高中生物學探究性實驗教學中批判性思維的培養策略

豐 蓉，何 苗，婁志義，陳延松

（1.合肥師范學院，安徽合肥 230000；2.中國科學技術大學附屬中學，安徽合肥 230000）

普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》中明確提出學生應該在學習過程中發展科學思維，運用批判性思維方法探究事物的內在規律、審視或論證生物學議題、解決實際問題。生物學探究性實驗強調學生在實踐探究中體會自主發現問題、嘗試解決問題的科學思維過程，是培養高中生批判性思維的重要途徑?；诖?，筆者圍繞人教版高中生物學教材探究性實驗，結合批判性思維要素提出批判性思維培養策略，旨在為生物學教師培養高中生批判性思維提供參考。

一、探究性實驗與批判性思維的概念界定

（一）探究性實驗

探究性實驗是指在實驗結果未知的前提下實驗者針對探討的研究課題，提出相應的問題，再對其作出合理的假設，以假設為前提設計實驗方案并進行實驗獲取實驗數據，用于論證或推翻假設，最終形成科學結論的一種實驗方式。探究性實驗教學是訓練學生科學思維能力的重要依托。

（二）批判性思維

批判性思維最早可追溯到古希臘時期蘇格拉底提出的“探究性質疑”，也就是“助產術”，通過詰問的方式使對方對自己已有的認知產生懷疑，并促使其探尋正確的知識。批判性思維的定義一直在發展中，學者們對于批判性思維概念的觀點不同，但都包含了強調人的主觀能動性、批判的過程需要有充足的證據。鐘啟泉教授將“批判性思維”界定為：基于論據具有邏輯性的思考、有意識地琢磨、反思性地審思自身的思維過程，旨在更好地適應目標與情境的目標指向性思考。

二、高中生物學探究性實驗與批判性思維的關系

科學思維的訓練通常伴隨著科學探究，前者是內在本質，后者是外在表現。批判性思維與探究性實驗相輔相成。批判性思維是實驗探究的基礎和前提，能幫助學生嚴謹地思考和判斷科學證據，發現物質之間的聯系、規律和作用。探究性實驗重視知識的發生、發展及發現過程，包含諸多批判性思維的傾向和技能要素，為培養批判性思維提供重要支撐。以新人教版普通高中教科書生物學必修1 教材為例，筆者梳理了探究性實驗的分布，分析教材呈現的參考案例結合批判性思維要素，歸納得出探究性實驗的主要批判性思維要素如附表所示。探究性實驗教學重視在探究中培養批判性思維，巧用批判性思維解決探究問題，二者聯系緊密。

附表 人教版必修一高中生物學探究性實驗主要批判性思維要素

三、高中生物學探究性實驗教學中批判性思維的培養策略

（一）創設問題情境，激發批判性思維傾向

孔子提出：“疑是思之始，學之端?！痹谔骄啃詫嶒灲虒W中，由教師創設探究型問題情境，引導學生對情境進行分析、推理、判斷并提出探究問題，是學生激發批判性思維傾向的有效途徑。例如，在“探究植物細胞吸水和失水”這一實驗開始前，教師可以展示農作物施肥之后出現“燒苗”的情境，引發學生對情境產生質疑，激發學生的求知欲，探討導致植物“燒苗”的原因是什么。教師可以繼續補充鹽堿地植物不易存活的資料，促使學生從多角度思考和闡明自己的觀點，同時要引導學生根據已經學過的“水進出哺乳動物紅細胞的原理”進行類比和分析，作出合理的推理，提出探究問題：水分進出植物細胞是通過滲透作用嗎？在學生已掌握水進出細胞的原理的前提條件下，可以作出假設：“水進出植物細胞是滲透作用”。此外，由于學生已經掌握了植物細胞亞顯微結構的知識基礎，根據原生質層的定義，學生也較為容易提出探究問題“植物細胞的什么結構相當于半透膜”，并做出相應的假設。在問題情境的思辨過程中，學生注重尋找現象與結果之間的內在邏輯，從而提升自我的認知成熟度。

問題情境的創設不是盲目和隨意的，在探究性實驗中良好的探究型問題情境是激發批判性思維傾向的有效催化劑。教師需要引導學生尊重事實依據，秉持求真、開放的思想，利用真實問題情境并結合已學知識提出探究問題。

（二）堅持科學論證，強化批判性思維技能

論證技能是批判性思維的核心要素。生物學論證式教學中常引用圖爾敏論證模型（簡稱：“TAP 模型”），該模型由六個成分組成，它是論證教學的重要理論基礎、論證學習活動內容的重要組成部分。在生物學探究性實驗教學中，大多數教師所采用的實驗流程有6 個步驟：提出問題、作出假設、制訂計劃、實施計劃、得出結論、表達和交流。探究性實驗各環節都離不開科學論證。筆者整合了探究性實驗流程與TAP 模型的實踐步驟，二者聯系如圖所示。探究性實驗中堅持科學論證是強化批判性思維技能的有效途徑。

