一、研究意義

生物學(xué)作為一門(mén)自然科學(xué)，不僅傳授生物知識(shí)，還應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力?？茖W(xué)思維是學(xué)生理解生物學(xué)概念、解決生物學(xué)問(wèn)題以及進(jìn)行科學(xué)探究的核心要素。然而，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，科學(xué)思維的培養(yǎng)往往未得到充分重視。2022年，教育部頒布的《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》強(qiáng)調(diào)，學(xué)生要運(yùn)用多種方法發(fā)展科學(xué)思維。同時(shí)，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》也明確指出，科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。教師積極將科學(xué)思維融入日常教學(xué)中，有助于學(xué)生更深入地理解生物學(xué)知識(shí)的本質(zhì)，提高分析和解決問(wèn)題的能力，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和未來(lái)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、研究方法

（一）文獻(xiàn)研究法

通過(guò)廣泛查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于“生物教學(xué)\"和“科學(xué)思維”的文獻(xiàn)，系統(tǒng)梳理相關(guān)教育方法的研究現(xiàn)狀及存在的不足之處。運(yùn)用文獻(xiàn)分析方法對(duì)文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致統(tǒng)計(jì)和分析，為本研究的開(kāi)展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和明確的研究思路。

（二）調(diào)查法

編制教師問(wèn)卷，針對(duì)當(dāng)?shù)馗咧猩飳W(xué)教師在科學(xué)思維教育方法的教學(xué)態(tài)度、學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題及建議等方面展開(kāi)全面調(diào)查。調(diào)查結(jié)果為后續(xù)教學(xué)案例的設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施提供了詳實(shí)的現(xiàn)實(shí)依據(jù)，有助于針對(duì)性地解決教學(xué)中存在的實(shí)際問(wèn)題。

（三）實(shí)驗(yàn)研究法

選取市實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué)同年級(jí)的三個(gè)平行班作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，將其中兩個(gè)平行班設(shè)定為實(shí)驗(yàn)組，另一個(gè)設(shè)定為對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組開(kāi)展科學(xué)思維培養(yǎng)教學(xué)，對(duì)照組則進(jìn)行常規(guī)教學(xué)。自變量為學(xué)生是否參與科學(xué)思維培養(yǎng)教學(xué)，因變量為學(xué)生的科學(xué)思維水平。在教學(xué)實(shí)踐前后，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)生均完成科學(xué)思維問(wèn)卷（前測(cè)和后測(cè)），以問(wèn)卷得分作為衡量學(xué)生科學(xué)思維水平高低的指標(biāo)，得分越高表示水平越高。

三、教學(xué)模式實(shí)踐

（一）教學(xué)目標(biāo)

1.模型與建模實(shí)踐：旨在使學(xué)生深人理解生物結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，提升動(dòng)手實(shí)踐能力和空間想象能力。2.SSI小組辯論賽：培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，學(xué)會(huì)從多個(gè)角度分析生物相關(guān)的社會(huì)科學(xué)議題。3.科幻生物創(chuàng)作：鍛煉學(xué)生的演繹與推理能力，引導(dǎo)他們將生物學(xué)知識(shí)應(yīng)用于新的情境中。4.概念地圖法：幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)的生物知識(shí)體系，提高知識(shí)整合與總結(jié)的能力。

（二）教學(xué)重難點(diǎn)

1.教學(xué)的重點(diǎn)：（1）掌握各教學(xué)實(shí)踐方法的操作流程與要點(diǎn)；（2）運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行模型構(gòu)建、辯論、創(chuàng)作和概念地圖繪制。

2.教學(xué)的難點(diǎn)：（1）在模型與建模中，精準(zhǔn)體現(xiàn)生物的結(jié)構(gòu)特征與功能機(jī)制；（2）在SSI小組辯論賽中，引導(dǎo)學(xué)生深入進(jìn)行理性批判思考，并清晰表達(dá)觀點(diǎn)；（3）在科幻生物創(chuàng)作中，基于科學(xué)依據(jù)進(jìn)行合理演繹與推理；（4）在概念地圖法中，準(zhǔn)確梳理并呈現(xiàn)復(fù)雜生物概念之間的邏輯關(guān)系。

