《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中指出，“科學思維”是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務(wù)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。學生應(yīng)該在學習過程中逐步發(fā)展科學思維，如能基于生物學事實和證據(jù)，運用歸納與概括、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，審視或論證生物學社會議題。生物學學科知識的學習離不開科學思維，科學思維能力的發(fā)展又貫穿生物學學科知識的學習過程中，二者相輔相成，不可分割。

一、歸納與概括

李畫的《應(yīng)用論證式教學培養(yǎng)高中學生生物科學思維能力的研究》一文中提到，“歸納與概括”是指依據(jù)現(xiàn)有的知識本質(zhì)和特點對現(xiàn)有知識進行成體系整合，并最終形成“生物學大概念”的過程。這就要求學生在學習生物學知識時，要基于所學習的材料內(nèi)容，進行分類比較、分析梳理，明確前因后果、左右聯(lián)系，概括總結(jié)、綜合歸納出各知識點之間的關(guān)系，明確規(guī)律性的方法和結(jié)論，構(gòu)建生物學大概念。

例如，在學習“細胞核的功能”時，人教版高中生物學必修1第54-55頁的“思考·討論”中提供了4份資料。

（一）資料分析

資料1描述黑美西螈與白美西螈的細胞核移植實驗，將黑色美西螈胚胎細胞的細胞核取出來，移植到白色美西螈的去核卵細胞中。移植后發(fā)育長大的美西螈，全部是黑色的。說明子代體色性狀是由細胞核控制的。

資料4中，單細胞生物傘藻由“帽”、柄和假根三部分構(gòu)成，細胞核在基部。進行傘藻的嫁接實驗，將菊花型帽和傘型帽傘藻的帽、柄、假根分別切開，在傘型帽傘藻的假根上嫁接菊花型帽的柄為甲組，在菊花型帽傘藻的假根上嫁接傘型帽傘藻的柄為乙組，在相同且適宜條件下分別培養(yǎng)相同時間，甲組長出傘型帽，乙組長出菊花型帽，說明傘藻帽的形狀由假根決定。那怎么說明傘藻帽的性狀由假根中的細胞核控制呢？筆者引導學生設(shè)計出傘藻的嫁接實驗，將傘型帽傘藻、菊花型帽傘藻的帽分別切去，取出各自假根中的細胞核，在傘型帽傘藻的假根中植入菊花型帽的細胞核為丙組，在菊花型帽傘藻的假根中植入傘型帽傘藻的細胞核為丁組。在相同且適宜條件下分別培養(yǎng)相同時間，丙組長出菊花型帽，丁組長出菊花型帽，說明傘藻帽的性狀由假根中的細胞核控制。至此得出，細胞核控制細胞的遺傳。

資料2為蠑螈受精卵的橫縊實驗，即用頭發(fā)將蠑螈受精卵橫縊為有核與無核兩部分，中間只有部分細胞質(zhì)相連，在適宜條件下培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，有核的一半能分裂，無核的一半停止分裂。當有核一半分裂到16～32個細胞時，如果將一個細胞核擠入無核的一半，這一半也會開始分裂。最后兩半都能發(fā)育成正常胚胎，只是原來無核的一半發(fā)育得慢一些。說明受精卵發(fā)育成胚胎的過程中細胞分裂、分化生命活動受細胞核控制。

資料3中提供的是變形蟲的分割和細胞核移植實驗。將變形蟲分割成兩半，一半有核，一半無核。無核的一半雖然能消化已吞噬的食物，但不能攝取食物，對外界刺激不再發(fā)生反應(yīng)。有核的一半則照樣攝食，對外界刺激仍然有反應(yīng)。攝食、對外界刺激作出反應(yīng)都屬于細胞的代謝范疇，說明細胞核控制變形蟲細胞的代謝。

（二）實驗結(jié)論

資料1和資料4說明細胞核控制細胞的遺傳，資料2和資料3說明細胞核控制細胞的代謝。細胞核是細胞代謝和遺傳的控制中心，那細胞核為什么有這樣的功能呢？這與細胞核的結(jié)構(gòu)有關(guān)，既體現(xiàn)了生物學的“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的觀點，又調(diào)動了學生學習的積極性，將課堂學習興趣延續(xù)到課后。

