生物學科核心素養背景下學生科學思維的培養及案例設計目錄TOC\o"1-2"\h\u18957【關鍵詞】科學思維；學科核心素養；思維能力 1130931緒論 1170331.1研究背景 169831.2研究目的及意義 219221.3研究現狀 3322262概念闡述及理論基礎 4200282.1科學思維的內涵 4216772.2理論基礎 4258753科學思維下的教學策略創新 5271713.1呈現教材的感性材料，訓練科學思維 550823.2創新課堂活動，發展科學思維 763853.3以核心素養為導向，創設真實問題情境 10154004教學案例《細胞核的結構和功能》的設計 10203544.1教學內容分析 1084814.2學習者分析 10166854.3教學目標 10149754.4教學重難點 11147404.5教學過程 11217344.6教學反思 16276955總結與展望 164548參考文獻 17【摘要】科學思維是在感性認識的基礎上，認同科學事實、原理在科學認識活動中的作用，運用思維方法認識客觀事物本質的反映過程，形成解決實際問題的科學思維習慣和能力。基于該內涵，依托生物學科核心素養背景，為培養學生的科學思維提出教學建議：一、以新教材中的科學史、圖表、問題情境、正文旁欄等材料為載體，呈現感性材料，訓練學生科學思維，把握事物本質；二、教師在課堂活動中通過創設認知沖突、開展實驗設計、體驗探究活動等形式，發展學生的科學思維，并建構生物學概念；以核心素養為導向，以日常生產和生活中的生物學問題為素材創設情境，引導學生運用科學思維解決問題，進而提升學科核心素養。【關鍵詞】科學思維；學科核心素養；思維能力1緒論1.1研究背景人才是國家綜合國力的指標，是創新的第一資源。隨著時代的發展與進步，信息迭代速度加快，所覆蓋的知識領域不斷拓寬，基礎教育有效的學時固然無法承載所有知識。因此相對于傳授知識，培養學生自主獲取知識、擁有思辨和創新實踐能力更重要。教育部《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中提出，培養學生的核心素養落實育人任務[1]。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中首次凝練提出學科核心素養，充分體現學科特點與育人價值。其中，科學思維是人類認識和解決問題的有效思維途徑，促進有效的科學探究，也是形成生命觀念的重要途徑。發展科學思維能力有助于學生逐步形成思維能力與必備品格。科學思維在探究過程中不斷發展，而科學探究的方法途徑又取決于生命觀念[2]。發展科學思維促進學生核心素養的形成。目前，在高中生物學課堂中，學生科學思維的培養仍存在一些不足，如：學生習慣于傳統灌輸式的課堂，思維能力較弱；課堂教學中探究性活動較少；教師未能采取正確的教學策略訓練學生的思維能力等。基于此，本論文對科學思維的內涵做出闡述，以新版高中生物學必修及選修教材為支撐，立足于課堂活動的創新實踐提出教學建議，并以高中生物學必修1《分子與細胞》[3]（以下簡稱必修1）《細胞核的結構和功能》為典型進行課堂教學實踐的案例設計，為一線中學生物學教師提供教學實踐參考。1.2研究目的及意義1.2.1研究目的其一，在分析國內外科學思維研究現狀的基礎上，結合不同教育學者的觀點，對科學思維的內涵做出闡釋，為一線教育研究者加深對科學思維的理解提供參考。其二，聚焦于分析新教材的呈現方式及以學生為主體的課堂活動創新，為培養學生的科學思維能力提出一些建學建議，從而為一線教育研究者提供教學實踐參考。其三，以《細胞核的結構和功能》為典例進行教學案例的設計，利用教學策略發展學生科學思維能力，促進學生思維逐漸實現由簡單的理解到高階思維的提升，養成科學的思維習慣，提升學科核心素養水平，達到理論轉化為教學實踐的成效。1.2.2研究意義理論意義基于國內外不同教育研究者對科學思維所做出的研究，對科學思維的內涵做出闡述，有助于加深一線中學生物學教師對科學思維的理解，為其在教學實踐中發展學生思維能力、提升核心素養水平等提供理論基礎。