高中生物学探究性实验教学中批判性思维的培养策略

2022-10-21娄志义陈延松

学周刊 2022年31期

丰蓉，何苗，娄志义，陈延松

（1.合肥师范学院，安徽合肥 230000；2.中国科学技术大学附属中学，安徽合肥 230000）

普通高中生物学课程标准（2017 年版2020 年修订）》中明确提出学生应该在学习过程中发展科学思维，运用批判性思维方法探究事物的内在规律、审视或论证生物学议题、解决实际问题。生物学探究性实验强调学生在实践探究中体会自主发现问题、尝试解决问题的科学思维过程，是培养高中生批判性思维的重要途径。基于此，笔者围绕人教版高中生物学教材探究性实验，结合批判性思维要素提出批判性思维培养策略，旨在为生物学教师培养高中生批判性思维提供参考。

一、探究性实验与批判性思维的概念界定

（一）探究性实验

探究性实验是指在实验结果未知的前提下实验者针对探讨的研究课题，提出相应的问题，再对其作出合理的假设，以假设为前提设计实验方案并进行实验获取实验数据，用于论证或推翻假设，最终形成科学结论的一种实验方式。探究性实验教学是训练学生科学思维能力的重要依托。

（二）批判性思维

批判性思维最早可追溯到古希腊时期苏格拉底提出的“探究性质疑”，也就是“助产术”，通过诘问的方式使对方对自己已有的认知产生怀疑，并促使其探寻正确的知识。批判性思维的定义一直在发展中，学者们对于批判性思维概念的观点不同，但都包含了强调人的主观能动性、批判的过程需要有充足的证据。钟启泉教授将“批判性思维”界定为：基于论据具有逻辑性的思考、有意识地琢磨、反思性地审思自身的思维过程，旨在更好地适应目标与情境的目标指向性思考。

二、高中生物学探究性实验与批判性思维的关系

科学思维的训练通常伴随着科学探究，前者是内在本质，后者是外在表现。批判性思维与探究性实验相辅相成。批判性思维是实验探究的基础和前提，能帮助学生严谨地思考和判断科学证据，发现物质之间的联系、规律和作用。探究性实验重视知识的发生、发展及发现过程，包含诸多批判性思维的倾向和技能要素，为培养批判性思维提供重要支撑。以新人教版普通高中教科书生物学必修1 教材为例，笔者梳理了探究性实验的分布，分析教材呈现的参考案例结合批判性思维要素，归纳得出探究性实验的主要批判性思维要素如附表所示。探究性实验教学重视在探究中培养批判性思维，巧用批判性思维解决探究问题，二者联系紧密。

附表人教版必修一高中生物学探究性实验主要批判性思维要素

三、高中生物学探究性实验教学中批判性思维的培养策略

（一）创设问题情境，激发批判性思维倾向

孔子提出：“疑是思之始，学之端。”在探究性实验教学中，由教师创设探究型问题情境，引导学生对情境进行分析、推理、判断并提出探究问题，是学生激发批判性思维倾向的有效途径。例如，在“探究植物细胞吸水和失水”这一实验开始前，教师可以展示农作物施肥之后出现“烧苗”的情境，引发学生对情境产生质疑，激发学生的求知欲，探讨导致植物“烧苗”的原因是什么。教师可以继续补充盐碱地植物不易存活的资料，促使学生从多角度思考和阐明自己的观点，同时要引导学生根据已经学过的“水进出哺乳动物红细胞的原理”进行类比和分析，作出合理的推理，提出探究问题：水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？在学生已掌握水进出细胞的原理的前提条件下，可以作出假设：“水进出植物细胞是渗透作用”。此外，由于学生已经掌握了植物细胞亚显微结构的知识基础，根据原生质层的定义，学生也较为容易提出探究问题“植物细胞的什么结构相当于半透膜”，并做出相应的假设。在问题情境的思辨过程中，学生注重寻找现象与结果之间的内在逻辑，从而提升自我的认知成熟度。

问题情境的创设不是盲目和随意的，在探究性实验中良好的探究型问题情境是激发批判性思维倾向的有效催化剂。教师需要引导学生尊重事实依据，秉持求真、开放的思想，利用真实问题情境并结合已学知识提出探究问题。

（二）坚持科学论证，强化批判性思维技能

论证技能是批判性思维的核心要素。生物学论证式教学中常引用图尔敏论证模型（简称：“TAP 模型”），该模型由六个成分组成，它是论证教学的重要理论基础、论证学习活动内容的重要组成部分。在生物学探究性实验教学中，大多数教师所采用的实验流程有6 个步骤：提出问题、作出假设、制订计划、实施计划、得出结论、表达和交流。探究性实验各环节都离不开科学论证。笔者整合了探究性实验流程与TAP 模型的实践步骤，二者联系如图所示。探究性实验中坚持科学论证是强化批判性思维技能的有效途径。