二、模型與建模

李畫在《應(yīng)用論證式教學培養(yǎng)高中學生生物科學思維能力的研究》一文中提到，模型與建_{/G93jUr3o54LyQWoH1dg/5iQ9qTIbAu9SN+LK/7LzzA=}模主要是基于不同知識類型，選擇合適的模型類型，并選用相應(yīng)的方法進行模型的構(gòu)建?，F(xiàn)階段，生物模型主要分為概念模型、物理模型、數(shù)學模型。模型可以使抽象的知識具體化、直觀化，使復(fù)雜的知識簡單化，使雜亂的知識系統(tǒng)化。教師可在構(gòu)建模型的過程中培養(yǎng)學生的科學思維。

例如，在人教版高中生物學必修1第2章第5節(jié)核酸的學習中，理解課題“核酸是遺傳信息的攜帶者”是本節(jié)課的重點，也是難點。在課本“問題探討”中提出DNA指紋技術(shù)在案件偵破工作中有重要的作用，說明不同的人DNA指紋也不同，具有特異性。DNA指紋實質(zhì)是DNA攜帶的遺傳信息。要明確DNA攜帶的遺傳信息，就要了解DNA結(jié)構(gòu)。

（一）DNA結(jié)構(gòu)探究

DNA是由C、H、O、N、P五種元素組成，基本組成單位是脫氧核苷酸。首先，筆者在課堂上讓學生閱讀課本第35頁圖2-15《脫氧核苷酸和核糖核苷酸》，比較找出二者的相同點和不同點。學生發(fā)現(xiàn)一個核苷酸由一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子含氮堿基組成。H、O、P元素組成磷酸（H3PO4），從圖中可以看出，磷酸中的P元素為五價，P與O形成雙鍵，P同時和兩個羥基（—OH）相連，磷酸與五碳糖結(jié)合時，磷酸的一個羥基（—OH）提供一個—H，五碳糖五號碳原子的一個羥基—OH脫去一分子水，相互連接，五碳糖一號碳原子與含氮堿基脫去一分子水相互連接。讓學生通過教材圖2-16來明確DNA和RNA在化學組成上的異同，其共同有磷酸A、G、C，DNA特含堿基T，RNA特含堿基U，DNA特含脫氧核糖，RNA特含核糖，共同有磷酸。因此，核苷酸有脫氧核苷酸和核糖核苷酸兩類。四種脫氧核苷酸組成了DNA，四種核糖核苷酸連接構(gòu)成了RNA。接著，筆者通過視頻展示了四種脫氧核苷酸連接構(gòu)成DNA的過程，課件顯示四種脫氧核糖核苷酸連接構(gòu)成的DNA平面結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合課本第34頁圖2-14核苷酸連接而成的長鏈，畫出雙鏈DNA平面結(jié)構(gòu)圖。然后，展示學生所畫的多種多樣的物理模型。有學生提出，課件顯示的雙鏈DNA平面結(jié)構(gòu)圖是錯的，五邊形不能代表五碳糖，五邊形的頂角點代表氧原子，另外4個角頂點代表4個碳原子，沒有畫出5號碳原子。那怎么畫呢？筆者在屏幕上展示了這位同學畫的DNA平面結(jié)構(gòu)圖，讓他到講臺前講述?！八膱D畫得很精美，講述很精準，觀察得很仔細，理解得很到位，思路清晰，思維敏捷，值得肯定。”筆者給予了很高的評價。但有同學提出了疑問，認為課件圖和這位同學畫的堿基對有錯誤，筆者同樣展示了該同學畫的圖，并讓該同學講解，也給予了及時的肯定、表揚。有同學又質(zhì)疑：“A和T為什么畫成尖的，C和G是圓的？為什么A、T畫得長，G、C畫得短？”有同學說道：“書中圖2-14就是這樣畫的?！庇型瑢W提出反對意見：“這不是原因?！惫P者及時給出了評價，明確：“這確實不是原因，真正的原因大家課后在網(wǎng)上找，下節(jié)課分享給大家。這是今天的作業(yè)之一?！?/p>

