利用生物科学史培养学生科学思维的实践研究 ——以人教版高中生物学必修1《分子与细胞》为例

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科学思维作为一种高阶思维,是生物学学科核心素养重要内容,是社会培养创新人才的必要条件,在学生终身发展中起着至关重要的作用。而生物科学史在呈现科学知识探究历程的同时,也展示了科学家用到的思维方法,是培养学生科学思维的良好素材。由此,本文便以生物科学史培养学生科学思维展开研究,取得以下结果:1.通过查阅文献资料对关于生物科学史、科学思维、科学史发展科学思维的国内外研究背景和现状进行梳理,发现受限于生物课时、考试体制等实际因素影响,利用科学史培养科学思维存在诸多问题,熟知当前研究现状和完善测评方式格外重要。在此基础上结合研究内容,界定了“生物科学史”、“科学思维”的概念。2.通过问卷调查,了解H市师生对科学史、科学思维以及利用科学史培养科学思维的认知和现状,发现如下问题:(1)学生对生物科学史兴趣浓厚,但兴趣点重在科学故事和精神上,对科学家背后用到的思维方法关注较少;(2)学生期望教师能改变常规的科学史讲授教学方式;(3)学生当前科学思维刻板、薄弱;(4)部分教师对科学史、科学思维认识不足;(5)受限于课时、教师专业素养等原因,教师利用科学史培养学生科学思维存在诸多困难。3.结合《普通高中生物学课程标准(2017年版)》中列出的五种科学思维方法,将《分子与细胞》中的生物科学史内容深度剖析,分析其中蕴含的思维方法。基于内容分析和现状调查反馈,提出侧重学生思维能力培养的五条科学史教学策略:(1)拆分整合史料,培养归纳与概括思维;(2)重温经典实验,培养演绎与推理思维;(3)鼓励自主建模,培养模型与建模思维;(4)引发认知冲突,培养批判性思维;(5)重视探究活动,培养创造性思维。在此基础上,根据具体科学史内容结合相适应的策略,进行教学案例的设计。4.通过教学实践,从学生科学思维后测成绩、生物学期末成绩、学生科学思维课堂表现评价三方面,分析对照班和实验班学生的思维能力发展状况。得出以下结论:(1)实验班学生科学思维后测成绩平均分相比于对照班提高6.0%,且实验班学生在归纳与概括、演绎与推理、批判性思维三个维度,比对照班学生平均分显著提高,提高幅度分别为11.8%、17.1%、11.7%。进一步分析发现,学生在科学思维水平一、二、四上也存在显著差异。但因教学时间和内容等的影响,学生在模型与建模、创造性思维和科学思维水平三上,没有显著差异。(2)实验班生物学期末成绩平均分比对照班提高6.0%。(3)邀请H市某中学生物教研组教师对学生课堂思维表现情况进行评价,发现实验班学生能灵活运用各种科学思维方法。说明利用生物科学史能一定程度上促进学生科学思维培养。本研究一定程度上丰富了科学史和科学思维研究的理论体系,提出指向科学思维培养的科学史教学策略,将学生思维的测评以科学思维的四个水平为标准,以五种科学思维方法为维度展开,期望能为中学生物教师在利用科学史培养学生科学思维及测评方面提供参考。
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