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科学史在学生科学思维发展中的应用 ——以高中生物学《遗传与进化》模块为例

作者:优质论文王老师 日期:2021-09-15 19:05:56 点击:482

摘要:科学思维是生物学核心素养的关键部分,也是学生具有分析和解决问 题能力的关键因素。生物科学史包含许多科学家的研究道路,其中蕴藏着丰富的 科学思想、科学方法,是发展学生科学思维的良好材料。随着教育的发展,科学 史教学和发展学生科学思维已经引起了教师的重视,但在教学中缺少相应教学策 略引导的问题普遍存在。

本文结合理论和教学实际提出了应用科学史发展学生科学思维的教学策略: 创设情境,启迪兴趣;问题引导,激活思维;模型构建,发展思维;实验探究, 拓深思维;设计实验,创新思维;鼓励质疑,批判思维。

为了检测教学策略的效果,在叙州区第二中学开展了“科学史在学生科学思 维发展中的应用”的实践研究,实验组(3 班)采用本文拟定的教学策略,对照组 (4 班)沿用原教学策略。通过科学思维测试卷、科学思维量表测定及课堂观察三 种手段综合分析了两个班实践前后科学思维的变化情况。测试卷和思维量表的检 测结果一致,前测结果表明实践前两个班的科学思维水平没有明显差异,后测结 果表明实践之后实验班的科学思维水平明显高于对照班,前、后测对比分析可以 看出,实践期间实验班学生的科学思维发展优于对照班。课堂记录对照表明,实 验班课堂的提问、表达、课堂氛围等情况都优于对照班,这个结果也印证了测试 卷和思维量表的检测结果。

综合本次实践的过程和结果分析,得出结论:应用本文提出的教学策略进行 生物科学史教学能在学生科学思维发展中起到积极作用。结合研究情况,提出教 学建议:重视生物科学史在学生科学思维发展中的应用,教师要加强自身学习。

关键词: 科学思维 生物科学史 教学 遗传与进化

Abstract Scientific thinking is the key part of biological core literacy, and also the key factor for students to have the ability to analyze and solve problems. The history of biological science contains many research paths of scientists, which contain abundant scientific ideas and methods, and is a good material for developing students' scientific thinking. With the development of education, the teaching of history of science and the development of students' scientific thinking have attracted the attention of teachers, but the problem of lack of corresponding teaching strategy guidance is widespread.

Based on the theory and teaching practice, this paper puts forward the teaching strategies of developing students' scientific thinking by applying the history of Science: creating situations, enlightening interests; guiding problems, activating thinking; building models, developing thinking; exploring experiments, deepening thinking; designing experiments, innovating thinking; encouraging questioning, criticizing thinking.

In order to test the effect of teaching strategies, a practical research on "the application of science history in the development of students' scientific thinking" was carried out in Xu Zhou No.2 middle school. The experimental group (Class 3) adopted the teaching strategies proposed in this paper, while the control group (Class 4) adopted the original teaching methods. The changes of scientific thinking before and after the practice of the two classes were analyzed by three means: scientific thinking test paper, scientific thinking scale and classroom observation record. The test results of the test paper and the thinking scale are the same. The pre-test results show that there is no significant difference in the scientific thinking level between the two classes before practice. The post test results show that the scientific thinking level of the experimental class after practice is significantly higher than that of the control class. The comparative analysis of the pre-test and the post test shows that the development of scientific thinking of the students in the experimental class during practice is better than that of the control class. The results of classroom record comparison show that the questions, expressions and atmosphere of the experimental class are better than those of the control class, which also confirms the test results of the test paper and the thought scale.

Based on the analysis of the process and results of this practice, it is concluded that applying the teaching strategies proposed in this paper to the teaching of the history of biological science can play a positive role in the development of students' scientific thinking. Combined with the research situation, the teaching suggestions are put forward: attach importance to the application of the history of Biological Science in the development of students' scientific thinking, and teachers should strengthen their own learning.

