關(guān)于高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中“科學(xué)思維”的思考

摘要：本文分析了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維，認(rèn)為科學(xué)思維從認(rèn)知方式上應(yīng)更加關(guān)注抽象思維，從思維形式上應(yīng)該更加關(guān)注推理，從形成生命觀

念上應(yīng)該更加關(guān)注模型與建模，并培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維與創(chuàng)造性思維。通過(guò)分析，可讓教師對(duì)科學(xué)思維的理解更加深刻，讓科學(xué)思維的教學(xué)更具有操作性。

關(guān)鍵詞：課程標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)思維，抽象思維，推理，模型與建模，批判性思維，創(chuàng)造性思維

引言：《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017

年版

2020

年修訂）》中對(duì)于“科學(xué)思維”的定義是：尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科

學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力。學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，如能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推

理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會(huì)議題。本人在教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)科學(xué)思維難以操作，

于是我認(rèn)真學(xué)習(xí)了課程標(biāo)準(zhǔn)，并積極參與新課程培訓(xùn)，積極與其他教師交流?，F(xiàn)在我對(duì)科學(xué)思維的一些思考總結(jié)如下。

一、科學(xué)思維從認(rèn)知方式上更加關(guān)注抽象思維什么是思維？思維是人腦對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的間接的、概括的反映。它所反映的是

客觀事物共同的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系，屬于認(rèn)知的高級(jí)階段。根據(jù)思維過(guò)程中憑借物的不同，我們可以把思維分為動(dòng)作思維、形象思維和抽象思維。科學(xué)思維是

基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)進(jìn)行認(rèn)知的一種態(tài)度，而高中生物學(xué)所學(xué)習(xí)的內(nèi)容很多是從微觀出發(fā)的，學(xué)生很難用肉眼去觀察認(rèn)知，這就需要我們更加關(guān)注學(xué)生的抽象

思維。抽象思維是以概念、判斷、推理的形式反映事物本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系的。例如人教版教材中有一個(gè)“思考與討論”是關(guān)于酶本質(zhì)的探索，教材中綜合多位

科學(xué)家的研究事實(shí)，讓我們給酶下一個(gè)比較完整的定義，而下定義是影響概念掌握的一個(gè)重要因素。又如我們?cè)趯W(xué)習(xí)細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)核仁是這樣描述的，核

仁與某種RNA的合成以及核糖體的形成有關(guān)。那么我們是否可以作出這樣一個(gè)判斷，即蛋白質(zhì)合成旺盛的細(xì)胞具有較大的核仁呢？再如薩頓基于基因和染色體

的行為存在著明顯的平行關(guān)系，做出了一個(gè)類比推理，基因是由染色體攜帶著從

親代傳遞給下一代的。類似這種認(rèn)知方式的例子，教材中何有很多，基于此，科學(xué)思維從認(rèn)知方式上更加關(guān)注抽象思維。

二、科學(xué)思維從思維形式上更加關(guān)注推理思維的基本形式有概念、判斷和推理。推理是從已知的判斷推出新的判斷結(jié)

論的思維形式。而推理主要有兩類，即歸納推理和演繹推理。這同科學(xué)思維中“能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理等方法，探討、闡釋生命

現(xiàn)象及規(guī)律”這句話是吻合的。因此，在生物學(xué)教學(xué)中，科學(xué)思維從思維形式上應(yīng)該更加關(guān)注推理。下面我就結(jié)合教材中的實(shí)例，談?wù)勎覍?duì)推理的認(rèn)知。

1.歸納推理

由某類事物的部分對(duì)象具有某些特征推出該類事物的全部對(duì)象具有這些特征的推理稱為歸納推理。歸納推理可分為簡(jiǎn)單枚舉歸納，類比推理和因果推理。

例如在總結(jié)氨基酸通式時(shí)，我們用的就是簡(jiǎn)單枚舉歸納，薩頓假說(shuō)的提出用的就是類比推理。注意簡(jiǎn)單枚舉歸納與類比推理都沒(méi)有邏輯的必然性。下面我們重點(diǎn)

來(lái)分析一下因果推理。因果推理是建立在原因和結(jié)果的關(guān)系之上，是一個(gè)事件（因）和第2個(gè)事件

（果）之間的作用關(guān)系。因果推理的方法有：求同法、求異法、求同求異并用法、

剩余法和共變法5種方法。而要想證明某個(gè)事件是嚴(yán)格導(dǎo)致另一個(gè)事件的原因，首先要用共變法（某個(gè)事件和另一個(gè)事件總是同時(shí)發(fā)生）證明兩個(gè)事件的相關(guān)關(guān)

