0 引言

科學思維是促進學生構(gòu)建生命觀念的重要方式之一，也是高中生物學學科核心素養(yǎng)的重要組成部分。根據(jù)《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》的描述，“科學思維是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力”[?？茖W思維作為一種思維習慣，其突出特點是著重對事實和證據(jù)的求知。課程目標指出，讓學生通過學習，樹立生命觀念，能夠運用這些觀念認識生命現(xiàn)象，探索生命規(guī)律；形成科學思維的習慣，能夠運用已有的生物學知識、證據(jù)和邏輯對生物學議題進行思考或展開論證[]。

在高中生物學教學過程中，要注意加強對學生科學思維的培養(yǎng)，如能夠基于生物學事實和證據(jù)運用各種科學思維方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學社會議題[1]；能夠結(jié)合生物學的基礎(chǔ)知識網(wǎng)絡，構(gòu)建完整、連貫、多角度、多層次的生物學思維框架。這就要求學生掌握和積累大量的知識和經(jīng)驗，并在此基礎(chǔ)上不斷完善認知，逐步形成完整、全面的認識。

1科學思維與科學思維方法

1.1 科學思維

科學思維是運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力，它不僅是常規(guī)的科學邏輯在生物學領(lǐng)域的應用，而且是一種強調(diào)實證與觀察的能力。這些共同構(gòu)成學生未來進行科學探索的得力工具，為他們?nèi)蘸笤谏飳W領(lǐng)域的研究奠定堅實基礎(chǔ)。同時，在面對自然現(xiàn)象或科學問題時，擁有較強科學思維能力的學生不但能夠運用理性的邏輯分析，還能利用敏銳的觀察和思考能力對既有理論深入分析，不斷尋求新解釋。

此外，科學思維還需借助想象、聯(lián)想、直覺和靈感等非邏輯思維方法來提出創(chuàng)新性的觀點：想象幫助學生構(gòu)建超越理論的模型；聯(lián)想促進知識間的融合交融；直覺和靈感往往能在不經(jīng)意間開啟科學發(fā)現(xiàn)的新篇章。就邏輯思維層面而言，科學思維涵蓋從基本概念的形成到復雜判斷的作出，再到嚴謹推理的展開和最終論證的構(gòu)建等一系列過程，涉及概念、判斷、推理和論證等多種形式。

1.2科學思維方法

科學思維的外在表現(xiàn)形式是科學思維方法，掌握科學思維方法是形成科學思維的前提條件之一。作為一種集邏輯性、創(chuàng)新性、批判性于一體的綜合思維方法，科學思維方法鼓勵人們在遵循科學探究邏輯的同時，不拘泥于傳統(tǒng)框架，勇于探索未知，以多元化的思考模式推動科學思維的形成。科學思維方法是揭示事物本質(zhì)和事物間關(guān)系的關(guān)鍵手段。

科學思維方法有多種分類方式，從思維的形式來看，可以分為基礎(chǔ)的動作思維（基于直覺）、形象思維（基于觀察和想象）和邏輯思維（基于抽象），其中邏輯思維在概念形成中扮演著重要角色。作為一門自然科學，高中生物學課程要求學生能夠構(gòu)建完整連貫的生物學概念體系。因此，邏輯思維成為生物學課程重點培養(yǎng)的思維類型之一。邏輯思維主要體現(xiàn)在：比較與分類、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括等[2]。而批判性思維、創(chuàng)造性思維包含邏輯思維的大部分特點，是科學思維的高階水平體現(xiàn)，包括分析、評估和提高三個緊密聯(lián)系、相互影響的階段[3]。

2數(shù)字技術(shù)輔助的高中生物學科學思維培養(yǎng)