（三）教學(xué)方法

模型與建模法、小組合作學(xué)習(xí)法、辯論法、情境創(chuàng)設(shè)法、自主探究法。

（四）教學(xué)過(guò)程

1.模型與建模實(shí)踐（2課時(shí)）

導(dǎo)人（10分鐘）：展示如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、細(xì)胞模型等精美生物結(jié)構(gòu)模型圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考模型對(duì)理解生物知識(shí)的重要性，激發(fā)模型構(gòu)建興趣。

知識(shí)講解與材料準(zhǔn)備（20分鐘）：講解構(gòu)建動(dòng)物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模型，回顧細(xì)胞器形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能，介紹可用材料如塑料小球、彩色電線等及對(duì)應(yīng)構(gòu)建部分。

小組模型構(gòu)建（40分鐘）：學(xué)生分組（4-5人）合作構(gòu)建模型，教師巡視指導(dǎo)，如構(gòu)建線粒體時(shí)提醒注意雙層膜和嵴的特點(diǎn)，構(gòu)建內(nèi)質(zhì)網(wǎng)時(shí)考慮結(jié)構(gòu)連接關(guān)系。

模型展示與評(píng)價(jià)（30分鐘）：小組代表展示模型并介紹構(gòu)建思路，其他小組從準(zhǔn)確性、完整性、美觀性和結(jié)構(gòu)功能關(guān)系體現(xiàn)等方面評(píng)價(jià)打分并提建議，教師總結(jié)評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)易錯(cuò)點(diǎn)。

2.批判性思維實(shí)踐（SSI小組辯論賽）（3課時(shí)）

話(huà)題引入與背景介紹（1課時(shí)）：展示“基因編輯技術(shù)在人類(lèi)醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用\"新聞報(bào)道等資料，引發(fā)關(guān)注興趣，教師介紹技術(shù)原理、應(yīng)用實(shí)例及倫理爭(zhēng)議。

小組分組與資料收集（1課時(shí)）：將學(xué)生分正反兩方，明確觀點(diǎn)，課后小組通過(guò)多種渠道收集資料，整理分析撰寫(xiě)辯論提綱，教師提供資料收集渠道和方法指導(dǎo)。

辯論環(huán)節(jié)（1課時(shí)）：正方反方開(kāi)篇立論各5分鐘，自由辯論20分鐘，教師主持引導(dǎo)遵循規(guī)則、理性尊重，適時(shí)追問(wèn)促使深入思考，如論據(jù)普遍性和反例情況，最后雙方總結(jié)陳詞各3分鐘。辯論結(jié)束后組織討論反思，培養(yǎng)批判性思維。

3.演繹與推理實(shí)踐（科幻生物創(chuàng)作）（2課時(shí)）

情境創(chuàng)設(shè)與任務(wù)布置（1課時(shí)）：展示深海熱泉資料創(chuàng)設(shè)外星生物創(chuàng)作情境，介紹特殊環(huán)境條件和生物適應(yīng)策略，布置創(chuàng)作任務(wù)，包括設(shè)計(jì)外星生物各方面特征并繪制草圖說(shuō)明依據(jù)和推理過(guò)程。

學(xué)生創(chuàng)作與小組交流（40分鐘）：學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)作，運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)演繹推理，如考慮高溫環(huán)境推測(cè)蛋白質(zhì)或細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，高壓環(huán)境推測(cè)身體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，創(chuàng)作后小組交流分享提修改意見(jiàn)完善內(nèi)容。

作品展示與評(píng)價(jià)（20分鐘）：小組推選代表展示優(yōu)秀作品，其他小組和教師從科學(xué)性、創(chuàng)新性、完整性評(píng)價(jià)，教師總結(jié)評(píng)價(jià)肯定創(chuàng)意努力，糾正誤區(qū)，加深對(duì)演繹推理應(yīng)用理解。

4.歸納與概括實(shí)踐（概念地圖法）（2課時(shí)）

知識(shí)回顧與引導(dǎo) （30分鐘）：回顧細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能知識(shí)，通過(guò)提問(wèn)等檢查掌握程度，引出概念地圖法。

概念地圖繪制示范（20分鐘）：教師展示細(xì)胞核概念地圖繪制步驟和示例，讓學(xué)生直觀理解概念地圖呈現(xiàn)知識(shí)邏輯關(guān)系的方式。