系，再用求異法（剔除某個(gè)事件的情況下，另一個(gè)事件不能發(fā)生）證明必要性，用求同法（是指只有某個(gè)事件的情況下，另一個(gè)事件才能發(fā)生）證明充分性。例

如，證明某元素是植物必需的礦質(zhì)元素就可用下表思路進(jìn)行研究。表

1

證明某元素是植物必需的礦質(zhì)元素

步驟方法關(guān)系研究思路

第

1

步

共變法相關(guān)性

含某元素的完全培養(yǎng)液+幼苗，幼苗正常生長(zhǎng)第

2

步

求異法必要性

去除某元素的完全培養(yǎng)液+幼苗，幼苗不正常生長(zhǎng)

第

3

步

求同法充分性

去除某元素的完全培養(yǎng)液+幼苗+某元素，幼苗正常生長(zhǎng)還有在2019年高考全國(guó)1卷，第29題中，要我們證明干旱條件下氣孔開(kāi)度

減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，也可以用這種思路去進(jìn)行研究。.演繹推理

演繹推理是由一般到特殊的推理方法，它與“歸納法”相對(duì)，演繹推理的前提與結(jié)論之間的聯(lián)系是必然的，是一種確實(shí)性的推理。我們第一次接觸“演繹推

理”這種思維形式是在學(xué)習(xí)孟德?tīng)柕姆蛛x定律時(shí)提出的。每次講到這里，學(xué)生包括我總是不能很好地理解究竟什么是“演繹”，我們說(shuō)的最多的就是在演繹推理

中，孟德?tīng)栐O(shè)計(jì)了測(cè)交實(shí)驗(yàn)。這讓學(xué)生可能會(huì)有一種錯(cuò)誤的認(rèn)知，即演繹推理就是測(cè)交實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)科學(xué)思維的深刻認(rèn)知，通過(guò)對(duì)演繹推理模式的學(xué)習(xí)，我們可

以結(jié)合“三段論”的形式向?qū)W生深度剖析孟德?tīng)柺侨绾巍把堇[”的。所謂“三段論”包含3個(gè)部分：大前提，即已知的一般原理；小前提，即所研究的特殊情況；

結(jié)論，根據(jù)一般原理，即對(duì)特殊情況作出判斷。例如：所有催化劑都有催化作用，

酶是催化劑，所以酶有催化作用。

下面我們以孟德?tīng)柗蛛x定律為例，進(jìn)行“假說(shuō)-演繹”表2孟德?tīng)柗蛛x定律中的假說(shuō)—演繹法

步驟內(nèi)容

（（（1）為什么親本正、反交結(jié)果總是相同？

觀察實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題

2）為什么

F

只表現(xiàn)顯性性狀？13）為什么

F

會(huì)出現(xiàn)性狀分離，且顯、隱性之比是

3:1？

2（（（1）生物的性狀是由遺傳因子決定的。

2）在體細(xì)胞中，遺傳因子是成對(duì)存在的。作出假設(shè)

解釋現(xiàn)象3）在形成配子時(shí)，成對(duì)的遺傳因子彼此分開(kāi)，分別進(jìn)入不同

的配子，且

F

形成的配子種類及比例都相等。1（4）受精時(shí)，雌雄配子的結(jié)合是隨機(jī)的。

大前提：雜合子只形成兩種配子，小前提：兩種配子比例是1:1，

結(jié)論：雜合子測(cè)交后代比例是1:1。演繹推理

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行測(cè)交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果確實(shí)是

1:1。得出結(jié)論雜合子產(chǎn)生了兩種配子，且比例是

1:1，證明了分離定律。

通過(guò)以上描述，科學(xué)思維從思維形式上更加關(guān)注推理。三、科學(xué)思維從形成生命觀念上更加關(guān)注模型與建模

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所做的一種簡(jiǎn)化了的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具體的實(shí)物或其他形象化的手

段，有的則通過(guò)抽象的形式進(jìn)行表達(dá)。從中不難看出，建模就是對(duì)真實(shí)世界主觀抽象的描寫(xiě)。因此模型與建模是科學(xué)思維中非常重要的思維方法和認(rèn)知方式。而

“生命觀念”是指對(duì)觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進(jìn)行解釋后的抽象。為

