初中生物课堂教学中科学思维的培养

74知识文库2023.4（下）初中生物课堂教学中科学思维的培养生物学科是研究自然界生命现象并提炼生命活动规律的科目，对学生科学思维具有较高要求。因此，文章立足初中生物课堂，简单介绍了科学思维的内涵，论述了初中生物课堂中科学思维的培养原则，并对初中生物课堂教学中学生科学思维的培养内容进行了进一步探究，希望为初中生的生物科学思维培养提供一些参考。在新一轮课程改革深入推进过程中，核心素养逐渐成为初中生物课堂教学的导向，强调培养初中生利用生物科学观点、思维、知识、手段解决实际问题的能力。科学思维是初中生物核心素养培养的重要部分。但是，在当前初中生物课堂教学中，关于初中生科学思维的培养仍然存在一些问题，无法帮助初中生掌握正确的生物科学思维方法。因此，探究初中生物课堂教学中科学思维的培养具有非常突出的现实意义。1 初中生物课堂教学中科学思维的内涵初中生物课堂教学中，科学思维的内涵可解读为：初中生始终秉承严格谨慎、切合实际的态度学习生物知识，积极参与生物实验，在实验中发现问题，在收集资料的基础上发散思维寻求问题解决思路，进而获得生物知识。初中生的生物科学思维不仅表现为归纳和概括生物实验与基本生物学规律，而且还表现为利用生物学规律推测（或检验论证）相关生命机制，并利用图形或文字、模型揭示相关生命活动原理，或者根据生物学原理对特定生物学问题质疑。2 初中生物课堂教学中科学思维的培养原则2.1 贯彻问题导向在初中生物课堂教学中的科学思维是基于逻辑的思维，而问题是逻辑推理的基本驱动，将问题导向贯彻到生物课堂整个教学过程，可以促使学生循序渐进地体验并掌握生物科学思维模式，提升科学思维能力。在问题导向下，教师应选择与生物教学内容存在紧密联系的素材，将教学重点、难点提炼为学生现有认知水平无法即时解决的核心问题。以核心问题为中心打造问题情境，活跃学生科学思维，促使其对生物知识产生情感共鸣，主动构建知识体系，尝试完成由知识向素养的转变。2.2 以学生为中心在初中生物课堂教学中，科学思维凝练了生物学课程中最关键、最必要的思维，是学生大脑对生物学信息高层次加工的思维方式，也是学生解决生物学问题的必备思维。教师将学生放置在中心地位，精心设计教育指导方案，在开端设计与学生紧密相关的情景，在课中规划以学生为主体的探究活动，在学生完成探究活动后及时为其解释抽象问题，并引导学生将新学习的概念、原理融入原有认知系统，全面激发学生学习兴趣，在帮助学生掌握科学概念的同时，拓展学生科学思维能力发展空间。2.3 发展性教学作为新课程标准倡导发展的学生关键思维，科学思维要求教师摒弃传统低效重复习题训练提升学生笔试能力的方式，而是遵循发展性教学理论，聚焦学生发展，结合生物教材设置一定难度的任务，促使初中生尝试运用综合、剖析、归纳、建模等思维方式形成生物概念。同时，从高难度、高速度两个方面，助力学生思维发展的“质变”。一方面，以生物理论为主体，建构概念、规律，摒除重复讲解，提高教学速度；另一方面，立足实践，设置处于学生最近发展区范围且具有一定难度的作业，促使学生在自身发展方面系统训练，达到高效教学目的。3 初中生物课堂教学中科学思维的培养内容3.1 科学演绎与推理思维在初中生物课堂教学中，演绎与推理是学生掌握逻辑学知识的重要渠道，有助于学生自觉完成科学思维训练，■ 李养宁

75知识文库2023.4（下）奠定学生生物核心素养培养基础。教师可以在教学初期精心选择难点内容，设计具有意义的演绎方法，激发学生推理兴趣。如根据教学内容提前准备实物或提出问题、展示现象，鼓励学生在观察的基础上开动脑筋，对新旧认知矛盾进行推理，最终得出科学的解释。人教版初中八年级下册第二章《基因在亲子代间的传递》是教学难点，因其较为抽象，初次接触的初中生学习难度较大，为解决这一问题，教师可以在初中生物课堂教学中引入假说演绎法，设置特定场景，引导初中生模仿科学家思考问题并进行相关问题的解决。在课前，教师可以带领学生复习“基因控制生物的性状”的知识，在复习的基础上，引出新课题——“基因在亲子代间的传递”。