實踐意義以新教材及課堂活動為載體，為發展學生的思維能力提供一些教學上的建議，并以《細胞核的結構和功能》為例進行教學案例設計引導學生提高科學思維能力，具有一定的現實意義。1.3研究現狀1.3.1國外對科學思維的研究現狀科學思維在國外的研究由來已久，最早起源于蘇格拉底的“助產術”[4]。亞里士多德選擇人類作為研究對象，第一個對人類邏輯思維問題進行較為系統的研究，在研究過程中以歸納與推理為主要思維手段提出三段論。皮亞杰認為教育更重要的是培養思維，思維模式最終決定了知識的樣式，即知識結構的樣式[5]。而美國教育學家杜威則主張“反省思維”，強調思維的過程是通過對問題不斷深究，進而使情境發生轉變的有效過程。布魯納強調主動獲取知識，搭建新舊知識之間的聯系，進而形成認知結構框架的思維過程[6]。庫恩以理論和證據的漸進分化和協調為中心，提出了科學思維過程發展的框架，推動了科學思維的發展[7]。美國“21世紀技能”細化核心素養，其中對“學習與創新技能”的評估與我國核心素養中的科學思維內容基本一致[8]。國際權威教育評估項目PISA，通過情境測試評價學生科學能力。近年來的PISA測試主張全納的科學教育，引導其終身熱愛學習，有助于形成正確的價值觀和思維習慣，為其未來生活和發展奠定基礎[9]。綜合來說，國外對于科學思維的研究起步較早，在科學思維的內涵、作用、培養、評價等方面都有較系統的研究，且重視程度高，體現在至今各國仍在開展多種評估體系用于評價學生的科學思維。將其總結，大多提倡以事實為基礎，借以情境化設計，以思維方式或方法為手段，啟發學生思考、分析、解決問題，在實踐中提升科學思維能力。1.3.2國內對于科學思維的研究現狀我國在科學思維方面的研究起步較晚，但最早可追溯到孔子提倡的“不憤不啟，不悱不發”，通過啟發和引導的方式幫助學生有所領悟、逐漸明白事件其中的含義，學生在教師的引導下及自主思維過程中不斷鍛煉自己的思維能力[10]。劉述舜是我國最早提出培養科學思維的現代學者之一。他認為要促進醫學現代化的發展，必須注重對醫學科研人員思維能力的培養，使其具有運用已知的知識探索未知領域的能力[11]。林崇德提出的“思維結構理論”，強調思維是一種有目的的活動，是人類獨有的理解問題和解決問題的能力[12]，強調了科學思維的重要性。胡衛平提出科學思維能力的結構模型，描述科學思維的內容、方法及品質三者之間的關系，認為思維能力的培養要以恰當的教學內容、方法為基石，基于學生的知識儲備指導學生掌握思維方法，注重結合具體內容訓練學生思維品質。以“生物學+科學思維”為主題在CNKI上檢索，得到文獻整體趨勢圖（如圖1），可以看出近年來，特別是在2016年后，國內的教育學者對科學思維的研究不斷增多，科學思維的研究視角也有所拓寬。這說明隨著生物學學科核心素養的提出，科學思維的豐富內涵被越來越多的教育學者所關注。對其總結，近年來的文獻在科學思維的內涵、培養策略、評價體系等方面都有提出更深入的看法與建議，推動科學思維的進一步發展。圖1“生物學+科學思維”文獻總體趨勢分析Fig.1Generaltrendanalysisof"Biology+ScientificThinking"literature2概念闡述及理論基礎2.1科學思維的內涵科學思維是人類利用科學抽象的成果--概念、符號和思想模型實現的更深層次的意識行動，是主體認識客體本質的意識活動和認知形態。[13]。由此可見，科學思維主要作為認知活動及認識形式，促進感性認識上升到思維階層，從而認識客體本質。理性思維基于證據和邏輯推理，具有明確的思維方向和充分的思維基礎，是一種能觀察、比較、分析、綜合、抽象和總結事物或問題的思維[14]。該論點認為科學思維必須以證據和邏輯為前提，掌握思維方法，逐步用以分析或解決問題。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱課標）中提到：“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，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[15]。《課標》中所闡述的科學思維是以認知態度與行為為出發點，促進行為、思維習慣及能力的統一，從而提升問題解決能力。