Key words: scientific thinking, biological science history, teaching, genetics and evolution

目次

摘要...............................................................  I

Abstract.......................................................................................................................... II

目次..............................................................  1

1   绪论............................................................  1

1.1   课题的提出背景............................................  1

1.2   课题研究的意义............................................  2

1.3   课题研究的思路............................................  3

1.4   课题研究的方法............................................  3

2   课题中相关概念的内涵............................................  5

2.1   生物科学史................................................  5

2.2   科学思维..................................................  5

3   国内外现状分析..................................................  8

3.1   国内外科学史教育现状分析..................................  8

3.2   国内外科学思维培养现状分析................................. 9

4   科学史教育和科学思维培养在生物教学中存在的问题.................. 11

4.1   科学史教育在生物教学中存在的问题.......................... 11

4.2   科学思维培养在生物教学中存在的问题........................ 11

4.3   对科学史教育和科学思维培养在生物教学中存在问题的思考...... 12

5   应用科学史发展学生科学思维的教学策略............................ 13

5.1   创设情境,启迪兴趣........................................  13

5.2   问题引导,激活思维........................................  13

5.3   模型构建,发展思维........................................  15

5.4   实验探究,拓深思维........................................  16

5.5   设计实验,创新思维........................................  18

5.6   鼓励质疑,批判思维........................................  20

6   教学实践研究...................................................  23

6.1   实践对象.................................................  23

6.2   变量分析.................................................  23

6.3   检测工具的选择............................................ 23

6.4   教学实践过程.............................................  26

6.5   结果分析.................................................  32

7   结论与反思...................................................... 40

7.1   结论.....................................................  40

7.2   建议.....................................................  40

7.3   研究的创新之处...........................................  41

7.4   不足与展望...............................................  41

参考文献.........................................................  43

附录 1...........................................................  46

附录 2...........................................................  50

附录 3...........................................................  54

附录 4...........................................................  56

致谢.............................................................  57

1   绪论

1.1  课题的提出背景

1.1.1  生物学注重科学思维的培养

爱因斯坦曾说过一句话“教育就是将一切已学过的东西都遗忘后所剩下的东 西”,遗忘的是所学的具体知识和内容,剩下的就是能力和素养。当今社会,经 济和技术都在迅猛发展,越来越多常规技能操作的工作被计算机所取代,在学校 教育中教师没有能力让学生掌握绝对充足的知识来应对社会变革的速度,因此以 传授知识为主要目的地传统教育已经不能适应社会的发展了,现代教育应该更加 注重提升人的素养和能力,而不是掌握知识本身。

在此时代背景下,《普通高中生物学课程标准》(2017 年版)(下文简称《课 标》2017 版)正式出版,其突出特点之一是着眼于学生适应未来社会发展和个人 生活的需要,以发展学生生物学核心素养为宗旨[1]。《课标》2017 版指出生物学 核心素养是学生获得的持久能力和品格,是学生终身受益的学习成果,科学思维 是生物学核心素养的重要组成部分,学生应该在学习过程中逐渐发展科学思维, 如能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判 性思维、创造性思维等方法,探讨、阐释生命现象及规律,审视或论证生物学社 会议题[2]。由此看出,科学思维是学生具有分析和解决问题能力的关键因素,也是 现代社会要求人才应该具备的素养,所以生物学教学不仅要培养学生的学科基础 知识和基本技能,更要注重学生科学思维水平的提升,引导学生主动参与科学探 究的过程,让学生从被动的接受者转变为主动的学习者,全面培养学生的生物科 学素养。

1.1.2  生物科学史是发展科学思维的良好材料

《课标》2017 版在教学建议中指出“注重生物科学史和科学本质的学习”[2]。 在科学发展的历程中,众多的生物科学家为了探索未知的生命现象和生命活动规 律,做了大量的实验和细致的观察分析,获得了丰硕的成果,为科学的发展做出 了伟大贡献。在这些研究过程中,科学家需要收集大量的证据和材料,以严谨的 科学思维进行分析,才能得出结论。学生学习科学家从大量的复杂的生物学事实 中提取出生物学原理,得到科学结论的过程,可以培养学生归纳概括的能力;学 习科学家的探究过程,可以发展学生的演绎推理、模型建模等能力;学习科学家 在事实和证据的基础上,否定前人的谬论,提出新观点的过程,可以发展学生的 批判性思维能力和创造性思维能力。因此,学生学习科学史内容,不只是收获知 识,更重要的是体验科学家的探索道路,学习到科学的思维方式以及科学家的精 神。