學(xué)生自主繪制與小組協(xié)作（40分鐘）：學(xué)生自主繪制細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能概念地圖，先獨(dú)立思考再小組交流協(xié)作完善，教師巡視指導(dǎo)概念選取、連接詞使用和邏輯關(guān)系梳理等問(wèn)題。

概念地圖展示與總結(jié)（30分鐘）：小組代表展示講解概念地圖邏輯關(guān)系及繪制理由，其他小組評(píng)價(jià)提問(wèn)，教師總結(jié)強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)關(guān)鍵聯(lián)系，總結(jié)概念地圖法優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用要點(diǎn)。

5.教學(xué)反思

模型與建模實(shí)踐使學(xué)生對(duì)生物結(jié)構(gòu)理解更直觀深入，但部分小組材料選擇和結(jié)構(gòu)比例把握有困難，后續(xù)應(yīng)提供更多樣材料并加強(qiáng)前期指導(dǎo)。SSI小組辯論賽激發(fā)了批判性思維，但個(gè)別學(xué)生易情緒激動(dòng)偏離理性，需進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)規(guī)則和理性交流重要性?？苹蒙飫?chuàng)作展現(xiàn)了學(xué)生想象力和演繹推理能力，但部分創(chuàng)作忽視生物學(xué)原理，應(yīng)明確創(chuàng)作科學(xué)依據(jù)要求。概念地圖法幫助學(xué)生梳理知識(shí)體系，但部分學(xué)生邏輯關(guān)系構(gòu)建不精準(zhǔn)，可增加相關(guān)輔導(dǎo)。

四、教學(xué)效果評(píng)估

（一）考試成績(jī)分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生進(jìn)行分班考試，考試內(nèi)容涵蓋生物學(xué)知識(shí)及與科學(xué)思維相關(guān)的應(yīng)用題型。結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在涉及科學(xué)思維應(yīng)用的題目上得分明顯高于對(duì)照組，表明科學(xué)思維培養(yǎng)教學(xué)對(duì)學(xué)生知識(shí)應(yīng)用和問(wèn)題解決能力有積極影響。

（二）科學(xué)思維問(wèn)卷分析

對(duì)比實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生教學(xué)前后的科學(xué)思維問(wèn)卷得分。實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在后測(cè)中整體得分顯著提高，尤其在批判性思維、演繹與推理方面提升明顯。這說(shuō)明SSI小組辯論賽等教學(xué)活動(dòng)有效促進(jìn)了學(xué)生批判性思維的發(fā)展。

（三）學(xué)生作品評(píng)估

1.模型作品：觀察學(xué)生構(gòu)建的動(dòng)物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模型，從結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性、功能體現(xiàn)和創(chuàng)新性等方面進(jìn)行評(píng)估。多數(shù)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生模型能夠準(zhǔn)確呈現(xiàn)細(xì)胞器結(jié)構(gòu)，如線粒體雙層膜和嵴的結(jié)構(gòu)清晰，且部分小組在材料使用上有創(chuàng)新，如用彩色電線模擬內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

2.辯論表現(xiàn)：評(píng)估學(xué)生在SSI小組辯論賽中的表現(xiàn)，包括觀點(diǎn)闡述邏輯性、論據(jù)充分性、反駁有效性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面。實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在辯論中能夠更有條理地闡述觀點(diǎn)，引用更多科學(xué)研究實(shí)例作為論據(jù)，并且在反駁對(duì)方觀點(diǎn)時(shí)更具針對(duì)性。

3.科幻生物創(chuàng)作：從科學(xué)性、創(chuàng)新性和完整性評(píng)估學(xué)生的科幻生物創(chuàng)作作品。實(shí)驗(yàn)組學(xué)生創(chuàng)作的外星生物大多能基于深海熱泉環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，如具有耐高溫的外殼或特殊的能量獲取方式，且部分作品在外形和行為習(xí)性設(shè)計(jì)上富有創(chuàng)意。

4.概念地圖：檢查學(xué)生繪制的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能概念地圖，評(píng)估概念準(zhǔn)確性、邏輯關(guān)系清晰度和知識(shí)覆蓋完整性。實(shí)驗(yàn)組學(xué)生概念地圖中概念間連接更合理，邏輯關(guān)系更清晰，如準(zhǔn)確呈現(xiàn)了細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中各種細(xì)胞器在遺傳信息傳遞和物質(zhì)代謝方面的聯(lián)系。