基于上述內容中對科學思維的闡述，結合《課標》及部分教育學者的論點，由此認為：科學思維是在感性認識--即科學事實的基礎上，認同科學事實、原理在科學認識活動中的作用，運用思維方法--即歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創造性思維等認識客觀事物本質的反映過程，形成解決實際問題的思維習慣和能力。通過實踐獲取的科學事實只是科學認識的基礎，學生還需在內在動機的驅動下以思維方法為依托上升到理性認識，才能逐步形成必備品格及關鍵能力。2.2理論基礎2.2.1建構主義學習理論建構主義學習理論提到教師必須隨著教學情境的變化學會轉變角色，不再是傳統意義上的“知識提供者”，而是幫助學生知識建構的“協助者”。在教學中，根據學生的實際情況設計課堂活動，為學生呈現事實材料，學生在學習過程中積極思考，運用思維方法分析、檢驗問題，建構新的知識，提升思維能力。2.2.2概念轉變理論以往的學習和生活經歷會使學生在某些概念上存在偏差或錯誤的經驗的理解[16]，因此在教學過程中，一是要充分了解學生的知識儲備，基于學生的學情設計探究性活動引發學生對先前概念的質疑或不解，從而充分考慮不同概念的合理性，最終建構新概念；二是在課堂上為學生提供表達觀點的機會，包括教師也進行與課題相關的觀點表述，有助于學生在此過程中主動參與學習并理解、接受新概念。2.2.3杜威的反省理論杜威反省思維具有五大基本特質[17]，其與培養學生科學思維相契合，在教學過程中利用設計問題情境或體驗探究活動，引導學生大膽做出猜想，擺事實講證據，運用思維方法分析驗證猜想，最終獲取知識，解決真實情境中的問題，促進思維能力的發展。3科學思維下的教學策略創新新版高中生物學必修及選修課程模塊以生物學事實、概念為基礎，在教材編寫上為學生呈現大量感性材料--即科學事實，注重在教學實踐活動中引導學生領悟并掌握思維方法，從而認識事物本質，發展科學思維，本部分將舉例說明充分利用新教材，創新課堂活動以發展學生的科學思維。3.1呈現教材的感性材料，訓練科學思維3.1.1科學史教材中呈現大量科學史，為學生探索科學家發現真理過程、學習領會科學的思維方法和工作途徑提供良好范本。如必修1《細胞膜的結構和功能》：表1對細胞膜成分的探索過程中所需的科學思維方法Table1Scientificthinkingmethodsneededintheprocessofexploringcellmembranecomponents科學事實科學思維方法事物本質歐文頓的細胞通透性實驗結果歸納與概括細胞膜是由脂質組成的丹尼利/戴維森的細胞張力實驗類比推理細胞膜除含脂質分子外，可能還附有蛋白質溶解脂質及蛋白酶解實驗結果演繹推理、歸納與概括細胞膜組分主要含有脂質和蛋白質類似的應用還出現在必修1《細胞是生命活動的基本單位》中分析科學家基于觀察和實證，結合歸納概括，經過不斷修正完善建立細胞學說的過程；必修1《光合作用與能量轉化》中探索光合作用原理的實驗過程等，以科學史內容為依托，學生能夠逐步運用多種思維方法進行科學探究，理解和建構知識，發展思維能力。3.1.2圖表圖表具有直觀性和概括性，有利于將零散的知識點直觀聯系，為學生搭建知識橋梁，從而把握所學內容。基于此，教材以圖表為載體，演繹現象，幫助學生在參與探究活動的過程中學習學科知識，訓練科學思維。以必修1《細胞的多樣性和統一性》為例：通過初中階段的學習，學生學會使用低倍顯微鏡觀察細胞結構，但尚未接觸到高倍鏡。因而在開展使用高倍顯微鏡觀察細胞的探究活動之前，以小組為單位，根據光學顯微鏡的構造原理和低倍鏡的使用方法，引導學生設計使用高倍鏡的方法步驟。在學生初步構想出實驗方案后，教師進行評價，最終由學生歸納得出使用高倍鏡的具體步驟及注意事項。在從低倍鏡觀察過渡到高倍鏡觀察細胞的過程中，通過小組合作探究設計方案，學生得以把握低倍鏡與高倍鏡的異同點，有利于培養類比推理能力。又如：必修2《遺傳與進化》（以下簡稱必修2）[18]《DNA的復制》“思考·討論”欄目中引導學生運用演繹推理分析含14N培養液中所提取到的DNA離心結果，從而證明DNA的復制是以半保留的方式進行的，有利于培養其演繹與推理思維能力。