导入新课题后，教师可以引导学生思考：基因在亲子代间的传递方法有哪些？是由1个基因复制为2个基因，再将2个基因传递给2个细胞，还是新形成基因？在研究基因性状的基础上，师生共同提出假设：①基因在亲子代间的传递是全保留传递；②基因在亲子代间的传递是半保留传递。在假设提出之后，教师可以将学生划分为若干小组，分小组收集比利时胚胎学家比耐登研究马蛔虫体细胞等背景资料，根据资料寻找体细胞内染色体、基因、DNA存在的规律，如猩猩体细胞内染色体数为24对，DNA数为24对；玉米体细胞内染色体数为10对，DNA数是10对，得出生物体的体细胞内染色体与DNA是成对存在的，同一种生物体细胞内染色体与DNA数量是一致的这一规律。在这个基础上，结合科学家的实验探究结果，从形成精子（或卵细胞）的细胞分裂着手，分析基因在亲子间传递的规律，确定受精卵中的染色体分别来源于精子、卵细胞，1条基因来自精子，另外一条基因来自卵细胞，基因在亲子代间的传递是半保留传递。整个过程是问题分析与解决的过程，在问题分析与解决过程中可以帮助学生逐渐熟练假说演绎法在生物科学中的应用步骤，为学生借鉴科学史经典结果提供辅助，奠定学生科学思维形成基础。3.2 科学模型与建模思维初中生物课堂教学中，科学思维注重逻辑引导下的思维发散。从某种程度上来说，明了描述生物逻辑是科学思维的基础。而生物模型的规律性描述需要借助海量生物学事实资料，并在分析资料的基础上概括生物规律。因此，模型与建模是初中生物教学中科学思维培养的重要内容，对提高初中生的生物科学思维具有重要作用。需要注意的是，模型与建模并非生物元素的简单累加，而是将生物知识与现实情况合成一个整体再次阐述。模型与建模本质上是一个具有一定难度的生物科学思维要素，但因多数初中生知识储备有限，需要教师提前激发学生完成模型分析的能力，并收集与学生主体相关的背景内容，调动学生主动建模的内在动力，为学生更加深刻地理解模型并完成基于模型的科学探究活动提供依据。以人教版初中七年级下册第三章《发生在肺内的气体交换》为例，气体交换作为人体重要的生物活动之一，可以有效展现肺部与外界、血液的气体交换以及呼吸系统的功能，对于机体生命维持具有重要作用。在基于模型构建的课程导入环节，展示肺功能报告单（局部见表1）。预计实测实/预%VT[L]0.480.62130.6VE[L/min]6.8614.4272.1ERV[L]1.230.8468.3VC MAX[L]3.764.28114.0表1 肺功能报告单（局部）在展示肺功能报告单后，教师可以要求学生查阅资料，分析肺功能报告单中每一数值的含义，并对检查人的肺功能做出初步判断。如，VT为潮气量，表示静息呼吸时每次吸入/呼出的气体容积，正常值为0.5L；VE为每分钟静止通气量，正常值为男6.66±0.20L、女4.22±0.16L，大于10L表示通气过度，小于3L表示通气不足；REV表示平静呼气末再用力呼气所呼出的气量，正常值为男0.91L，女0.56L；VC MAX为最大肺活量，表示尽力深吸气末肺内气量，正常值为男3.47L、女2.44L，减少表明肺部实质病变或肺气肿。在学生分析的基础上，教师可以引导学生借助肺内气体交换模型解释检查人通气过度的原因。在肺部气体交换模型中，包括肺泡细胞、肺静脉、主动脉、腔静脉、肺动脉、肺泡内毛细血管网、组织细胞间毛细血管网、组织细胞等，肺泡吸收外界空气，排出含二氧化碳较多的混合气体，吸收血液中的二氧化碳，将氧气输送给血液。同时，教师可以要求学生借助模型演示肺部与外界、肺部与血液进行气体交换的不同气体来源、去向，或者先由初中生口头叙述教师利用模型演示，促使初中生初步明了肺内气体交换的来源、去向，奠定知识学习理论基础，再由初中生动手操作肺内气体交换模型，促使初中生更加熟悉模型，最后由教师根据教材资料进行汇总。在这个基

