精心设计问题培养学生科学思维

精心设计问题，培养学生科学思维福建省永春第三中学(362609)苏碧珍高中生物学作为一门科学课程，一方面要向学生传授科学的概念和事实，另一方面要给学生展现生物学阐释自然界的科学途径和科学方法。这就要求学生在学习高中生物学时具备科学思维，学会运用分析、综合等思维方法认识自然界，解决生物学问题。然而，在高中生物学课堂教学中，部分教师所持的教育理念较为落后，常将概念、事实的传投放在首位，忽视了学生科学思维的培养，这既不利于学生深入理解基本概念与事实，又不利于学生核心素养的形成。高中生物学教师应立足学生的身心特点和认知规律，研读课程标准，明确育人目标，革新教育理念，改进教学方法。基于此，在高中生物学教学中教师应结合具体案例设计不同形式的问题，并引导学生探究解决，从而提升学生的问题解决能力，培养学生的科学思维。一、以递进式问题培养学生的归纳与概括思维递进式问题在逻辑关系或内容层级上常表现为由易到难、由浅入深，且问题与问题之间环环相扣、逻辑严密，有利于引导学生化难为易、深度思维。课前，教师要全面了解学生的知识储备和认知水平，在此基础上分析教学重难点，设置递进式问题。具体步骤为：由易到难、由浅入深、层层递进地设计问题，引导学生逐级解决问题，最终破解问题。学生在层层破解问题的过程中，思维逐渐活跃，探究积极性逐步提高，学习信心和学习兴趣也得到了增强。在递进式问题中，问题逻辑严谨，自成体系，难度逐步加深。学生在对问题答案进行层层推理、不断完善的过程中，能够有效培养归纳与概括思维。例如，”生态系统的能量流动”一课中的“能量流动的过程”既是教学重点，又是教学难点。对学生而言，“能量”这一概念十分抽象,“能量流动的过程”涉及的概念较多，理解起来均比较困难。在教学中教师若采用传统的讲授方式，难免会让学生感到空洞乏味。以递进式问题分层推进教学，是一个帮助学生理解“能量流动的过程”的不错的方法。生态系统的能量流动涵盖能量的输入、传递、转化、散失4个部分，教师可以据此进行递进式问题设计。先从第一营养级能量的输入开始分析输入的第一营养级能量如何存储、有何用途、流向何处，再按此思路引导学生接着分析第二、第三营养级的能量。教师可以设计如下递进式问题：（1）地球上一切生态系统的能量需求从何处而来？（能量的输入）（2）生产者如何存储能量？（能量的转化）（3）固定的能量有哪些去向？（能量的传递和散失）通过解决问题，学生不难归纳和概括出抽象的生态系统的能量流动过程，从而对生态系统的能量流动过程有一个全面、清晰的认知。在这一过程中，学生的归纳与概括思维得到了有效培养。二、以精细化问题培养学生的演绎与推理思维演绎与推理思维的培养要求教师在教学中把握好提问的艺术，设计的问题要具备“精”与“细”的特点，以展现问题激活与启发学生思维的价值。精细化问题对于培养学生的演绎与推理思维具有重要作用，有利于引导学生突破表象，对事物的本质进行深层思考。精细化问题的一个突出特点是“精”，即精练，重点突出，能引导学生深入思考；另一个突出特点是“细”，即精细入微且清晰，问题之间衔接紧密、逻辑严谨。学生在解决精细化问题的过程中，需要观察现象、分析探究、作出猜想、演绎推理、验证实践，最终得出结论。这有利于培养他们的演绎与推理思维。因此，在高中生物学教学中，教师应设计精细化问题。例如，“遗传因子的发现”一节中说明了孟德尔运用假说一演绎法进行豌豆杂交实验从而验证了生物学遗传规律。教师在教学时可依据实验过程细化问题设置，引导学生深入思考问题。首先，教师给学生讲述问题的背景：孟德尔用纯种矮茎豌豆和纯种高茎豌豆做亲本进行杂交实验，但无论是正交或是反交，得出的子一代豌豆都表现为高茎。然后，教师设计精细化问题引导学生思考：（1）对于孟德尔豌豆杂交实验所得出的结果，你有哪些疑问？（2）对于这一结果，孟德尔有哪些疑惑？他又是怎样做的？（3）子一代豌豆中没有矮茎，为什么自交后产生的子二代豌豆中又出现了矮茎呢？这是偶然现象还是遵循着某一规律？接着，教师在学生讨论的基础上，进行引导：孟德尔提出显性性状与隐性性状的观点，并对子二代中不同相对性状的个体进行数量统计，发现高茎与矮茎的性状分离比接近3：lo但这一性状分离比是偶然的还是必然的？怎样证明？孟德尔又产生了疑问。于是他又对其他6对相对性状进行了杂交实验，证明3：1的性状分离比并非偶然。最后，教师继续设计精细化问题：对此，你有何看法？孟德尔提出哪些假说解释分离现象？他是怎样对假说进行验证的？在解决一系列精细化问题的过程中，学生亲身感受到了假说一演绎法的严谨性与科学性，逐步培养了演绎与推理思维。三、以辨析式问题培养学生的批判性思维辨析包含辨别与分析两方面的含义。批判性思维的培养要求教师在教学中能够针对争议性结论或议题设计辨析式问题，以引导学生深入思考、大胆质疑、合理分析、全面评判，并在此过程中学会辨别是非、去伪存真，以事实为依据进行科学选择，且能够迁移应用相关结论解决其他问题。在辨析式问题的讨论与解决过程中，教师要注重引导学生科学严谨地评判他人和自身观点。学生在大胆质疑、合理分析、认真反思的过程中，批判性思维将会得到有效培养。