作为一个教育事业的工作者,笔者在之前的教学经历中存在诸多的疑问,如: 科学史教学应该应用什么教学策略?对学生的知识掌握要求到什么程度?对培养 学生的思维和能力有什么意义?科学思维通过什么方式形成?如何在教学实践中 发展学生的科学思维?对于这些问题一直准备进行深入研究。通过查阅文献资料, 笔者了解到科学史在高中生物学的教学中越来越被重视,但很多教师对科学史价 值、科学思维内涵的理解不深入,而忽视科学史在发展学生科学思维方面的作用, 所以笔者选择研究科学史在学生科学思维发展中的应用。高中生物学有 6个模块, 内容丰富,以笔者现在的精力和时间不能完成所有模块的研究,就算完成也是大 而空的研究。高中生物学的三个必修模块中,《遗传与进化》模块包含有大量的 科学史素材,在遗传部分从孟德尔通过豌豆杂交实验总结出遗传的基本规律开始, 到摩尔根通过果蝇杂交实验证明基因在染色体上,再到格里菲斯和艾弗里、赫尔 希和蔡斯对遗传物质本质的探索,最后沃森和克里克通过一系列的研究构建出 DNA 分子的双螺旋结构模型;在进化部分,从拉马克用进废退和获得性遗传,到达尔 文自然选择学说,再到现代生物进化理论。在这些过程中有丰富的可以用于科学 思维发展的科学史内容,所以笔者选择了《遗传与进化》模块进行研究。

1.2  课题研究的意义

1.2.1  落实核心素养的培养,发展学生的科学思维能力

《课标》2017 版指出“核心素养是学生通过后天学习得到并且终身受用的成 果,是公民基本素养的重要组成之一。”[2]生物科学史是一部对生命现象和生命活 动规律进行研究的历史,无数的科学家探索留下了大量的经典生物实验和事例, 这些实验和事例蕴含了科学家独特的科学思维和巧妙的实验设计方法。在学习科 学史的过程中学生能学习到科学家进行科学研究的精神,在跟随科学家进行探索 的过程中,学生经常用到归纳演绎、分析综合、模型建模等科学思维方法,使科 学思维得到提高。本课题旨在结合课标要求,以科学史为载体发展学生的科学思 维能力,落实生物学的核心素养的培养。

1.2.2  对本学科相关研究和一线教学起到一定帮助

随着《课标》2017 版的颁布,科学史教育和发展科学思维已经是广大生物教 育工作者应该关注的重点之一,本研究针对科学史教育和科学思维培养在教学中 的问题提出了相应的教学策略,并在实践中检验教学策略的效果。希望科学史在 学生科学思维发展中的应用研究,可以为其他研究科学史教学的研究者提供一定 的帮助,作为一名生物教育工作者,也希望本课题的研究成果能为一线的教育教 学提供一定的帮助。

1.3    课题研究的思路

根据理论的研究和实际情况的考虑,确定了本研究的思路如下:

1.3.1   文献工作 通过收集、整理、归纳、分析文献资料,对“生物科学史”和“科学思维” 相关概念的内涵进行深入理解,梳理生物科学史教育和科学思维培养在教学中存 在的问题,为课题开展明确方向,打下理论基础,并在后续研究中不断查阅文献, 提高自己对研究问题的理解,使课题更加科学。

1.3.2   提出教学策略 针对梳理出的科学史教育和科学思维培养在教学中的问题,结合理论和教学 实际提出应用科学史发展学生科学思维的教学策略。

1.3.3   进行教学实践研究,获得科学的实验数据 根据提出的教学策略,精心制作教学设计,然后进行实际的课堂教学实践, 并根据实践情况进行反思、修改、完善。实践前后,通过科学思维测试卷、思维 量表以及课堂观察三种手段来对学生的科学思维水平进行检测分析。

