黎芳君

摘 要：科學(xué)思維作為高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，同時也是形成學(xué)科其他核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。本文從三方面展開敘述，說明在智慧課堂下，巧用探究式教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的一種有效途徑，以期為其他一線教師進一步的研究起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;探究式教學(xué);智慧課堂;實例

科學(xué)思維是高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的其中一項，它可以幫助學(xué)生理解生命觀念、提高社會責任，同時也是發(fā)現(xiàn)科學(xué)探究中重要內(nèi)涵的方法，貫穿于科學(xué)探究的整個過程?？梢?，落實培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，對全面提升學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)意義非凡。

最新頒布的《普通高中生物學(xué)課程標準》（2017年版2020年修訂）（以下簡稱《課標》）中明確指出要“充分利用信息技術(shù)提高課堂教學(xué)效率”和“組織以探究為特點的主動學(xué)習”的教學(xué)建議?？拼笥嶏w的智慧課堂系統(tǒng)，已在筆者學(xué)校全面鋪開應(yīng)用，它是一種先進的優(yōu)點明顯的信息化教育技術(shù)。因此，利用智慧課堂的輔助，巧用探究式教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，值得深入研究。

一、科學(xué)思維和探究式教學(xué)的內(nèi)涵

關(guān)于科學(xué)思維，《課標》表述如下：尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。[1]可以看出，它包括精神品質(zhì)和認知技能兩個層面，既要有相關(guān)的態(tài)度、意識和思維習慣，又要提升相關(guān)的技能，從而正確、嚴謹?shù)厝リU釋事物的本質(zhì)、規(guī)律及解決問題。

關(guān)于探究式教學(xué)，不同學(xué)者表述不同。筆者認為，探究式教學(xué)是在教學(xué)活動中以學(xué)生為主體，以教師為指導(dǎo)，教師通過創(chuàng)設(shè)一定的情境，提出問題或布置任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生自主或小組合作，通過觀察、描述、提出假設(shè)、親身實踐去驗證假設(shè)、嘗試做出解釋等的學(xué)習活動，進而獲取知識、解決問題并總結(jié)出科學(xué)規(guī)律的教學(xué)方式。

二、智慧課堂在探究式教學(xué)中的輔助作用

智慧課堂是在信息技術(shù)的支持下，通過變革教學(xué)方式方法、將技術(shù)融入課堂教學(xué)中，構(gòu)建個性化、智能化、數(shù)字化的課堂學(xué)習環(huán)境，從而有效促進智慧能力培養(yǎng)的新型課堂。[2]整個系統(tǒng)主要由平板、無線服務(wù)器、智能移動終端、云平臺和一體機顯示設(shè)備等組成。利用智慧課堂，在探究活動前，教師可以先推送資源到學(xué)生平板，或通過“作業(yè)端”布置前置任務(wù)，通過教師智能移動終端的統(tǒng)計反饋，根據(jù)學(xué)情確定探究的形式和深度等，以學(xué)定教。在探究活動中，通過“智慧課堂互動”平臺創(chuàng)設(shè)探究情境，設(shè)置“隨機提問”“搶答”或“小組PK”等進行互動教學(xué);學(xué)生探究的成果可以拍照上傳，實現(xiàn)師生、生生之間的互評;教師發(fā)布實時檢測，學(xué)生平板提交，通過平臺及時統(tǒng)計數(shù)據(jù)實現(xiàn)精準教學(xué)和個性化教學(xué)。在探究活動后，利用“班級空間”繼續(xù)討論交流，探究突破時空限制得以延伸?？梢姡弥腔壅n堂進行探究式教學(xué)，更互動更精準，啟發(fā)學(xué)生更深層次的思考，提高科學(xué)思維素養(yǎng)。

三、指向科學(xué)思維的探究式教學(xué)實例

（一）在真實情境中設(shè)計問題串進行探究

除教材的情境，教師還可以從學(xué)生的真實生活體驗、社會生產(chǎn)實踐、社會熱點事件、科研成果等中去選取、創(chuàng)設(shè)情境，在真實情境中通過問題引發(fā)學(xué)生的思考。

課堂提問的品質(zhì)不僅影響學(xué)生的學(xué)習過程和學(xué)習方式，而且直接影響學(xué)生思維的發(fā)展。[3]問題串的提出要符合學(xué)生從簡單到復(fù)雜、從具體到抽象的認知規(guī)律，由淺入深，按照一定順序設(shè)置不同組別不同層次的問題，以問題驅(qū)動探究，層層遞進。