五、教學(xué)中的困難和建議

（一）困難

1.時(shí)間管理挑戰(zhàn)。多元教學(xué)模式涵蓋多種活動(dòng)，如模型構(gòu)建、辯論準(zhǔn)備、創(chuàng)作和概念地圖繪制等，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)完成所有教學(xué)任務(wù)存在一定難度。例如，在模型與建模實(shí)踐中，部分小組因討論和制作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致最后的展示和評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)匆忙進(jìn)行，學(xué)生無(wú)法充分交流和吸收經(jīng)驗(yàn)。此外，學(xué)校課程安排緊湊，沒(méi)有預(yù)留足夠的時(shí)間進(jìn)行完整的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)間斷，與上節(jié)課的銜接時(shí)間增多。

2.學(xué)生個(gè)體差異。學(xué)生在學(xué)習(xí)能力、興趣愛(ài)好和基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度上存在顯著差異，這給教學(xué)活動(dòng)的統(tǒng)一開(kāi)展帶來(lái)了困難。在科幻生物創(chuàng)作中，部分學(xué)生由于生物學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備不足，難以進(jìn)行合理的演繹推理，導(dǎo)致創(chuàng)作作品缺乏科學(xué)性；而部分優(yōu)秀學(xué)生則可能覺(jué)得創(chuàng)作任務(wù)過(guò)于簡(jiǎn)單，缺乏挑戰(zhàn)性，從而影響了他們的積極性。

3.教學(xué)資源限制。學(xué)校的教學(xué)資源有限，如缺乏足夠的模型制作材料、專(zhuān)業(yè)的生物學(xué)書(shū)籍和數(shù)據(jù)庫(kù)資源等，這嚴(yán)重影響了教學(xué)活動(dòng)的質(zhì)量和效果。在模型構(gòu)建過(guò)程中，由于缺少必要的模型建材，學(xué)生的創(chuàng)作受到限制。在SSI小組辯論賽的資料收集階段，部分學(xué)生因無(wú)法獲取全面、準(zhǔn)確的資料，導(dǎo)致辯論觀點(diǎn)的深度和廣度受到影響。

（二）建議

1.優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。教師在教學(xué)前應(yīng)精心規(guī)劃每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的時(shí)間分配，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況合理安排活動(dòng)節(jié)奏。例如，在模型與建模實(shí)踐中，可以提前明確小組分工，規(guī)定每個(gè)步驟的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，確保教學(xué)過(guò)程有條不紊地進(jìn)行。

2.實(shí)施分層教學(xué)。針對(duì)學(xué)生的個(gè)體差異，制定分層教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)。針對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的學(xué)生，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)提供更多的基礎(chǔ)知識(shí)講解和輔導(dǎo)，如在科幻生物創(chuàng)作前，先組織相關(guān)生物學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)和拓展；針對(duì)優(yōu)秀學(xué)生，可以提供額外的拓展任務(wù)引導(dǎo)他們進(jìn)行更深入的探究，如在概念地圖繪制中，鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生將細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能與其他生物學(xué)知識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行關(guān)聯(lián)和拓展。

3.拓展教學(xué)資源。學(xué)校和教師應(yīng)積極拓展教學(xué)資源。一方面，學(xué)?？梢约哟髮?duì)生物學(xué)教學(xué)資源的投人，購(gòu)置模型制作材料、訂閱專(zhuān)業(yè)生物學(xué)雜志和數(shù)據(jù)庫(kù)等；另一方面，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)資源，如開(kāi)放的科學(xué)教育網(wǎng)站、在線學(xué)術(shù)講座等，以拓寬學(xué)生獲取知識(shí)的渠道。

4.開(kāi)設(shè)教學(xué)實(shí)踐周。高中是學(xué)生成長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，傳統(tǒng)教學(xué)往往重理論輕實(shí)踐。建議每學(xué)期設(shè)立一周的教學(xué)實(shí)踐周，各學(xué)科據(jù)此設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如物理的電磁感應(yīng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、化學(xué)的物質(zhì)定量分析實(shí)驗(yàn)等。學(xué)校應(yīng)加強(qiáng)師資培訓(xùn)并合理配置資源，確保實(shí)踐周能夠順利開(kāi)展。

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