探究性实验与TAP 模型的联系

例如，在探究性实验“影响酶活性的条件”中，学生立足于教材所给资料多角度的分析，提出“pH 对酶活性有什么影响，温度对酶活性有什么影响”等探究问题，并在坚持实验控制单一变量、设置对照组的原则下，根据可利用的实验材料作出假设，找出实验自变量和因变量，拟定实验探究方案。以教材参考案例的方案为例，在探究性实验实施计划过程中，教师层层设问：（1）本实验为什么建议用过氧化氢酶探究pH 对酶活性的影响而不用淀粉酶？（2）如果把过氧化氢酶替换成蛋白酶是否可行呢？学生始终会带着“我的主张是什么，我能进一步解释我的观点吗，我的证据有哪些，这些证据可靠吗”等质疑不断审视自己的实验方案。在表达与交流时，学生能独立思考，同时能对他人的观点始终持开放态度，从而训练质疑—笃定的思维过程，培养学生在探究性实验中强化批判性思维技能。

探究性实验离不开论证，论证是权衡和评估各种证据的真实性，审慎地作出判断，验证所提假设是否成立的过程。师生都需要重视科学论证的过程，在科学论证的过程中批判性地检验思想，形成和阐述自己有理有据的观点，培养批判性思维技能。

（三）完善评价体系，塑造批判性思维品质

评价是基于准则和标准做出判断。高中生物学探究性实验评价应该包括两个方面，不仅对学生探究性实验操作过程进行评价，也要对学生批评性思维能力进行测量和评价，促进学生发展。

高中生物学探究性实验中利用评价量表或是工作单在一定程度上能促进学生反思。评价量表应有详细的评价标准，要包括学生在探究性实验中的各项表现，并提供反馈信息的空间。由学生自评、互评，帮助学生重视证据，注意自我思维过程，学会在反思中对探究实验方案做出恰当的修订。例如，在“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验中，实验评价量表要包括设计实验、实施实验、收集实验数据、得出结论等实验过程。由学生小组协作，写下实验方案，若以教材参考案例“探究光照强度对光合作用强度的影响”为例，教师和学生应该对探究问题的明确性、实验方案的合理性、实验操作的规范性、实验反思的深刻性等进行实作性评价。学生组内评价之后再完成组间互评，在分析讨论和评价中帮助学生内省、做到互相学习，从而塑造批判性思维品质。同时，批判性思维本身也存在一定隐匿性，通常需要借助一定的测量工具将其显现化。由于批判性思维界定的丰富性，批判性思维测量工具也在不断发展和完善中。目前，广泛应用的批判性思维测量工具主要是以选择题为主的《加利福尼亚州批判性思维倾向测量量表》（CCTDI）和《加利福尼亚批判性思维技能测试》（CCTST），对受试者批判性思维各要素水平进行评估。随着国内对批判性思维的不断研究，本土化的批判性能力测量量表也应运而生。在实际教学中，教师可选择性地利用普适性的测量工具对学生的批判性思维进行测量和评估。当然，不少学者尝试开发结合各学科领域特点的批判性思维测量工具，并进行信效度的检测。其中生物学学科批判性思维能力测量工具还有待进一步开发。

（四）拓展探究实验，提升批判性思维能力

一个批判性思维者不可缺少的条件就是对问题进行批判性和具有创造性的思考，不仅要熟悉批判性思维的技能，还应该知道如何运用批判性思维解决问题。学生利用已掌握的学科概念搜集并整合信息尝试对探究实验进行拓展和改进，能有效提升批判性思维能力。

例如，在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验教学中，教师组织学生对教材实验参考方案的不足之处进行讨论是必要的，思考该实验是否有其他的方案，怎样完善实验方案。待学生分析讨论之后，教师可提供实验改进案例，利用化学学科交叉知识即酒精沸点低、易挥发，尝试采用蒸馏法对该实验进行优化和改进。由学生比较分析改进前后的实验具有哪些优缺点，鼓励学生结合其他学科所学内容对本实验进行优化，学会用批判性思维看待问题。此外，在人教版高中生物学必修2“探究自然选择对种群基因频率变化的影响”实验中，教材参考案例为创设数字化问题情境的方法来探究，在实验探究中不难发现由于计算量大，计算的过程中学生容易出错，如果选择借助Excel 工具对桦尺蛾种群的基因型频率进行计算，能较好地辅助实验探究，从而构建出理想的数学模型。把理想化数学模型与真实情况相比较，学生更容易产生认知冲突。引导学生用批判性思维思考问题解决认知冲突，学生能够联系实际主动修正模型，深层次探讨种群基因频率与物种进化间的关系，促进了学生用批判性思维构建正确的学科知识，树立进化与适应的生命观念。

在探究性实验教学中，教师应该充分挖掘课程资源，鼓励学生发散思维、大胆质疑、勇于求证，基于教材而不局限于教材，在拓展探究性实验中提升学生批判性思维能力。