必修1《細胞的分化》“思考·討論”欄目中展示構成人體組織的不同細胞，引導學生通過觀察其形態、結構等特點，嘗試歸納得出四種細胞在生命活動中所承擔的生理功能，加深對細胞分化概念的理解。3.1.3問題情境新教材以科學事實為基礎，設置問題情境驅動學生學習，引導學生利用思維方法解決問題，從而認識事物本質、建構生物學概念，發展科學思維。如必修1《細胞是生命活動的基本單位》：表2分析細胞學說建立過程所運用的科學思維方法Table2Thescientificthinkingmethodusedintheestablishmentofanalyticalcelltheory問題科學思維方法事物本質細胞學說主要闡明細胞的多樣性還是生物界的統一性？分析與綜合、歸納與概括通過揭示動植物的統一性，闡明生物界的統一性從施萊登和施旺所使用的科學方法的角度出發，分析“所有的動植物都由細胞構成”這一結論是否可信？批判性思維不完全歸納法的應用；動植物個體與細胞的內在規律性關系魏爾肖得出的結論是否表示身體的每個細胞都凝聚著漫長的進化史？演繹與推理細胞學說與進化論的關系科學發現具有哪些特點？抽象、歸納與概括重視觀察與實證，需要歸納與概括；科學的發現依賴于技術的進步；科學理論的建立要經歷不斷修正完善的過程。類似的應用還出現在必修1《被動運輸》“思考·討論”中通過問題情境化設計，如提問學生：當細胞吸水膨脹或失水皺縮時，水分子發生擴散作用的方向；細胞內的血紅蛋白等有機物能否通過細胞膜；在上述過程中體現細胞膜的什么特點等，學生在探討問題的過程中得出結論，進而掌握水分子進出哺乳動物紅細胞的原理。又如必修1《細胞核的結構和功能》“思考·討論”中通過設計問題串引導學生深剖4則資料概括細胞核的功能等。3.1.4正文旁欄教材在正文的旁欄部分設置了批判性思維專欄[19]（如表3），鼓勵學生有理有據地提出質疑，勇于表達出不同觀點或想法：表3人教版高中生物必修/選修教材中批判性思維欄目統計Table3StatisticsofCriticalThinkingColumninSeniorHighSchoolBiologyCompulsory/ElectiveTextbookspublishedbyPeople'sEducationPress教材/課時內容必修1/細胞中的糖類和脂質纖維素很難被消化，為什么還被稱為人類的“第七類營養素”？必修2/基因表達與性狀的關系對“基因決定生物體的性狀“這一觀點的評價。必修2/自然選擇與適應的形成你能舉例反駁用進廢退、獲得性遺傳的觀點嗎？/如何評價“將‘適者生存’改為‘適者繁殖’”這種觀點？選擇性必修1《穩態與調節》[20]（以下簡稱選擇性必修1）/免疫學的應用能否讓患免疫缺陷病的兒童接種疫苗（尤其是減毒活疫苗）？選擇性必修2《生物與環境》[21]（以下簡稱選擇性必修2）/生物多樣性及其保護修建高速公路、鐵路等活動會威脅到某些野生物種的棲息，這給你什么啟示？3.2創新課堂活動，發展科學思維3.2.1認知沖突培養思維能力離不開問題的產生，因而教師在教學中要學會利用這一特點，依據學生已有的知識和思維特點設置疑問，制造矛盾，從而引發學生的認知沖突，發展科學思維。以必修2《染色體變異》為例：學生的前概念，如：一個染色體組就是單倍體，兩個染色體組即為二倍體，多個染色體組即為多倍體。教師在組織課堂教學活動時，可組織學生以小組合作探究學習完成模型建構，利用物理模型或概念模型表示“單倍體”“二倍體”“多倍體”。學生在建構模型的過程中思維相互碰撞，引發認知沖突，從而意識到對核心概念的理解偏差。在此基礎上，教師引導學生建構“單倍體”、“二倍體”、“多倍體”概念，強調單倍體是不經受精直接發育而成的，二倍體及多倍體的前提是由受精卵發育而來。在實現前概念轉變的過程中實現知識遷移，既有利于學生建構新概念，又有利于鍛煉學生的模型與建模、歸納與概括思維能力。類似的應用還出現在必修1《細胞的衰老和死亡》中探討細胞衰老與個體衰老的關系，引發學生關于“細胞衰老是否等同于個體衰老？”