例如，在教学“基因位于染色体上的实验证据”时，教师先给学生介绍实验背景：对于孟德尔的遗传理论以及萨顿提出的“基因位于染色体上”的学说，摩尔根持怀疑态度，他认为这是主观臆测，缺少实验证据，无以为信。摩尔根想通过实验对生物的遗传与染色体之间的关系以及基因是怎么一回事一探究竟。一次偶然的机会，摩尔根发现在一群红眼果蝇中有一只白眼雄果蝇，于是摩尔根的实验由此开始。接着设计如下辨析式问题：（1）通过实验能够发现，就果蝇红眼与白眼这一相对性状来看，子一代果蝇全为红眼，请你推断其显性性状。（2）子一代果蝇杂交产生的子二代，其红眼与白眼的比例为3：1,这符合孟德尔的分离规律吗？有什么不同的地方？（3）白眼性状的表现总是与性别相关联，你如何看待这一现象？（4）依据萨顿提出的学说，控制白眼性状的基因应该位于哪条染色体上呢？有多少种可能？怎样使你的想法得到验证？在一系列问题的引导下，学生根据已有知识对自己所提出的猜想进行分析、验证，最终推断出正确的实验结论,证明萨顿的假说是正确的。教师精心设计一系列具有启发性的辨析式问题引导学生探究，学生秉持科学严谨的态度，以“质疑一假设一求证”的探索思路发现真知，最终促进了批判性思维的发展。四、以探究式问题培养学生的模型与建模思维在教学中，教师不仅要给学生传授知识，还要基于知识创设情境，引导学生探究思考，使学生深刻认识知识的形成根源及发展脉络。探究式问题是教师围绕某一科学探究主题，为激发学生学习主动性和能动性，实现教学目标而设计的问题。探究式问题的典型特点是具有一定的情境，以反映问题的探究背景及探究路径。模型是对某一事物的整体性、概括性描述。在生物学中，常见的模型有数学模型、物理模型和概念模型。在模型的建构过程中，学生不仅需要调动思维，充分想象和思考，还需要进行实践操作。基于此，在高中生物学教学中，教师应基于相关生物学知识及模型建构过程，设置合理的探究式问题,并引导学生进行阶梯式探索，从而使学生能够有效完成模型的建构,形成模型与建模思维。例如，在教学“建构数学模型解释种群数量的变化”时，教师可设计探究式问题，引导学生由现象出发分析问题，由此发现种群数量变化背后所隐藏的数学逻辑，并结合数学知识建构模型揭示生物学规律。首先，教师创设情境：日常生活中，我们的手上不可避免地会沾染细菌，因此我们要做到勤洗手。细菌的繁殖速率非常快，在没有外界干扰的情况下，细菌主要通过分裂进行繁殖，且每20分钟繁殖一代。然后，教师立足情境设置探究式问题引导学生思考：（1）如果一个细菌每20分钟分裂繁殖一代，那么怎样计算繁殖n代后的细菌数量？（2）40分钟后细菌的数量是多少呢？60分钟、80分钟、100分钟……后呢？（3）随着时间的增长，你发现细菌种群数量和时间之间有什么关系，存在什么规律？你能用数学公式将其表示出来吗？学生在情境及探究式问题的引导下初步掌握了数学模型的建构方法。但某些时候单纯的数学公式并不能直观地将某一规律性变化展现出来，这时我们就需借助另一种数学模型一一图表。基于此，在学生发现细菌种群数量随时间变化的关系并运用数学公式表示出来后，教师把一个细菌分裂繁殖的后代数量与其所对应的时间绘制成表格，并以数量为纵坐标、时间为横坐标把表格转化为细菌种群数量增长曲线图。相对于数学公式模型，曲线图这一数学模型，所包含的信息更为丰富且更加直观。细菌种群数量增长曲线图能够深化学生对相关知识的认识。通过情境创设、探究式问题的合理设置，引导学生联系并调动多学科知识进行模型建构。在建构模型的过程中，学生能够打通问题探究思路，学习并掌握模型建构方法，形成模型与建模思维。五、以延展式问题培养学生的创造性思维创造性思维是非常宝贵的一种思维品质，从长远来看，它影响着学生未来的学习和生活，因此，在教学实践中教师格外重视学生创造性思维的培育。教师在教学实践中可设计延展式问题引导学生深入思考，加深学生对知识的理解。延展式问题有利于引导学生多方位、多维度地进行思考分析，有利于学生打破常规，突破壁垒，拓展思维的广度和深度，培养思维的独创性。在高中生物学教学中，教师要设置不局限于教材、答案不唯一、情境多样化的延展式问题，并引导学生对问题进行多维度的分析和思考，使学生在解决问题的过程中提高认知深度，形成创新意识，培养创造性思维。例如，在学生掌握“减数分裂”内容之后，教师可以设计如下延展式问题进行内容的拓展：（1）通常情况下，两对等位基因位于两对同源染色体上，那么一个基因型为AaBb的精（卵）原细胞能够产生几种精（卵）细胞？（2）假如情况是n对等位基因位于n对同源染色体上，那么又会得到怎样的结果呢？在学生正确解答问题之后，教师再继续提问：（1）如果在第一次减数分裂前期，一个基因型为AaBb的精原细胞A和a所在的同源染色体在联会时发生交叉互换，那么可以产生多少种精细胞？（2）假设这一精原细胞发生了基因突变，那么又可以产生多少种精细胞？（3）如果这一精原细胞产生了一个基因型为AaB的精细胞，那么是减数分裂过程中的哪一阶段发生了异常？其他3个精细胞是什么基因型的？（4）如果产生了一个AAB基因型的精细胞，那么又会是何种原因导致的？通过不断追问延展式问题，能够有效激发学生的好奇心和调动学生的学习积极性，把学生对问题