（二）構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)模型

“下面利用下發(fā)的模型材料，兩人一組構(gòu)建雙鏈DNA平面結(jié)構(gòu)圖?！焙芸欤瑢W生就構(gòu)建出了DNA結(jié)構(gòu)模型。屏幕展示后，筆者對有錯誤的學生及時給予了校正，并讓學生重新組裝。筆者提出“數(shù)一下這些DNA結(jié)構(gòu)模型的種類數(shù)”。有學生說是“25種模型”。筆者及時追問：“為什么會有這樣的結(jié)果？”學生說：“關(guān)鍵是核苷酸的排列順序不同。”筆者及時引導：“DNA中核苷酸的排列順序就是遺傳信息。那一個由10個核苷酸組成的雙鏈DNA有多少種呢？”筆者畫出DNA簡圖，講解種類數(shù)有105種，若是n對脫氧核苷酸的DNA就有10n種，說明DNA結(jié)構(gòu)具有多樣性和特異性。筆者提議：“用每個人代表一個核苷酸構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)該怎么進行？”并提示：“可以用左拳代表磷酸，屈肘的肘關(guān)節(jié)代表五碳糖的5號碳原子，右手的不同變化代表四種堿基?！惫P者引導學生構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)模型。課后四人一組用其他材料構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)模型，下節(jié)課分享交流。

（三）DNA結(jié)構(gòu)特點應(yīng)用

多種建模的學習過程，既引導學生獲得了DNA結(jié)構(gòu)的有關(guān)知識，尤其明確了DNA結(jié)構(gòu)的特異性、穩(wěn)定性和多樣性，理解了DNA指紋技術(shù)在案件偵破及親子鑒定中的作用，又加深了學生對知識的理解、內(nèi)化和遷移運用，培養(yǎng)了學生科學思維的發(fā)散性、敏捷性和創(chuàng)新性。

三、演繹推理

李畫在《應(yīng)用論證式教學培養(yǎng)高中學生生物科學思維能力的研究》一文中提到，演繹推理主要是針對實驗現(xiàn)象、自然實際提出問題，作出假設(shè)，利用假說對現(xiàn)象進行解釋，設(shè)計實驗進行演繹和推理，進行實驗，進行檢驗，得出結(jié)論的過程。

例如，學習人教版普通高中生物學必修2孟德爾分離規(guī)律時，教材呈現(xiàn)了孟德爾的豌豆雜交實驗。

（一）雜交實驗現(xiàn)象

高莖豌豆與矮莖豌豆雜交發(fā)現(xiàn)，子一代全部是高莖，子二代高莖∶矮莖=3∶1，其中高莖是顯性性狀，矮莖是隱性性狀。用豌豆其他的六對相對性狀分別進行雜交實驗，發(fā)現(xiàn)存在同樣的現(xiàn)象：子一代全部是顯性性狀，子二代出現(xiàn)性狀分離，分離比3∶1。為什么會出現(xiàn)這種情況呢？

（二）雜交實驗現(xiàn)象的假說

孟德爾做出了如下假說：第一，生物性狀由遺傳因子決定，相對性狀由顯性遺傳因子（如D）和隱性遺傳因子（如d）決定。第二，在體細胞中，遺傳因子成對存在的遺傳因子為DD或dd的個體叫作純合子，遺傳因子為Dd的個體叫作雜合子。第三，生物體在形成配子時，成對的遺傳因子彼此分離，分別進入不同的配子中。配子中只含有每對遺傳因子中的一個。第四，受精時，雌雄配子的結(jié)合是隨機的。

（三）雜交實驗現(xiàn)象的解釋

在閱讀教材后，筆者讓學生嘗試用假說對高莖、矮莖豌豆相對性狀雜交實驗現(xiàn)象進行解釋。親代高莖豌豆的遺傳因子組合DD，產(chǎn)生D配子，親代矮莖豌豆的遺傳因子組合dd，產(chǎn)生d配子，子一代遺傳因子Dd，只表現(xiàn)D決定的性狀，因此子一代全部為高莖（顯性），子一代Dd產(chǎn)生D、d兩種雌配子，比例1∶1，產(chǎn)生D、d兩種雄配子，比例1∶1，雌雄配子隨機結(jié)合，子二代遺傳因子組合及比例為DD∶Dd∶dd=1∶2∶1，其中，DD和Dd都表現(xiàn)為高莖，dd表現(xiàn)為矮莖，性狀分離比為是3∶1。