了更好地形成生命觀念，我們應(yīng)該更加關(guān)注模型與建模這種科學(xué)思維認(rèn)知方式。例如，生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是科學(xué)家門(mén)基于一系列的實(shí)驗(yàn)證據(jù)提出的，它描述

了生物膜上蛋白質(zhì)和磷脂雙分子層的位置與作用，提供了人們認(rèn)知生物膜結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，更好地去理解生物膜的功能，從而更好地形成“結(jié)構(gòu)與功能觀”。還有在

自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響中，我們創(chuàng)設(shè)了一個(gè)情境示例，構(gòu)建了樺尺蛾第2至10年間基因型頻率與基因頻率變化的數(shù)學(xué)模型，使我們更好地理解基

因頻率與基因型頻率的概念，以及種群基因頻率變化與生物進(jìn)化的關(guān)系，最后得出生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)，以及決定生物進(jìn)化方向的因素，無(wú)形中形成了“進(jìn)化與適應(yīng)

觀”。當(dāng)然，還有我們構(gòu)建的血糖、體溫、水鹽平衡調(diào)節(jié)模型等能更有效地形成“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”。能量流動(dòng)過(guò)程模型能幫助我們形成“物質(zhì)與能量觀”。通過(guò)這些事

例，科學(xué)思維從形成生命觀念應(yīng)更加關(guān)注模型與建模。四、科學(xué)思維要求培養(yǎng)批判性思維和創(chuàng)造性思維。

“科學(xué)思維”是運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣和

能力。為了更好探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，科學(xué)思維要求我們培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維與創(chuàng)造性思維。思維的批判性指的是對(duì)前人的思維成果和名人的著作、論

述，不盲從不迷信，能夠給予客觀公正的評(píng)價(jià)，分析其優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，吸取優(yōu)點(diǎn)，批評(píng)缺點(diǎn)。對(duì)于自己的思維成果、自己提出的新假設(shè)，能虛心地作自我批評(píng)，堅(jiān)

持正確的、改正錯(cuò)誤的。因此，批判性思維是一種穿透了“無(wú)知的確定性”和“有知的混亂性”之后的一種高階思維，是需要經(jīng)專門(mén)訓(xùn)練才能培養(yǎng)的一種思維品質(zhì)。

批判性思維對(duì)科學(xué)的發(fā)現(xiàn)有著巨大的促進(jìn)作用，當(dāng)人們都認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的時(shí)候，艾弗里通過(guò)肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了DNA是遺傳物質(zhì)；當(dāng)鮑林認(rèn)為

DNA是三螺旋結(jié)構(gòu)時(shí)，兩位名不見(jiàn)經(jīng)傳的年輕人沃森和克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)；當(dāng)沃泰默認(rèn)為胰腺分泌胰液是神經(jīng)調(diào)節(jié)時(shí)，斯他林與貝利斯通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明

了胰腺分泌胰液屬于激素調(diào)節(jié)。創(chuàng)造性思維要求打破慣常的解決問(wèn)題的方法，將已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行改組或

重建，創(chuàng)造出個(gè)體前所未知的或社會(huì)前所未有的思維成果。創(chuàng)造性思維對(duì)生物科學(xué)的發(fā)展也是有著非常重要的作用。例如凱利·穆利斯就是在蜿蜒盤(pán)旋的128號(hào)

公路上行駛的時(shí)候，發(fā)明了PCR技術(shù)。還有人在某種因素的刺激下會(huì)有輕生的行為，那么我們是否可以讓細(xì)胞也有“輕生”的行為，從而為治愈癌癥提供可行的

思路與方法。而要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，我覺(jué)得可以從調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)造積極性、提高學(xué)生的認(rèn)知能力、不斷優(yōu)化學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、教給學(xué)生思維方法和

創(chuàng)造方法并組織創(chuàng)造性活動(dòng)等方面著手。綜上所述，本文分析了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維，認(rèn)為科學(xué)思維從

認(rèn)知方式上應(yīng)更加關(guān)注抽象思維，從思維形式上應(yīng)該更加關(guān)注推理，從形成生命觀念上應(yīng)該更加關(guān)注模型與建模，并培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維與創(chuàng)造性思維。希望

通過(guò)我的而分析，能讓教師在今后的教學(xué)中更好地應(yīng)用科學(xué)思維，能讓學(xué)生從科學(xué)思維層面上更好地理解并掌握生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)[1]