1.3.4   统计分析实践结果,得出结论

利用 spss、Excel 等工具对前测、后测的数据进行统计分析,再结合课堂观 察情况,综合得出本研究的结论。

1.3.5   总结研究的经验 深入分析在“科学史在学生科学思维发展中的应用”实践研究中得到的成果,并反思存在的问题。在总结分析经验的基础上,提出相关的建议和展望。

1.4    课题研究的方法

1.4.1   文献资料法 笔者通过查阅网络、论文、期刊、专著等多种渠道搜集了解与科学史及科学 思维相关的文献,了解国内外关于这方面的研究,梳理生物科学史教育和科学思维 培养在教学中的问题,并对这些资料做出整理分析,为后续研究打好基础。

1.4.2   行动研究法

行动研究是指“在自然、真实的教育环境中,教育实际工作者按照一定的操 作程序,综合运用多种研究方法与技术,以解决教育实际问题为首要目标的一种 研究模式”[3]。为了检测本课题所提出的教学策略的有效性,笔者以叙州区第二中 学高一年级的 3班、4 班两个班级作为研究对象进行了教学实践研究。

1.4.3   课堂观察法

课堂观察是指“研究者有目的、有计划地从课堂情境中收集资料,并对搜集 到的资料作相应分析的一种教育科学研究方法”[4]。笔者在实践研究过程中,有目 的地对学生在课堂中的提问、探讨、表达观点等各种表现进行观察记录,通过对 这些记录的归纳总结,为科学思维水平的测定提供一些定性的参考。

2   课题中相关概念的内涵

2.1  生物科学史 

生物科学史是一部对历代科学家开展生物科学探究的记录及评价的历史。玛 格纳在其著作《生命科学史》中指出生物科学史既包括科学家对生命现象的研究 过程,又包括科学家研究生命现象时所持有的观点和态度;既包括生物理论和方 法的形成演变,又包括不同学科之间的联系、科学与社会的相互影响[5]。本研究中 对生物科学史的定义采用了《普通高中生物课程标准(实验)解读》中的定义, 即生物科学史是以生物科学的产生和发展的过程为轮廓,以科学发展历程中带有 重大转折作用的课题及事件为主线,用详细真实的历史资料为基础,论述科学家 们在探索和发现生物科学知识本质过程所做的创造性劳动,包括他们进行科学探 索的思维过程和技术方法的创新、应用过程,同时也对生物学发展的逻辑和社会 历史背景等重大问题进行评论。从观察表观现象到发现总结本质规律,从宏观的 生态系统、种群、群落到微观的细胞、基因等,无数科学家对生物科学进行了孜 孜不倦的探索和实践,并取得了巨大的生物科学研究成果[6]。由此看出,生物科学 史以独特的研究视角已经成为生物教学的一种非常宝贵的教育资源,它不仅向学 生提供生物学概念、事实、原理、理论、规律等知识,还展现了科学方法的发展 和完善过程,探讨了科学技术与社会的关系,并以科学发展过程中科学家身上所 展现的科学精神影响着学生思想,所以它是对学生理解科学本质极具启发性的教 育资源,也是发展学生科学思维的极好材料。

2.2  科学思维

2.2.1  科学思维的概念 科学思维的定义有很多种,美国科学史家库恩将科学思维定义为有意识的寻 求知识的过程,包括以寻求和加强知识为目的思考,科学思维是理论和证据相互 协调的过程,在学生获取新知识的过程中,由于已掌握的知识的理论不够完善, 需通过新的证据检验和完善已有理论,获取新的知识[7]。胡卫平教授在其著作《科 学思维培育学》中将科学思维定义为大脑反映科学对象、过程、现象以及事实的 实质联系和变化规律[8]。张大松在他的《科学思维的艺术:科学思维方法导论》一 书中将科学思维解释成一种运用科学思维方法进行的理性思索[9]。《中国学生发展 核心素养》中指出科学思维的重点是:崇尚真知,能理解和掌握基本的科学原理 和方法;尊重事实和证据,有实证意识和严谨的求知态度;逻辑清晰,能运用科 学的思维方式认识事物、解决问题、指导行为等[10]。

