的哪一阶段？ ② 光反应产生的ATP 和[H] 又怎样进入暗反应？请画出物质转化关系流程图。

探究分析层（批判性思维层）： ② 某实验小组用黑纸片遮光处理叶片，发现遮光部分没有变蓝，能否直接说明光合作用需要光？咋了？② 有同学认为“光照强度越高，光合速率就越大”，请从夏季正午植物光合速率反而下降的角度，分析这种观点存在的问题。

创新应用层（创造性思维）： ① 农业生产上，怎样应用光合作用原理增加大棚蔬菜产量？请从光、从温、CO2 浓度等角度给出具体的方案。 ② 要想培育“高光效”的水稻品种，可以从哪些与光合作用有关的酶或者结构入手改良呢？

以案例为例 ， 问题串由知识识记逐渐过渡至知识思维拓展的递进过程，每一个小题的题目都紧紧围绕着一个科学思维目标进行设计 ， 且前后成环、前后有呼应，让学生在解决问题的过程中，实现自己的科学思维。

四、问题串设计的常见问题与优化策略

（一）常见问题

思维目标模糊：问题关注“是什么”，即“光合作用的产物是”，没有“为什么”“怎么办”思维方式的引领。

梯度断层：直接从基础问题跳跃到复杂问题，在讲“基因表达”的时候刚问“转录发生在哪里”，马上要求“分析基因突变对蛋白质合成的影响”，没有中间的思维过渡。

评价缺失：只看问题答案是否正确，不看学生思考的过程，对“实验设计方案”的评价，只是看“行不行”，没有分析“方案是否有逻辑”。

（二）优化策略

锚定课标，确定思维目标：依照课标把科学思维分解成具体的技能点，像“逻辑思维”就分成了“归纳规律”“演绎推理”，保证每个问题都有对应的思维训练点。

学情前置，搭建梯度阶梯：课前小测了解学生认知水平，比如“遗传图解”，如果学生没有学会基因型的书写，那就要先设一个“基因型标注”的过渡问题，然后再过渡到“遗传概率计算”。

注重过程性评价：使用“思维可视化”，要求学生展现问题解决的过程，像在分析实验设计的时候，让同学们说出“怎样控制变量”，通过评价思维过程改善思维品质。

结语

基于科学思维培养的高中生物学问题串设计要以课标为依据、理论为支撑、学情为基础，通过分层设计、逻辑关联、评价反馈，把科学思维培养渗透到问题解决的全过程之中。这样的设计可以帮学生搭建起完整的生物学知识框架，还可以让学生在不断的探究问题中，逐渐养成“以证据思考，以逻辑推理，以创新解决”的科学思维习惯，真正的把“知识传授”转变为“素养培育”。

参考文献

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