例如：生物學(xué)必修1第5章第4節(jié)關(guān)于“光合作用的原理”的教學(xué)中，教師可以播放由“上海通用”設(shè)計的一款葉子概念車，即光合作用汽車的動畫視頻，創(chuàng)設(shè)真實的科研成果情境，提出統(tǒng)領(lǐng)性的整體問題“葉子概念車的動力原理是什么？”學(xué)生運用初中學(xué)過的知識容易得出光合作用的概念和總化學(xué)反應(yīng)式，但對于光合作用的原理及過程知之甚少。教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材103～104頁和觀看光合作用過程的動畫，通過“智慧課堂互動”發(fā)布以下三組不同層次的問題串進行“小組PK”并“搶答”。第一組：“為什么命名為光反應(yīng)？光反應(yīng)在葉綠體的什么部位進行？光反應(yīng)需要哪些條件？光反應(yīng)發(fā)生了哪些物質(zhì)變化？光反應(yīng)的能量變化是怎樣的？”第二組：“暗反應(yīng)必須要在黑暗中才能進行嗎？暗反應(yīng)在葉綠體的什么部位進行？暗反應(yīng)需要哪些條件？暗反應(yīng)發(fā)生了哪些物質(zhì)變化？暗反應(yīng)的能量變化是怎樣的？”第三組：“光反應(yīng)與暗反應(yīng)之間有什么聯(lián)系，它們各自為對方提供了什么物質(zhì)？光合作用過程中的元素去向如何？當CO2濃度或光照強度下降時，短時間內(nèi)C3和C5會發(fā)生怎樣的變化？能畫出光合作用過程的圖解嗎？”前兩組問題層次較低，指向基礎(chǔ)知識的分析和理解。第三組需要在前兩組的基礎(chǔ)上進行深層次的思考，深入分析與歸納兩個階段之間的聯(lián)系，最終將知識串聯(lián)起來，從整體上理解光合作用的原理和過程，自主構(gòu)建知識體系，分析、歸納與概括等科學(xué)思維得到發(fā)展。

（二）依托生物科學(xué)史進行探究

生物科學(xué)史不僅包括科學(xué)家們在生物科學(xué)研究中的研究過程和科學(xué)方法，還展現(xiàn)了科學(xué)家重視實驗探究、尊重科學(xué)事實，敢于質(zhì)疑和批判、不懈努力的思維品質(zhì)和科研態(tài)度。在教學(xué)中如果能善于依托這些科學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生去探究、去感悟科學(xué)家嚴密的邏輯推理，將會對學(xué)生理解科學(xué)思維的本質(zhì)，從而發(fā)展科學(xué)思維有很大的益處。例如：生物學(xué)選擇性必修1第3章第1節(jié)“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”的科學(xué)史，就可以作為訓(xùn)練學(xué)生批判性思維的好素材。

課堂中先展示沃泰默的實驗步驟、實驗結(jié)果和結(jié)論，向?qū)W生提出問題：“沃泰默切除了通向該段小腸的神經(jīng)，使小腸與胰腺之間只有血管相連，但他的結(jié)論卻是認為這是一個微小神經(jīng)難以剔除干凈的頑固反射導(dǎo)致的，他為什么會得出這樣的結(jié)論？你認為這個實驗的結(jié)論是什么？如何進行進一步的研究？”學(xué)生就問題對科學(xué)史進行探究，對沃泰默的結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，從他的實驗結(jié)果中進行推理，得出“刺激小腸時才能促進胰腺分泌胰液，小腸內(nèi)神經(jīng)的有無不影響胰液分泌”的假設(shè)，并嘗試設(shè)計實驗驗證假設(shè)。

教師接著展示斯他林和貝利斯的假設(shè)、實驗過程和結(jié)論，繼續(xù)提問：“斯他林和貝利斯的實驗的巧妙之處在哪里？他們是如何通過證據(jù)進行嚴密推理得出結(jié)論的？是什么因素使斯他林和貝利斯獲得成功？”

學(xué)生合作探究，通過智慧課堂拍照上傳實驗設(shè)計和探究結(jié)果，師生交流完善。在科學(xué)史的探究學(xué)習過程中，除了能讓學(xué)生感受到科學(xué)家的探究歷程和思維品質(zhì)外，還能讓學(xué)生像科學(xué)家一樣，敢于質(zhì)疑，運用證據(jù)進行邏輯推理，嘗試設(shè)計實驗探索真知，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的證據(jù)意識和批判性思維等科學(xué)思維。

（三）通過模型建構(gòu)進行探究

模型建構(gòu)是指運用模型方法，借助材料或用具、數(shù)學(xué)語言、圖式等形式描述，呈現(xiàn)抽象復(fù)雜的事實或過程的一類活動。[4]學(xué)生建構(gòu)模型的過程中，需要對原型進行觀察、理解、抽象與概括，然后利用物理材料、數(shù)學(xué)形式或概念直觀形象地把其本質(zhì)屬性呈現(xiàn)出來，是一個體現(xiàn)深度思維的過程，教學(xué)中應(yīng)合理運用。

例如：在生物學(xué)必修1第3章第1節(jié)關(guān)于“流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容”的教學(xué)中，完成內(nèi)容教學(xué)后，讓學(xué)生以小組為單位，在智慧課堂智學(xué)網(wǎng)資源庫中搜索資料，探究選擇合適的材料代表蛋白質(zhì)、磷脂分子的頭部和尾部、糖類等，設(shè)計并制作細胞膜的流動鑲嵌模型，并運用自制的物理模型，加深對細胞膜結(jié)構(gòu)的理解。