的思考，引導學生考慮單細胞生物和多細胞生物兩種不同的情況，從而建構對細胞衰老的正確理解；其余還出現在必修1《光合作用與能量轉化》學生經過前期的學習會誤認為暗反應在有光存在的條件下無法進行，因而要引導學生比較光反應和暗反應發生的條件、場所等內容，加深對光合作用發生過程的理解等。3.2.2實驗設計實驗教學是促成學生達成生物學學科核心素養的重要支撐[15]。因此利用實驗設計的課堂活動，學生能夠學以致用，將所學知識和思維方法遷移到生活實際中，既有利于提高動手實踐的能力，又能夠激發自身的創造力。以選擇性必修2《生態系統的穩定性》為例：在學生習得生態系統的相關知識后，教師可引導學生依據生態系統的原理，充分考慮生態系統的各組成成分設計生態缸，包括不同組分與營養級之間的合適比例等，實驗過程中需撰寫實驗方案、設計觀察記錄表及實驗報告。在實驗結束后，教師可以開展分享評價課堂活動，學生在分享和評價過程中有所啟發，進一步優化自己的實驗方案，提高實驗效果。類似的應用還出現在必修1《被動運輸》：類比于水進出哺乳動物紅細胞的原理，引導學生以小組為單位設計實驗探究“水進出植物細胞是否也通過滲透作用”，教師深入合作小組與學生充分討論，充分考慮植物細胞的結構特點、實驗的自因變量、實驗材料的選取、實驗結果的預設等因素，幫助學生設計并實施合適的實驗方案，最終得出結論。實驗設計的過程，學生思維在不斷碰撞中提升，有助于發展演繹與推理及創造性思維能力。其余應用還出現在《降低化學反應活化能的酶》中讓學生通過自主設計實驗探究不同溫度或PH等條件下酶的活性，記錄數據繪制實驗曲線圖，分析實驗結果從而得出酶的作用條件等。3.2.3體驗探究探究式的學習活動能給予學生參與和實踐的機會，學生進行觀察、發現問題并嘗試應用所學知識進行探究，得出結論，才能更好地掌握科學知識，從而發展科學思維。以必修2《基因在染色體上》為例：教師講授薩頓觀察到的實驗現象引導學生把基因和染色體聯系起來，并對其進行假設，指導學生以此為出發點，運用演繹與推理思維方法，一是驗證孟德爾豌豆雜交實驗結果，即“F1代為高莖性狀，F2代出現性狀分離，高莖：矮莖=3：1”，二是預測果蠅的測交實驗結果，即紅雄：紅雌：白雄：白雌=1：1：1：1，通過演示實驗結果，證明其假說正確性。該節內容中還存在另一處假說演繹線索，教師可將該內容作為學生課堂合作學習的材料。在該教學活動中，教師以體驗探究為依托，讓學生利用已知條件進行演繹推理，從而發展演繹與推理能力。除此之外，教師可利用概念模型的方式引導學生體驗探究，從而發展模型與建模能力。如：必修1第2章《組成細胞的分子》中，學生通過構建集合圖掌握判斷部分化合物的方法（如圖2），將葉綠素、血紅蛋白等幾種重要的化合物充分聯系。必修2《基因表達與性狀的關系》中利用概念圖（如圖3）將基因與性狀之間的關系聯系起來。在實際教學活動中，教師可借助概念圖作為板書，指導學生串聯整節課的知識，亦可作為課前復習的工具，讓學生以概念圖的形式自主建構基因表達與性狀之間的關系。概念模型作為直觀工具，有利于學生進行發現學習，自主構建知識體系，從而提高思維能力。圖2重要化合物集合圖Fig.2Setdiagramofimportantcompounds圖3《基因表達與性狀的關系》概念圖Fig.3ConceptmapofRelationshipbetweenGeneExpressionandTraits3.3以核心素養為導向，創設真實問題情境學生發展思維能力，最終是為解決實際問題所服務。在課堂活動中，教師圍繞生產生活實際創設問題情境，引導學生運用科學思維解決問題。以必修1《細胞中的糖類和脂質》為例：在課堂小結后，以“糖尿病患者的飲食有很大的限制，為何除了甜食之外，還要限量食用米飯、饅頭等主食呢？”問題為出發點，結合中國營養學會制定的膳食指南中關于糖攝入量的控制水平，引導學生運用分析與綜合、抽象與概括等思維方法結合所學知識解釋問題，讓學生為糖尿病病人制定一份合理的食譜。通過滲透具體實例幫助學生逐步形成運用學科知識解決問題的能力，同時培養學生的社會責任感。類似的應用還出現在選擇性必修3《生物技術與工程》[22]第4章第1節《轉基因產品的安全性》：轉基因食品是否安全一直是人們爭論的焦點。