（四）雜交實驗的演繹推理

上述解釋是否正確，關(guān)鍵在于子一代產(chǎn)生配子時，遺傳因子D與d彼此分離，產(chǎn)生比例為1∶1的D、d兩種配子。dd個體只能產(chǎn)生d配子，如果讓高莖Dd個體與矮莖dd個體雜交，子代就會出現(xiàn)高莖Dd與矮莖dd兩種個體，并且比例為1∶1。這就是演繹推理。在實驗田進行高莖Dd個體與矮莖dd個體雜交實驗，統(tǒng)計子代高莖與矮莖植株的比例。若比例為1∶1，則說明演繹推理是正確的，假說是正確的，尤其Dd個體產(chǎn)生配子時，D與d配子分離，進入不同的配子，獨立遺傳給子代是正確的。

使用假說演繹的思維方法展開教學，既讓學生獲得了孟德爾分離定律的相關(guān)知識，注重了知識的生成過程，又培養(yǎng)了學生的科學思維能力，尤其培養(yǎng)了學生的邏輯思維能力。

四、批判性思維方法

李畫在《應(yīng)用論證式教學培養(yǎng)高中學生生物科學思維能力的研究》一文中提到，批判性思維主要是指在學習的過程中，敢于懷疑和否定現(xiàn)存的觀點和論點，并能尋找論證及解決方案的思維方法。

例如，學習了核酸之后，我們要引導學生辯證地去看對核酸的功能表述“核酸是遺傳物質(zhì)，控制生物的遺傳和變異，在蛋白質(zhì)的生物合成中具有重要作用”。

（一）核酸的功能

核酸不是一切生物的遺傳物質(zhì)。如朊病毒的成分中沒有核酸，只含有蛋白質(zhì)，因此，朊病毒的遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)，不是核酸。細胞中的核酸有DNA和RNA兩大類型，在DNA控制生物性狀，也就是DNA指導蛋白質(zhì)的生物合成中，三種RNA起輔助作用。因此，細胞生物無論是真核生物還是原核生物，遺傳物質(zhì)都是DNA，RNA不是遺傳物質(zhì)。艾滋病毒等的成分是RNA和蛋白質(zhì)，不含DNA，因此RNA是遺傳物質(zhì)。噬菌體等病毒的成分中，不含RNA，含有DNA和蛋白質(zhì)，DNA是遺傳物質(zhì)。

（二）促胰液素的發(fā)現(xiàn)

促胰液素的發(fā)現(xiàn)史實際上是培養(yǎng)學生批判性思維的很好例證。當時人們認為，胃酸進入小腸促進胰腺分泌胰液是神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果。沃泰默探究這個結(jié)論是否正確，他將通往小鼠小腸的神經(jīng)剔除，用稀鹽酸灌注小腸，胰腺分泌胰液。說明神經(jīng)調(diào)節(jié)可能不是胰腺分泌胰液的調(diào)節(jié)機制。但沃泰默迷信權(quán)威，認為問題出在未將通往小鼠小腸的神經(jīng)剔除干凈，致使胰腺分泌胰液。因此，胰腺分泌胰液仍然是神經(jīng)調(diào)節(jié)。斯他林和貝利斯則認為胰腺分泌胰液不是神經(jīng)調(diào)節(jié)，可能是鹽酸刺激小腸黏膜分泌的化學物質(zhì)起作用的結(jié)果，設(shè)計了實驗方案，并論證了結(jié)論的正確性。用稀鹽酸靜脈注射狗的小腸靜脈，狗的胰腺不分泌胰液，說明稀鹽酸不能直接調(diào)節(jié)胰腺分泌胰液。將狗的一段小腸黏膜剮下，加入稀鹽酸和少量石英砂，充分研磨、過濾，取等量的提取液滴注到小鼠小腸靜脈，小鼠胰腺分泌胰液。提取液中含有稀鹽酸和小腸黏膜分泌的化學物質(zhì)。與前面的實驗比較，稀鹽酸不調(diào)節(jié)胰腺分泌胰液，胰液分泌與否，通往小鼠小腸的神經(jīng)系統(tǒng)都正常，說明神經(jīng)調(diào)節(jié)可能不是胰腺分泌胰液的調(diào)節(jié)機制。綜合上述情況，胰腺分泌胰液可能是小腸黏膜分泌物調(diào)節(jié)的結(jié)果。學生在學習中，通過例證論證說明以及設(shè)計方案并實施，證明自己的觀點和結(jié)論，既獲得了相關(guān)生物學知識，明白了知識的來龍去脈和前因后果，加深了對知識的理解，又培養(yǎng)了科學思維能力和思維方法。