探究性實驗與TAP 模型的聯系

例如，在探究性實驗“影響酶活性的條件”中，學生立足于教材所給資料多角度的分析，提出“pH 對酶活性有什么影響，溫度對酶活性有什么影響”等探究問題，并在堅持實驗控制單一變量、設置對照組的原則下，根據可利用的實驗材料作出假設，找出實驗自變量和因變量，擬定實驗探究方案。以教材參考案例的方案為例，在探究性實驗實施計劃過程中，教師層層設問：（1）本實驗為什么建議用過氧化氫酶探究pH 對酶活性的影響而不用淀粉酶？（2）如果把過氧化氫酶替換成蛋白酶是否可行呢？學生始終會帶著“我的主張是什么，我能進一步解釋我的觀點嗎，我的證據有哪些，這些證據可靠嗎”等質疑不斷審視自己的實驗方案。在表達與交流時，學生能獨立思考，同時能對他人的觀點始終持開放態度，從而訓練質疑—篤定的思維過程，培養學生在探究性實驗中強化批判性思維技能。

探究性實驗離不開論證，論證是權衡和評估各種證據的真實性，審慎地作出判斷，驗證所提假設是否成立的過程。師生都需要重視科學論證的過程，在科學論證的過程中批判性地檢驗思想，形成和闡述自己有理有據的觀點，培養批判性思維技能。

（三）完善評價體系，塑造批判性思維品質

評價是基于準則和標準做出判斷。高中生物學探究性實驗評價應該包括兩個方面，不僅對學生探究性實驗操作過程進行評價，也要對學生批評性思維能力進行測量和評價，促進學生發展。

高中生物學探究性實驗中利用評價量表或是工作單在一定程度上能促進學生反思。評價量表應有詳細的評價標準，要包括學生在探究性實驗中的各項表現，并提供反饋信息的空間。由學生自評、互評，幫助學生重視證據，注意自我思維過程，學會在反思中對探究實驗方案做出恰當的修訂。例如，在“探究環境因素對光合作用強度的影響”實驗中，實驗評價量表要包括設計實驗、實施實驗、收集實驗數據、得出結論等實驗過程。由學生小組協作，寫下實驗方案，若以教材參考案例“探究光照強度對光合作用強度的影響”為例，教師和學生應該對探究問題的明確性、實驗方案的合理性、實驗操作的規范性、實驗反思的深刻性等進行實作性評價。學生組內評價之后再完成組間互評，在分析討論和評價中幫助學生內省、做到互相學習，從而塑造批判性思維品質。同時，批判性思維本身也存在一定隱匿性，通常需要借助一定的測量工具將其顯現化。由于批判性思維界定的豐富性，批判性思維測量工具也在不斷發展和完善中。目前，廣泛應用的批判性思維測量工具主要是以選擇題為主的《加利福尼亞州批判性思維傾向測量量表》（CCTDI）和《加利福尼亞批判性思維技能測試》（CCTST），對受試者批判性思維各要素水平進行評估。隨著國內對批判性思維的不斷研究，本土化的批判性能力測量量表也應運而生。在實際教學中，教師可選擇性地利用普適性的測量工具對學生的批判性思維進行測量和評估。當然，不少學者嘗試開發結合各學科領域特點的批判性思維測量工具，并進行信效度的檢測。其中生物學學科批判性思維能力測量工具還有待進一步開發。

（四）拓展探究實驗，提升批判性思維能力

一個批判性思維者不可缺少的條件就是對問題進行批判性和具有創造性的思考，不僅要熟悉批判性思維的技能，還應該知道如何運用批判性思維解決問題。學生利用已掌握的學科概念搜集并整合信息嘗試對探究實驗進行拓展和改進，能有效提升批判性思維能力。

例如，在“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗教學中，教師組織學生對教材實驗參考方案的不足之處進行討論是必要的，思考該實驗是否有其他的方案，怎樣完善實驗方案。待學生分析討論之后，教師可提供實驗改進案例，利用化學學科交叉知識即酒精沸點低、易揮發，嘗試采用蒸餾法對該實驗進行優化和改進。由學生比較分析改進前后的實驗具有哪些優缺點，鼓勵學生結合其他學科所學內容對本實驗進行優化，學會用批判性思維看待問題。此外，在人教版高中生物學必修2“探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響”實驗中，教材參考案例為創設數字化問題情境的方法來探究，在實驗探究中不難發現由于計算量大，計算的過程中學生容易出錯，如果選擇借助Excel 工具對樺尺蛾種群的基因型頻率進行計算，能較好地輔助實驗探究，從而構建出理想的數學模型。把理想化數學模型與真實情況相比較，學生更容易產生認知沖突。引導學生用批判性思維思考問題解決認知沖突，學生能夠聯系實際主動修正模型，深層次探討種群基因頻率與物種進化間的關系，促進了學生用批判性思維構建正確的學科知識，樹立進化與適應的生命觀念。

在探究性實驗教學中，教師應該充分挖掘課程資源，鼓勵學生發散思維、大膽質疑、勇于求證，基于教材而不局限于教材，在拓展探究性實驗中提升學生批判性思維能力。

四、結語

批判性思維包含了邏輯思維的全部特點，是一種重要的高階思維。高中生物學探究性實驗教學蘊含諸多批判性思維要素，是批判性思維培養的重要路徑。新課改背景下以核心素養為導向，教師應充分利用生物學探究性實驗教學資源，培養學生批判性思維。