虽然不同的学者对科学思维有不同的理解,但都有一个共同观点,科学思维 是人脑基于事实和证据对客观事物的科学反应。本文中对科学思维的定义采用《课 标》2017 版中的定义,即科学思维是指尊重事实和证据,崇尚严谨和务实的求知 态度,运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力[2]。

2.2.2  科学思维的方法

科学思维的方法有比较和分类、类比、归纳和演绎、分析与综合、模型与建 模、批判性思维、创造性思维等[11]。

比较和分类:比较是有目的地分析对象的共同点或不同点的方法,简单地说 就是在可以比较的条件下,找出相同或相似的事物之间的不同之处,或者找出不 同事物之间的相同之处。分类是根据事物的表面属性、外部特征或内在本质属性 的共同点和不同点,将对象分为不同类的方法。比较是分类的基础,先通过比较 找到共同点和不同点,然后才能进行分类。例如:草履虫和大肠杆菌都是由一个 细胞构成个体的,所以它们都属于单细胞生物;草履虫细胞有核膜包被的细胞核, 大肠杆菌只有拟核,所以草履虫属于真核生物,大肠杆菌属于原核生物。

类比:是根据不同事物的相似方面,推测出它们之间还有其他的相似方面一 种方法。例如物理学上将光和声进行类比,声因为有波动性,所以有直线传播、 反射、折射等现象,光也有这些现象,因此推测光也有波动性。类比是一种常用 的方法,但得到的结论不一定正确,还需要进一步验证。

归纳与演绎:归纳法是从多个对象中推演出一般原理的逻辑思维方法。例如: 通过病毒的生命活动离不开细胞、单细胞生物的生命活动离不开细胞、多细胞生 物的生命活动也离不开细胞,推论出生物的生命活动都离不开细胞。演绎法是根 据一般性的原理进行推理,得出结论的思维方法。例如孟德尔通过演绎,推理出 杂合高茎豌豆植株与矮茎豌豆植株杂交,后代会出现高茎与矮茎一比一的比例。

分析与综合:分析是把认识对象分成不同的方面和组成部分,对部分分别进 行研究的思维方法,特点是划整为零。综合是在把认识对象的各个组成部分和方 面组合成为一个统一整体,对整体进行研究的方法。分析是综合的基础,只有对 各个部分进行仔细分析,才能为综合提供材料。

模型与建模:按照一定的研究目的对事物作出的一种抽象,高中生物学将模 型分为物理模型、概念模型、数学模型。例如利用塑料块和纸片等材料制作的细 胞模型是物理模型,用来描述种群数量变化的“J”型曲线和“S”型曲线是数学 模型。

批判性思维:批判性思维是一种合理的、反思性的思维,包括了评估、比较、 分析、判断和综合信息的方法,从某种意义上说,它是一种跳出自我,反思自己 思维的方法。例如拉马克通过对动植物的观察,提出了生物不是神造的,而是进 化来的,当时社会主流思想是神创论。

创造性思维:本质是一种发散性思维,指从不同层次、不同结构、不同角度、 不同方面去思考问题,然后寻找答案,不受现有知识水平的限制,也不受传统束 缚的思维方式。如孟德尔在利用豌豆研究遗传规律的过程中,创造性的利用数学 的统计方法对子代的表现型及数量进行统计分析,找到其中的规律,最后总结出 了著名的基因分离定律和自由组合定律。