五、創(chuàng)造性思維方法

李畫在《應(yīng)用論證式教學培養(yǎng)高中學生生物科學思維能力的研究》一文中提到，創(chuàng)造性思維主要是指在學習過程中，善于在事物中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有矛盾，并通過富有創(chuàng)造力的方式進行論證的思維方法。在教學中，教師要從學生的視角出發(fā)，引導學生對所給的材料問題從正向、逆向不同的角度去思考、去尋求解決方法；也可以針對問題，引導學生一題多變，設(shè)計題干，一題多解，對題型歸類，總結(jié)規(guī)律性的解題方法與技巧，培養(yǎng)學生的科學思維能力。

（一）逆向思維

學習孟德爾自由組合定律的內(nèi)容中，教師可引導學生演繹推理測交實驗。按照假說，測交實驗中，子一代YyRr產(chǎn)生配子時，Y與y分離，R與r分離，Y（或y）與R（或r）自由組合，產(chǎn)生YR、Yr、yR、yr四種配子，比例為1∶1∶1∶1。個體yyrr產(chǎn)生yr一種配子，子一代YyRr與個體yyrr雜交，就是測交，其子代會出現(xiàn)YyRr、Yyrr、yyRr、yyrr四種個體，比例為1∶1∶1∶1。由此，教師可以引導學生逆向思維，由于個體yyrr產(chǎn)生yr一種配子，可以從子代四種個體的遺傳因子組合（YyRr、Yyrr、yyRr、yyrr）中都去除yr，可以得到Y(jié)R∶Yr∶yR∶yr=1∶1∶1∶1，這就是雜交中另外一種個體產(chǎn)生的配子及比例，從而推出這一個體的遺傳因子組合為YyRr，這就獲得了一種解題思路和方法。

（二）規(guī)律性的解題方法與技巧

在研究一對相對性狀的遺傳時，教師可引導學生對控制相對性狀的遺傳因子（基因）在染色體上的分布狀況進行分組討論，從中獲得不同題型的解題思路和解題方法。

若控制性狀的基因只位于Y染色體上，性狀只出現(xiàn)在男性個體，且不存在顯性、隱性區(qū)分，因為一般情況下，Y染色體只出現(xiàn)在男性個體的體細胞中，并且成單存在。若控制相對性狀的一對等位基因位于常染色體上，體細胞中的基因成對存在，性狀表現(xiàn)男女沒有差異。若控制相對性狀的一對等位基因位于X染色體上，男性顯性的基因型為XDY，男性隱性的基因型為XdY，女性顯性的基因型為XDXD、XDXd，女性隱性的基因型為XdXd，人群中，男性隱性性狀的概率高。隱性女性所生男孩一定是隱性。女性顯性性狀的概率高。顯性男性的女兒一定是顯性。這樣的分類討論，可以引導學生掌握一些針對人類遺傳病規(guī)律性的解題方法和思路，并且培養(yǎng)學生科學思維的靈敏性、發(fā)散性和創(chuàng)造性。

總之，在高中生物學教學中，教師要從學生的視角出發(fā)，充分整合課內(nèi)、課外的多種資源，用科學思維方法實施教學活動，實現(xiàn)科學知識獲得與思維能力提高同步。

（作者單位：寧夏育才中學）

編輯：常超波