數(shù)字技術(shù)輔助的高中生物學科學思維培養(yǎng)是指利用當前的數(shù)字技術(shù)手段，如人工智能、大數(shù)據(jù)分析等，輔助學生在高中生物學學習中培養(yǎng)科學思維的過程。通過分析各種數(shù)字技術(shù)的特點，可以充分發(fā)揮其在科學思維能力培養(yǎng)方面的優(yōu)勢，讓學生更加深入地理解生物學知識，提高問題解決能力，同時鍛煉批判性思維和創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)良好的科學態(tài)度，為未來的科學探索和創(chuàng)新打下堅實基礎(chǔ)。

以人教版高中生物學教材必修2《遺傳與進化》的部分章節(jié)為例，分析數(shù)字技術(shù)在生物學學科中對學生科學思維培養(yǎng)的作用。

2.1借助智慧課堂培養(yǎng)比較與分類能力

智慧課堂為高中生物學教學提供了一種全新的教學模式。此前，隨著互聯(lián)網(wǎng)被引入教育領(lǐng)域，傳統(tǒng)的單一學習方式被打破，多種媒體素材充分融入教學環(huán)境，營造了充滿活力的課堂氛圍。高中生物學研究內(nèi)容廣泛、涵蓋概念豐富、補充材料多元，傳統(tǒng)的多媒體教學僅能在一定程度上實現(xiàn)學習內(nèi)容拓展和能力培養(yǎng)。但隨著大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)向教育領(lǐng)域滲透，智慧課堂將真實教學情境與數(shù)字技術(shù)深度融合，不僅改善了傳統(tǒng)教學模式中知識單向輸出、教學內(nèi)容與資源匹配度較低等問題，還通過大數(shù)據(jù)分析顯著提升了教學效果。教師可以借助智慧課堂為學生提供不同的學習素材、模擬實驗過程、設置多種學習任務等；學生可以通過智慧課堂了解更多的課外拓展內(nèi)容，模擬操作更多的生物學課程內(nèi)容，并根據(jù)自身需求選擇學習任務。

以第1章“遺傳因子的發(fā)展”為例。1）在進行孟德爾遺傳規(guī)律的推理時，學生可以利用模擬配子合成的程序直觀地觀察不同親本產(chǎn)生的子代的性狀、比例，等等。整個過程以互動的形式展現(xiàn)，便于學生比較不同對遺傳因子的遺傳異同點，改變了傳統(tǒng)以教師講述為主的教學方式。2）在講解遺傳概率計算方法時，教師可以借助智慧課堂的題庫幫助學生對知識點和題型進行分類，總結(jié)解題規(guī)律。3）在學習遺傳規(guī)律的實際應用時，教師可以將資源平臺上的素材作為教學材料，展現(xiàn)整個基因傳遞的動態(tài)過程，直觀地比較親子代之間遺傳規(guī)律，讓學生在對比中理解生活中部分基因病的遺傳原理。學習結(jié)束，教師可以根據(jù)學生的反饋情況設置不同任務，鍛煉他們各方面的能力，學生可以選取適合自己的內(nèi)容進行強化訓練。

有了多媒體程序的輔助，教師能夠以更簡單、直觀的方式展現(xiàn)專業(yè)知識，從而幫助學生理解復雜抽象的內(nèi)容，系統(tǒng)整合知識，加深對生物學抽象概念的把握，在比較與分類中實現(xiàn)對生物學知識更深層次的理解。同時，在學習的過程中，智慧課堂大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測學生的學習進度和成績，識別出他們學習中的薄弱環(huán)節(jié)?；诖?，教師可以設計針對性的練習題和案例分析，引導學生深入分析難點問題，提升分析能力。此外，智慧課堂還能夠提供個性化的學習路徑，根據(jù)學生的興趣和能力調(diào)整教學內(nèi)容，進一步激發(fā)他們的學習興趣和探索精神。