3   国内外现状分析

3.1  国内外科学史教育现状分析

3.1.1  国外科学史教育现状分析

科学史应用于教育最早可以追溯到 19世纪初期,法国实证主义鼻祖孔德第一 次将科学史应用于通识教育。1851年,英国科学促进协会(BAAS)主席惠威尔提 出:教学给予学生的不是单纯的概念,或者简单的研究科学的技术和手段,更准 确地说应该是一部关于科学发展的史录[12]。美国对科学史教育非常重视,1920 年 “科学史之父”萨顿在哈佛大学系统地面向各个专业的学生开设科学史课程,获 得了空前的成功。50 年代,哈佛大学校长科南特在大学生的通识教育中用案例教 学法实施科学史教育,他利用哈佛大学积极推动通识教育的契机,实验性的将科学 史运用到通识教育中,开创了著名的个案研究法,开启了科学史与科学教育结合 的先河[13]。1989 年美国科学促进会发布了“2061 计划”,其中指出科学教育必须 包含科学史内容。1996年美国“全美科学教育标准” (NSES)颁布,明确要把科 学史融入到中小学教育中[14]。除美国外,科学史教育也引起其他很多发达国家的 重视,例如,英国学者Irwin分析归类了英国的科学教材中的涉及到的科学史内 容,日本重视利用生物教科书科学史来培养学生的创新思维,葡萄牙的Leite等 人还专门研制出用于分析教材中科学史的一系列量表等[15]。

3.1.2  国内科学史教育现状分析

相对于西方发达国家来说,国内开始进行科学史教育的时间比较晚。20世纪 50 年代,科学史教育列入大纲,但当时只是从爱国主义教育出发,主要是对一些 英雄事迹做介绍。随着教育的发展,科学史在教学中的作用越来越被重视,如《课 标》 (2017年版)在教学建议中明确要求注重生物科学史的学习,教科书中也安 排了许多科学史材料。随着科学史在教育中作用的凸显,研究科学史教育的学者 也不断增多,取得了丰硕的成果。笔者整理发现大致可以概括为三大类:

一类是科学史教学模式的探究。例如,王岚采用探究教学的模式进行生物科 学史教学,基本环节包括创设情境、提出问题、设计实验、讨论交流、回归经典 实验、对比反思提高[16]。魏伟以“深度学习”理论为指导,结合高中生物学必修 2 “DNA 的分子结构”一节的教学实例,研究科学史教学中教师如何进行前端分析、 设计教学思路以及引导学生生成问题、分析问题和解决问题,实现学习者对知识本 质的理解、思维方法的领悟和科学精神的内化[17]。洪丽文进行科学史教学渗透STS 的教育实践,结果表明STS教育是培养学生生物科学素养的重要途径,以科学史 为载体进行STS教育凸显了科学史的教育价值,通过STS教育的实施,可拓宽学 生的知识面,增强学生的科技意识和社会意识,夯实创新基础[18]。吴小梅开展了 基于“H-D法”的高中生物科学史教学的实践研究,结果表明基于“H-D法”的教 学方式是一种较为有效的进行生物科学史教学的手段,相较于一般的科学史教学 方式,基于“H-D法”的高中生物科学史教学的形式,在一定程度能更好地促进学 生对科学知识本质的理解、科学思维能力的培养和科学探究方法的掌握,学生比 较认可基于“H-D法”的生物科学史教学的方式[15]。

二类是研究科学史与能力培养的关系。例如,陈桦利用生物科学史培养高中 学生的探究能力[19];刘颜娜进行基于生物科学史教育培养高中生提问能力的实践 研究,并提出了相应的教学策略[20];赵美芬在寻甸民族中学开展了通过生物科学 史教学培养学生的逻辑推理能力的实践研究[21];邹振芳以光合作用为例,研究如何 利用生物科学史培养学生模型与建模的科学思维能力[22]。

三类是关于科学史教育现状的研究。例如,魏杨何羊琴王杨科认为生物 科学史教学目前存在边缘化现象,文章提出了强化生物科学史教学的具体对策:在 生物科学史教学中渗透科学知识,在生物科学史教学中渗透科学思想,在生物科学 史教学中渗透科学精神,在日常教学内容中渗透生物科学史教学[23];郑逸爽、唐为 萍、陈树思进行了中学生物科学史教育现状的调查与研究,结果发现生物科学史 教育在提高学生科学素养方面不显著,学习生物科学史的途径以课堂为主,学生 对待生物科学史学习的期望较高,教师教学中对生物科学史的重视程度不够[24]。