教師可引導學生運用所學知識，針對轉基因食品的安全性進行科學審視與判斷，從而理性對待轉基因產品，這有利于學生關注科學、技術和社會的相互關系，還有利于“科學思維”這一核心素養的落實。4教學案例《細胞核的結構和功能》的設計4.1教學內容分析“細胞核的結構和功能”位于人教版高中生物學教材必修1第3章第3節，包括：細胞核的結構、細胞核的功能、細胞是一個統一的整體三部分內容，為后面學習細胞分裂等內容奠定基礎。本課時以克隆牛的熱點話題導入新課，充分引起學生的探究興趣。基于教材中呈現的4則材料設置問題情境，引導學生進行演繹推理得出細胞核的功能。而細胞核的功能由它的結構所決定，自然過渡到對細胞核結構的探索。基于細胞各部分在結構和功能上的聯系，強化系統觀念。另外在“細胞核的結構”這一教學過程中幫助學生掌握模型與建模的科學方法。4.2學習者分析本課時授課對象為高一年段學生，該階段學生對學習具有一定的自主性和獨立性，對高中生物課程好奇心較強，接受新知識的能力較好，具備基本的知識基礎和分析能力。在知識上，高一年級的學生經過初中階段的學習，能夠明確細胞核在細胞中所處的位置，但對其結構和功能等抽象知識尚不清晰。在能力上，高一年級的學生思維活躍但科學思維較為缺乏，在細胞核結構和功能的學習過程中，主要注重學生的演繹推理、模型與建模及科學探究能力的提高。4.3教學目標基于課程標準的內容要求、學業要求和學業質量標準，并圍繞培養學生核心素養的要求，制訂了如下教學目標:1.生命觀念：通過資料分析與討論，能夠闡明細胞核的功能和結構，認同細胞核是細胞代謝和遺傳的控制中心，形成結構與功能觀；能夠舉例說明細胞各部分結構之間相互聯系、協調一致，共同執行細胞的各項生命活動，形成系統觀念。2.科學思維與科學探究：通過分析細胞核的結構與功能，掌握演繹與推理、模型與建模等思維方法，發展科學思維能力；通過設計實驗或呈現證據提高實驗設計能力。3.社會責任：通過科學家在克隆技術上的突破，提升民族自豪感；利用生活廢棄物制作細胞核的結構模型，提升節約利用的環保意識。4.4教學重難點4.4.1教學重點1.闡明細胞的結構和功能，認同細胞核是細胞代謝和遺傳的控制中心，形成結構與功能觀。2.用生活廢棄物制作細胞核的結構模型，提升節約利用的環保意識。4.4.2教學難點1.認同細胞核是細胞代謝和遺傳的控制中心；能夠舉例說明細胞各部分結構之間相互聯系、協調一致，共同執行細胞的各項生命活動，形成系統觀念。2.掌握演繹與推理、模型與建模等科學方法，發展科學思維和科學探究能力。4.5教學過程基于上述提出的科學思維內涵，針對《細胞核的結構與功能》這一課時創設凸顯科學思維的教學過程，如圖4所示：圖4基于科學思維內涵創設的教學流程Fig.4Teachingprocessbasedontheconnotationofscientificthinking4.5.1創設情境，導入新課以“世界首例體細胞克隆猴誕生”視頻為情境導入，教師提出問題：將雌性獼猴胎兒體細胞核植入去核卵細胞，產生基因相同的后代（即中中和華華），這結果說明了什么？教師引導學生思考并討論，得出“克隆猴的性狀由細胞核所決定”這一結論。設計意圖：以熱點話題導入，能夠充分激起學生的學習興趣，同時為學習細胞核的功能作鋪墊；通過展示克隆技術的發展挽救稀有物種的瀕危狀況，提升學生的愛國情懷及民族自豪感。4.5.2凸顯科學思維，構建生命課堂細胞核的功能將教材中的4則實驗材料進行拆解再呈現給學生，教師設疑，學生提出猜想并設計實驗驗證，歸納概括得出細胞核的功能，即細胞核控制著細胞的代謝和遺傳。設計意圖：基于教材所呈現出的感性材料，教師拆解設疑，引導學生能夠基于事實證據，運用演繹推理、歸納概括等思維方法分析資料，建構生物學概念，從而解決實際問題，有利于學生逐步形成科學思維（表4）。表4對“細胞核的功能”部分的科學思維探索Table4Scientificthinkingexplorationofthepartof"thefunctionofnucleus"教師活動學生活動（所需的科學思維方法）呈現實驗資料并設疑基于事實證據提出猜想設計實驗并預設結果（演繹與推理/創造性思維）分析實驗結果（分析與綜合）事物本質（歸納與概括/抽象）解決實際問題（綜合能力）閱讀資料1：課本54頁的資料1問題：美西螈的皮膚顏色是受細胞核還是細胞質控制？