2.2借助思維導圖軟件鍛煉歸納與演繹能力

思維導圖是一種極其有效的數(shù)字化學習工具，能夠顯著提升學生的歸納與演繹能力。思維導圖通過將復雜的生物學知識以圖形化的方式展現(xiàn)，形成一個個相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，幫助學生將零散的知識點串聯(lián)成清晰的知識網(wǎng)絡。學生可以利用思維導圖對比與分析生物學概念、理論和規(guī)律的實質(zhì)，逐步擴展和細化相關(guān)知識點，加工、整理其內(nèi)在聯(lián)系，形成層次分明、邏輯清晰的大單元概念體系。思維導圖的一大特點是層級關(guān)系清晰，強調(diào)將零散信息按主題歸類成分支，同時又可以從中心主題出發(fā)，逐層推導具體細節(jié)。因此，在繪制思維導圖時，學生需用簡潔明了的語言或符號表達復雜的思想，鍛煉系統(tǒng)性視角。在此過程中，學生還能自由聯(lián)想相關(guān)知識點，將學科知識點按“總一分”結(jié)構(gòu)重組，合并同類提取關(guān)鍵詞，這需要他們對學科知識有充分的了解并明確重點。

現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為學生提供了多種思維導圖的制作軟件和工具以及多元化的呈現(xiàn)方式。例如：MindMaster、Xmind等軟件提供了多種形式的模板，支持插入關(guān)系線、剪貼畫、超鏈接等多種標注元素，并且擁有各自的導圖社區(qū)，可以隨時云端儲存文件。學生在使用時，可以隨時插入圖文結(jié)合的內(nèi)容、擴充網(wǎng)絡資源信息、即刻增添刪減節(jié)點、瀏覽相關(guān)優(yōu)質(zhì)思維導圖等。使用思維導圖軟件有助于學生在學習中持續(xù)完善大單元知識網(wǎng)絡，鍛煉歸納能力，形成科學的思維習慣。

學生在繪制思維導圖的過程中，需要對所學知識進行篩選、提煉和分類，提取所需內(nèi)容制作思維導圖，這一過程也加深了他們對知識的理解。例如：在學習遺傳學時，學生可以梳理這一大單元的所有相關(guān)內(nèi)容，提取基因、DNA、遺傳密碼等核心概念作為中心節(jié)點，然后圍繞這些節(jié)點添加相關(guān)子節(jié)點，包括基因突變、基因表達、遺傳病等，再依次總結(jié)各子節(jié)點下的相關(guān)概念。通過這種方式，學生可以更加系統(tǒng)地理解遺傳的基本原理和核心概念。同時，這種系統(tǒng)化的知識體系為學生進行演繹推理奠定了堅實基礎(chǔ)。

2.3借助個性化作業(yè)系統(tǒng)培養(yǎng)批判性思維

布置作業(yè)是教學設計中必不可少的一個環(huán)節(jié)，也是考查學生是否將所學知識轉(zhuǎn)化為自身能力的過程?；跀?shù)字技術(shù)的個性化作業(yè)系統(tǒng)可以通過對學生學習的全過程進行數(shù)據(jù)記錄，為其量身定制學習任務和反饋機制，還可以參考高考試題命題角度，設計出高自由度的個性化作業(yè)。在高中生物學的學習過程中，教師借助個性化作業(yè)系統(tǒng)引導學生對復雜的生物學現(xiàn)象進行深度探究，鼓勵他們不僅學習書本上的知識，更要學會獨立思考、深入分析和綜合評價。

以第5章“基因突變及其他變異”為例。個性化作業(yè)系統(tǒng)可以設計一系列基于真實社會生物學案例的問題，要求學生根據(jù)不同的情境分析所給數(shù)據(jù)，并應用遺傳與變異的相關(guān)知識對理論與實際結(jié)果的不同之處進行思考，從而得到課堂中的理論并不完全符合生活實際的結(jié)論，在質(zhì)疑和思考中形成批判性思維。學生思考后，教師引導學生根據(jù)實際情境討論不同變異的形成原因，并得出最終結(jié)果。這種基于實際情境設計的習題要求學生不僅要綜合運用教材內(nèi)容，還要充分考慮其他因素的影響，根據(jù)證據(jù)得出結(jié)論，形成完整的判斷邏輯。