76知识文库2023.4（下）础上，教师可以板书讲解肺部功能的作用机制，促使学生了解肺部气体交换处于动态平衡的表现，并结合模型讲述肺部通气过度所引发的系列问题，引导学生利用所学知识解决实际问题，促使学生在自行建构生物知识库的同时完成科学思维的训练。3.3 科学论证与批判思维反思与批判是对生物科学知识准确性、真实性的判断，要求初中生反向思考发出质问、疑惑，并在分析他人（或自身）观点的基础上做出理性决策。在生物课堂教学过程中，教师应鼓励学生打破对课本的“迷信”，敢于创新，运用科学的思维评判。具体教学过程中，教师可以引用Toulmin论证模式，在为学生展示科学家探索历程的同时，鼓励其结合现有知识发出质疑，为学生科学思维训练提供更加广阔的空间。Toulmin论证模式是由主张、资料、支持、反驳、限定调节、根据组成的过程性模式。科学论证是培养学生生物科学思维的重要环节，也是学生重新整合新旧知识的重要过程。在课前，教师可以梳理生物教材，确定论证主张，有逻辑地呈现。根据论证主张，师生共同收集资料；在课中，教师引导学生根据资料进行论证，讨论质疑。以人教版七年级上册《动物细胞》为例，教师可以采用论证与质疑的方式开展师生互动，利用资料创设论证与质疑活动氛围，在论证与质疑活动中，鼓励学生聚焦动物细胞的形态结构论述为什么说细胞是最基本的人体单元，领悟细胞结构与功能相适应的理论，帮助学生初步建立科学分析理念。进而从生命系统视角，进行现有主张反驳，尝试形成科学理论方法。首先，师生收集资料，共同回答问题：肌肉细胞、上皮细胞、血细胞、淋巴细胞的形态是一样的吗？其细胞结构是一样的吗？导入新课并确立论证主张：动物细胞的结构是一样的。其次，呈现人的口腔上皮细胞临时装片实验资料，提出问题：人的口腔上皮细胞的结构是什么？植物细胞与动物细胞的相似点是什么？结合前期学过的内容，鼓励学生寻找支持前期结论的理由，并用图表对比展示，完成论证。再次，鼓励学生发出质疑：口腔上皮细胞为什么没有细胞壁？在发出质疑后，师生共同从细胞壁的作用着手进行分析，如细胞壁由多糖形式组成，可降低渗透压，为植物细胞提供骨架，避免植物光合作用时高浓度碳水化合物溶质迅速吸收细胞破裂，而动物不需光合作用，体内无高渗透压环境，不需细胞壁也可保证细胞完整性。最后，由学生总结动物细胞结构与功能，教师进行补充，真正帮助学生理解认同资料与主张之间的逻辑关系，促使学生敢于、勇于发出质疑，并跟随知识学习过程深入进行主张的修正、完善，最终完成科学思维能力的发展。3.4 科学归纳与概括思维归纳与概括是初中生物课堂教学中学生主动寻找生物学事实存在内容并利用树状图、表格等形式表示的过程，是初中生科学理性思维发展的基础。在基于归纳与概括的初中生物课堂教学过程中，教师可以引用图表，引导学生对生物学知识进行对比、归纳、汇总。同时，提高师生互动频次，将学生放置在归纳与概括主体地位，引导学生通过问题分析、知识归纳、自主补充等过程，对生物概念产生牢固记忆。以在人教版初中八年级上册第四章第三节《真菌》教学为例，教师可以首先鼓励学生列举自己从生活中获知的真菌类型，如酵母菌、灰霉菌、香菇、银耳等。在学生列举的基础上，教师可以鼓励学生根据真菌细胞组成，将真菌简单划分为多细胞、单细胞，其中单细胞为酵母菌，而多细胞为香菇、银耳、灰霉菌等。进而教师可以带领学生观察普通显微镜下酵母菌、霉菌、蘑菇的形态、结构部分，或者直接展示真菌的形态特征图，要求学生在观察其特征的基础上，回答问题：在直立菌丝顶端着生的球状结构是什么？丝状物质是什么？香菇由哪些结构组成？归纳真菌的共同点，如真菌有细胞核，营养方式为异养，繁殖方式为孢子繁殖等。通过根据自身生活经验与教材内容归纳总结真菌的相关知识，可以激发学生探究实际生活中真菌的兴趣，丰富学生科学认知，为学生科学思维的形成提供依据。4 总结综上所述，科学思维是初中生成长为“全面发展的人”的重要部分，也是初中生参与生物科学探究的前提。因此，教师应正确认识科学思维在初中生物课堂教学中的重要地位，贯彻问题导向，应用最新教育理论，搭建诱思探究框架，为初中生的生物科学思维生成营造良好环境。（作者单位：正宁县榆林子镇初级中学）