美西螈的皮膚顏色是由細胞核控制的。設計對比實驗:取白美西螈的胚胎細胞核，將其移植到去核的黑美西螈卵細胞中，觀察生長成熟后的體色。預期結果:移植后發育長大的美西螈，全部都是白色的。結果：與預期結果一致。結論：與猜想一致。細胞核控制著細胞的代謝。問題：有性生殖通過細胞核融合的手段使后代的遺傳物質較于親代，有繼承又有變化。結合克隆羊的實例，談談對克隆人的看法。引導學生運用細胞核功能的相關知識進行解決。閱讀資料2：傘藻嫁接實驗。問題：根據嫁接實驗是否能得出傘藻帽形由細胞核控制？如果不能，可以補充設計什么實驗輔助證明？需加設核移植實驗證明傘藻帽形由細胞核控制。設計核移植實驗：取出傘形帽傘藻的細胞核，將其移植到去核且去帽的菊花形帽傘藻的假根部分，觀察長出的帽形。預期結果：長出的帽形為傘形。結果：與預期結果一致。結論：與猜想一致。閱讀資料3：用頭發將蠑螈的受精卵橫縊為有核和無核的兩半，僅有少許細胞質相連。結果，有核的一半能分裂，無核的一半停止分裂。問題：細胞核與細胞分裂、分化的關系。細胞核控制細胞的分裂和分化。設計實驗：在分裂幾次后，將有核部分的其中一個核擠到無核部分，觀察其分裂情況。預期結果：原無核部分開始分裂，最后能發育成正常的胚胎。結果：與預期結果一致，只是原來的無核部分分裂速度相對較慢。結論：與猜想一致。細胞核控制著細胞的遺傳。閱讀資料4：將變形蟲切成有核和無核的兩半。無核部分不能攝食，只能消化已吞噬的食物，無法對外界刺激做出反應（屬于代謝活動）；有核部分能攝食，對刺激能發生反應，能生長和分裂。問題：從細胞核與變形蟲對外界刺激的反應程度，可以得出什么結論？細胞核控制細胞的代謝活動。設計實驗：將有核部分的細胞核取出，觀察這一半的行為。再往無核部分及時植入另一個同種的細胞核，觀察其行為。預期結果：有核部分取出細胞核后，這一半的行為與上述無核部分相同。無核部分植入另一個同種細胞核后，會恢復其生命活動。結果：與預期結果一致。結論：與猜想一致。細胞核的結構以“細胞核為何被稱為細胞的‘控制中心’？”設疑導入，依據細胞核結構的探索歷程向學生呈現多則實驗資料，教師設疑，學生分析并以小組為單位合作探究，從而進一步設計實驗，歸納構建細胞核的結構，以此分析完善對細胞核功能的認識。設計意圖：以問題的形式設疑導入有利于引起學生的探索興趣；基于所呈現出的細胞核探索歷程（感性材料），教師設疑，引導學生能夠基于事實證據，運用分析綜合、歸納概括等思維方法分析資料，構建細胞核的結構，從而更全面闡述細胞核的功能；教師基于課時核心概念設置學習任務，學生解決實際問題的過程中，有利于提升科學思維，養成結構與功能觀（表5）。表5對“細胞核的結構”部分的科學思維探索Table5Scientificthinkingexplorationofthepartof"thestructureofnucleus"教師活動學生活動（所需的科學思維方法）呈現實驗資料并設疑基于事實證據提出觀點設計實驗/呈現證據驗證觀點（演繹與推理/創造性思維/批判性思維等）事物本質（歸納與概括/抽象）解決實際問題（綜合能力）閱讀資料1：細胞核膜具有雙層膜，把核內物質與細胞質分開。大多數細胞核內具有1-4個核仁。蛋白質合成旺盛的細胞的核仁比不具備蛋白質合成能力的核仁大得多[23]。核仁參與核糖體形成及某種RNA的合成。探討下列問題：核糖體的形成一定與核仁有關嗎？核糖體的形成不一定與核仁有關。呈現證據：原核細胞沒有由核膜包被的細胞核，無存在核仁結構，但原核細胞具有唯一的細胞器，即核糖體；因此核糖體的形成不一定與核仁有關。結論：與所提出的觀點一致。細胞核是遺傳信息庫，是細胞代謝和遺傳的控制中心[3]。任務：利用課余時間，以小組為單位利用生活廢棄物嘗試制作真核細胞的三維結構模型。要求：能夠恰當選擇材料用具，查找資料，充分考慮模型的科學性、創新性、美觀性等。閱讀資料2：1949-1950年間，H.G.Callan和S.G.Tomlin在用透射電子顯微鏡觀察兩棲類卵母動物的核被膜發現了核孔。[23]核孔是核質之間物質交換和信息交流的通道。探討下列問題：核膜上具有核孔，那么核孔是任何大分子物質都能夠通過嗎？