2.4借助虛擬實驗室技術(shù)鼓勵學生創(chuàng)造性思考

實驗作為高中生物學教學的一項重要內(nèi)容，不僅是理論知識與實踐操作相結(jié)合的橋梁，更是深化理解、培養(yǎng)科學思維能力的重要途徑。實驗通過直觀、具體的方式將書本上抽象的概念和原理有效轉(zhuǎn)化為可觀察與可測量的現(xiàn)象，極大地增強了學生學習的趣味性和有效性。由于部分高中生物學實驗對設備、儀器有一定要求，因此，在實際教學中難以達到預期效果。虛擬實驗室技術(shù)在實驗教學中扮演著重要角色，在培養(yǎng)學生實驗能力的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過模擬真實的生物學實驗室環(huán)境，提供相關(guān)材料和用具，虛擬實驗室提供了一個安全、互動、可自由操作的平臺，學生可以利用先進的軟件工具進行實驗操作，擺脫時間、空間與儀器的限制。在教學中，教師可以充分利用虛擬實驗室的優(yōu)勢，鼓勵學生設計課本之外的實驗方案驗證或探究某個生物學問題，從而鍛煉其創(chuàng)造性思維。

整個探究實驗過程中，學生首先需要根據(jù)已有的生物學知識，設計實驗流程，梳理實驗步驟，并預測實驗結(jié)果。同時，學生還需明確“設計的實驗是否能完成和教材中實驗相同的目的”“是對教材實驗的延伸還是改良”“其優(yōu)缺點都有哪些”等。在這個過程中，學生需主動思考相關(guān)的知識內(nèi)容，不斷鍛煉創(chuàng)造性思維。

以第5章第2節(jié)“低溫誘導植物細胞染色體數(shù)目的變化實驗”為例。除了教材中提到的低溫因素外，教師還可以引導學生發(fā)散思維，從誘導加倍的原因入手，即如何抑制紡錘體的形成，從而創(chuàng)新設計實驗，是否其他能抑制紡錘體形成的因素都能夠達到該實驗目的。由于受經(jīng)費限制，部分中學實驗室難以配備所有可能的試劑，往往不能真正開展此類實驗。而在虛擬實驗室中，通過調(diào)整實驗參數(shù)、改變環(huán)境條件等，學生能夠真正觀測到實驗結(jié)果，從而激發(fā)自主創(chuàng)新的積極性。通過自主設計實驗方案、親自動手模擬實驗，學生可以在虛擬環(huán)境中自由探索，不斷嘗試和優(yōu)化實驗模型，這一過程不僅加深了學生對生物學知識的理解，還激發(fā)了他們的科學探究精神，鍛煉了創(chuàng)造性思維。

3 結(jié)束語

在數(shù)字技術(shù)的輔助下，學生不僅能夠更系統(tǒng)地掌握高中生物學知識，還能夠鍛煉科學思維能力。數(shù)字化教學資源提供了更多比較與分類的學習空間，利用數(shù)字化技術(shù)進行學習有利于學生從歸納和演繹的角度形成知識體系。同時，個性化定制的學習任務可以培養(yǎng)學生的批判性思維能力，模擬實驗操作可以拓寬科學思維的視野，鼓勵學生創(chuàng)造性思考[4]?？茖W思維能力的培養(yǎng)為高中生物學教學注入了新的活力，也為學生未來的科學探索、實際問題的解決和終身學習奠定了基礎(chǔ)，對學生的發(fā)展具有深遠意義。

4參考文獻

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

[2]吳成軍．試論科學思維及其在生物學學科中的獨特性[J].生物學教學，2018，43（11）：7-9.

[3]吳舉宏．當前高中生物學思維教學憂思錄［J].生物學教學，2024，49（7）：12-15.

[4]辛長紅．高中生物教學中科學思維培養(yǎng)路徑思考［J].智力，2024（18）：44-47.