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科学思维培养在高中生物教学实践中的应用

——以必修二《DNA的复制》为例

摘要：随着新高考改革的不断推进，安徽省虽然未明确何时启动新高考改革，但已经在2020年秋季新生入学时全面施用新教材。新教材的修订中更注重于学生核心素养的养成，科学思维是高中生物学学科核心素养的重要内容。新教材是学生科学思维培养的良好载体，我们在教学实践中对如何落实科学思维培养进行了一些研究。本文通过以必修二《DNA的复制》一节为例进行分析，旨在对高中生物教学起到一定的帮助作用。

关键词：高中生物课堂；新教材；科学思维；DNA的复制

引言：作为一门综合性较高的科学学科，生物学学科在教学实践中应当关注学生学科核心素养的养成，这体现了生物学学科的育人价值。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中指出，“科学思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生发展科学思维包括能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法。

如何在高中生物课堂教学中落实科学思维的培养呢？本文以高中生物必修二《DNA的复制》为例进行探索，力求得到一些启发。

一、充分分析教材，领会编写意图

教材的编写经过了大量的史实考证，在材料的选择方面做了很多取舍，教材上所呈现的内容突出了学生生物学学科核心素养的培养，是教师在教学活动中落实课程目标的基本教学资源。

谭永平老师强调，“教学时，教材中显性化的科学思维训练内容，以及教材安排的探究实践中的思维运用，都应该让所有学生都有收获；教材引入的科学史素材、科学探究活动等，也应该努力挖掘其教育价值”。所以教师在进行教学准备的时候，应当先对教材进行深入分析，按照核心素养的培养目标来明确教材每个部分的编写意图。

DNA分子的结构是复制是分子遗传学的基本内容。DNA的复制是在学生已经掌握DNA分子机构的基础上，进一步引导学生认知DNA通过复制将遗传信息传递下去的过程。对DNA分子的复制有了准确理解后，将有助于学生深刻认识遗传的本质，还可以为后面继续了解变异和进化的相关内容打好基础。

在《DNA的复制》一节中，教材包括“对DNA复制的推测”“DNA半保留复制的实验证据”“DNA复制的过程”三部分。这三部分内容按照相关科学史顺序进行编排，呈现了人类对DNA复制的认知历程：即根据DNA分子结构推测DNA复制的机制，然后通过实验证明DNA半保留复制的机制，最后介绍DNA复制的具体过程。

教材“问题探讨”的情境，是沃森和克里克在论文《核酸的分子结构》中对DNA复制方式的推测。讨论题中，“碱基互补配对原则暗示DNA的复制机制可能是怎样的”，是鼓励学生在已学知识的基础上，运用创造性思维进行分析预测。“为什么要用‘可能’二字”，是从科学本质的角度设问，是批判性思维的体现。推测可以很大胆，但是得出结论必须建立在确凿的证据上，引导学生进行形成严谨务实的求知态度。

在“DNA复制的推测”中，教材既介绍了沃森和克里克提出的半保留复制的假说，也选取了同时期存在的众多其他假说中的全保留复制假说进行介绍，更全面的介绍科学家的探究过程，引导学生认识到科学研究的过程中可以提出不同观点，但假说的正确与否需要进一步通过实验验证。在介绍这两种假说的时候，教材配有“半保留复制和全保留复制示意图”，用不同颜色表示DNA分子的母链和子链，根据假说构建了模型，可以帮助学生更好地区别这两种假说。

在“DNA半保留复制的实验证据”中，教材通过“思考·讨论”活动引导学生进行演绎推理，既帮助学生了解新的实验技术，还提升了学生运用假说-演绎法分析和解决问题的能力。

在“DNA的复制过程”中，教材先介绍复制的过程，配有“DNA复制示意图”，将文字内容与模型相结合，易于学生理解。最后，教材用黑体字进行总结，引导学生对DNA复制进行归纳概括，明确DNA精确复制的原因和生物学意义。

课后的“练习与应用”中，既有通过概念检测题对DNA复制的相关概念进行强化，也有通过拓展应用题中的情境材料进行分析，在本节所学知识基础上引发学生思考，是创造性思维的训练。

二、教材内容重新组合，激发学生科学思维

我们重视教材，但不是对教材内容的照本宣科，应当是对教材内容进行整合后，按照学生的认知规律设计教学环节。每个班级、每个学生的学情是不同的。

教材的编写虽然有严谨的思路，但并不一定适合每个学生。教师教学过程中，应当根据学生的已有知识和学习能力重新构建有效的知识体系。经过全面梳理后，教师对教材内容背后所包含的思维训练、科学方法的内容有了深刻的理解，但是这些内容展现在学生面前却不是简单的平铺直叙。教师在开展教学时应当将教材中的各处思维点与已有的思维技能相联系，充分激发学生的科学思维。

谭永平老师说，“显性化的科学思维训练