不是任何大分子物質都能夠通過核孔。呈現證據：DNA需要將遺傳信息通過信使RNA穿過核孔傳遞給核糖體，從而合成相應蛋白質，而不能直接通過核孔傳遞遺傳信息。補充資料3：人們逐漸認識到核孔不是簡單的孔洞，而是相對獨立的復雜結構。1959年M.L.Waston將該結構命名為核孔復合體。核孔復合體的受體蛋白在核內外的物質轉運中起重要作用。如前體mRNA不能通過核孔，需要經過加工成為mRNA并與蛋白形成復合物后才能通過。結論：核孔復合體運輸物質具有一定的選擇性，因此不是任何大分子物質都能通過核孔。閱讀資料4：電鏡觀察發現染色質由顆粒與細絲組成，基本結構是串珠狀結構聚合的染色質絲。科學家用DNA酶處理細胞核，“珠子”間連線消失，但“珠子”仍存在；用蛋白酶處理細胞核，“珠子”被分解，但“珠子”間連線仍存在。自主閱讀教材56頁第2段，探討下列問題：分析染色質的主要成分并用模型建構的方式表示染色質與染色體之間的關系。染色質主要成分是蛋白質和DNA，染色體和染色質是同一物質，屬于在細胞不同時期的兩種存在狀態。物理模型：取兩條細鐵絲繩用手指纏繞，模擬“螺旋”過程，觀察到繩子逐漸縮短變粗，成為“染色體”；代表螺旋化過程手指不斷纏繞后松開，繩恢復細絲狀，成為“染色質”；代表解螺旋化過程。概念模型：圖5染色體與染色質之間的關系Fig.5Relationshipbetweenchromosomeandchromatin結論：與所提出的觀點一致。閱讀材料5：閱讀教材56頁第3、4自然段，探究下列問題：細胞核是細胞代謝和遺傳的控制中心，細胞核實現其控制作用的重要結構是什么？DNA是實現其控制作用的重要結構。呈現證據：DNA上儲存著遺傳信息，染色質是遺傳信息的重要載體，在細胞分裂時，高度螺旋化縮短變粗形成染色體，將攜帶的遺傳信息由親代傳遞到子代細胞。細胞依據遺傳信息發出的“指令”進行細胞代謝和遺傳等一系列重要的生命活動。結論：與所提出的觀點一致。4.5.3細胞是一個統一的整體以哺乳動物成熟的紅細胞及精子細胞的存活時間為例，向學生直觀展現細胞質和細胞核密不可分、相互作用，再整體回顧本章內容，結合細胞膜、細胞核和細胞器等的結構和功能，理解細胞是一個統一的整體。設計意圖：通過典型實例，學生能夠認識到缺少細胞核或細胞質都會影響到細胞的壽命時間，進而直觀領悟到各組分的重要作用；通過回顧整章內容，學生能夠認識到細胞各組分在結構和功能上的密切聯系，強化系統觀念，理解并能夠解釋“細胞既是生物體結構的基本單位，也是生物體代謝和遺傳的基本單位[3]”。4.6教學反思在本節課中，對于細胞核的結構和功能的探索是教師對學生進行科學思維訓練的良好范本。因而在這部分內容的教學中，教師重新處理教材資料，設置問題情境，引導學生運用演繹推理、模型與建模、分析與綜合等思維方法設計實驗/尋找證據，建構細胞核的結構及功能，幫助學生突破本節課的重難點，實現思維由簡單的理解到“理性思維”的逐步轉變，最終設計針對性的課后任務，幫助學生以生物學概念為基礎嘗試解決實際問題，逐步養成思維習慣與能力，達到良好的教學效果。本節課的教學設計，充分體現以學生為主體的教學理念，一是遵從“組間同質、組內異質”的規則在課前提前編排6人學習小組，為合作學習創造條件；二是豐富的課堂活動，引導學生以小組單位設計實驗或利用學習資料尋找證據，引導學生自主學習，構建生物學知識，并在習得知識的基礎上，自主構建模型，以提升自身思維能力。5總結與展望著眼于學生適應未來社會發展以及個人生活的需要，教師要基于生物學科核心素養背景以新教材及課堂活動為依托，引導學生積極思考、建構知識，獲得思辨能力，從而發展科學思維。必修1《細胞核的結構和功能》的教學課例充分凸顯科學思維的培養策略在教學實踐中有必要繼續深入研究和應用。但由于本論文中關于科學思維的內涵包括對培養學生科學思維教學策略所提出的建議是在參考文獻基礎上結合自身課堂實踐經驗進一步概括總結形成的，仍存在不完善的地方。希望后續研究者也能夠繼續鉆研科學思維的內涵，編制教學案例以便對學生進行更全面的科學思維能力培養。提升學生的科學思維能力也并非通過幾節課堂實踐就能夠馬上達成，因此在今后的時間中，筆者仍會通過不斷學習和實踐以提升自身素養水平，以