又如：在生物學(xué)選擇性必修2第3章第2節(jié)關(guān)于“能量流動的過程”的教學(xué)中，先讓學(xué)生閱讀教材55頁第1、2段，根據(jù)關(guān)鍵詞，略去次要的細枝末節(jié)，探究完成能量流經(jīng)第一營養(yǎng)級的概念模型建構(gòu)。然后分析教材55頁圖3-5能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的示意圖，從能量的輸入和最終去向的角度考慮，建構(gòu)能量流經(jīng)某一營養(yǎng)級的簡化概念模型，從而深刻理解教材中關(guān)于“能量流經(jīng)整個生態(tài)系統(tǒng)的模型”的內(nèi)涵。

在模型建構(gòu)的探究活動中，學(xué)生積極思考，深入理解知識，比較與分類、抽象與概括、模型與建模等科學(xué)思維得到運用與提高，學(xué)生選擇的材料、設(shè)計不同，模型也有所區(qū)別，創(chuàng)新思維也得到發(fā)展。

（四）創(chuàng)設(shè)開放性實驗進行探究

創(chuàng)造性思維，是主體在學(xué)習的過程中，利用科學(xué)信息和科學(xué)技術(shù)，結(jié)合自身的實踐經(jīng)驗，找出問題，在事物中發(fā)現(xiàn)矛盾，并通過創(chuàng)造思想獲得新知識的一種思維或能力。[5]筆者認為創(chuàng)造性思維是最高級或者說是作為最終目標的思維能力。在教學(xué)中，除了設(shè)計一些具有開放性的教學(xué)情境、活動或習題外，筆者還會把教材中的一些實驗的開放性增大，有意識地去鼓勵學(xué)生改進實驗，喚醒學(xué)生的創(chuàng)新意識，發(fā)展創(chuàng)造性思維。

例如：在生物學(xué)必修一第5章第3節(jié)“探究酵母菌細胞呼吸的方式”的探究實驗中，如果根據(jù)教材提供的裝置和方案來進行實驗，會因為實驗時間長、實施難、難以把握無氧裝置中氧氣何時耗盡等原因，導(dǎo)致不能在課內(nèi)完成實驗，所以筆者讓學(xué)生以小組為單位，根據(jù)教師提供的參考資料或利用智學(xué)網(wǎng)自行查找資料，對實驗裝置進行改進或創(chuàng)新，設(shè)計實驗方案并完成實驗操作，教師只是負責引導(dǎo)、準備材料和必要的指導(dǎo)。最后從學(xué)生提交到“智慧課堂作業(yè)端”的實驗報告分析表明，學(xué)生的思維非常發(fā)散，他們有的小組用帶“直頭二孔瓶蓋”的玻璃瓶和帶“直頭一孔瓶蓋”的玻璃瓶、硅膠管分別代替課本的錐形瓶、玻璃管，氣密性更好，組裝起來更方便;有的小組采用“針筒法”——用60mL的針筒注射器作為創(chuàng)新裝置，極大簡化了實驗操作，同時帶刻度的針筒使檢測結(jié)果定量化;有的小組利用做面包的原理和現(xiàn)象設(shè)計簡易方案探究;有的小組甚至進一步開展了“針筒法”探究葡萄糖溶液濃度或酒精濃度對酵母菌無氧呼吸的影響的拓展實驗。

教師拋出一個開放性的實驗，鼓勵學(xué)生從不同的角度思索，另辟蹊徑，改進創(chuàng)新，創(chuàng)造性思維得到發(fā)展。

在高中生物學(xué)探究式教學(xué)中，采取何種形式的探究活動應(yīng)結(jié)合教學(xué)實際內(nèi)容來確定，充分利用智慧課堂的輔助，并且要以側(cè)重發(fā)展科學(xué)思維為探究目標，設(shè)計的探究內(nèi)容可操作性要強，符合學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)和認知規(guī)律，給予學(xué)生更多質(zhì)疑、邏輯推理和實踐的機會，從而有效培養(yǎng)學(xué)生多種科學(xué)思維的品質(zhì)和能力。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標準：2017年版2020年修訂[S].北京：人民教育出版社，2020：4-5.

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[3]邰玉韋.基于核心素養(yǎng)，運用邏輯推理發(fā)展學(xué)生思維：以“細胞分裂與分化”（第1課時）為例[J].中學(xué)生物教學(xué)，2021（1）15-18.

[4]江宜博.例析模型建構(gòu)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2010（5）：85-86.

[5]李金桃.基于生物課型教學(xué)培養(yǎng)高中生科學(xué)思維的實踐研究[D].廣州大學(xué)，2020.

本文是增城區(qū)教育教學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題“智慧課堂下指向科學(xué)思維的高中生物探究式教學(xué)研究”（課題編號：ZC2020011）的研究成果。