3.2  国内外科学思维培养现状分析

3.2.1  国外科学思维培养现状分析 国外学者开展了许多关于科学思维培养的研究,并形成了许多思维培养理论。

如杜威(J. Dewey)提出了 “反省的思维的分析”,他认为思维或反省思维是一种观 念,观念来自于事实[25]。赞可夫从1957年开始进行一项近20 年的教学与发展实 验,主要研究儿童的观察能力、思维能力和实际操作能力,研究强调在各科教学 中要注意培养学生的逻辑思维,培养学生思维的灵活性和创造性,实验之后学生 的思维能力有了明显的提高[26]。苏霍姆林斯基提倡开设“思维课”来训练学生的 思维能力[27]。威廉姆斯(F. E. Williams)提出一种创造性思维培育的理论,叫做 认知-情感交互作用理论,并在该理论的指导下设计了思维培养方案,方案强调教 师通过课堂教学,运用启发创造性思维的策略,以提高学生创造性思维[28]。斯腾 伯格(R. J. Sternberg)在1996年提出了智力(思维)的三元理论,并将这一理 论用于学生思维能力的培养,提出了培养学生思维的具体的思维策略和技巧[29]。

近几十年来国外发展起了几种影响很大的思维培养课程,这些课程专门用于 思维训练。例如,美国的格林伯格(Katherine Greenberg)博士提出的10个“思 维积木”[30]。其内容为:第一,接近任务;第二,细致而精确;第三,空间和时间; 第四,思维整和;第五,选择性注意;第六,进行比较;第七,联结事件;第八,工 作记忆;第九,把握主要观念;第十,问题确认。思维积木帮助教师和学生正确认 识特定的认知弱点,并提供改进学习困难的重要线索。又如,以色列心理学家弗斯 腾(R. Feuerstein)和他的合作者开发的“工具丰富课程”,英国科学教育家菲利 普阿迪(Philip Adey)等人开发的“CASE教程”国。

1.2.2  国内科学思维培养现状分析

我国学者自古就有思维培养的意识,如孔子要求学生“每事问”,认为“疑 是思之始,学之端”;孟子提出“尽信书,则不如无书”;清代教育家王筠认为 “为弟子讲授必时时诘问之,令其善疑,诱以审问”。

近几十年,国内也有许多学者对科学思维的培养进行研究,如林崇德教授提 出应当将静态的能力结构和动态的教学活动结合起来,促进以概括能力为基础的 科学思维的培养[31]。胡卫平教授倡导利用基本科学能力结构模型进行教学,将科 学思维的培养贯穿于科学知识以及科学思维方法的学习中,以达到学生科学思维 能力培养的目的[32]。郅庭瑾指出思维的培养基于知识,产生于问题,并随着问题 的层层深入而得到不断发展,因此,在基础教育中应该训练学生以问题为向导进 行学习,以便促进学生思维的发展[33]。随着教育的发展,科学思维的培养越来越 被重视,对于科学思维培养的教学研究也越来越多。如 2011 年,米广春博士开展 科学思维培养的实证研究[34]。2012 年,黄丽芬硕士开展基于假说-演绎法培养学生 科学思维的研究[35]。 2015年,邱美硕士开展了高中生物教学中思维导图对科学思 维建构的有效性研究[36]。 2017年,王吉文研究了如何对高中学生进行归纳和概括、 演绎和推理、模型和建模以及批判性思维四个方面科学思维能力的培养,并用高 中生物学课堂教学的实例进行说明[37]。 2018年,薛建芳研究生物教学中培养学生 科学思维的教学策略,如联系生活实际,运用科学思维,应用现代教育技术,优化 科学思维等策略[38]。

综上所述,国外对科学史教育和科学思维培养进行实质研究的时间都比国内 早一些,并取得了很多成果,值得国内学习。随着教育的发展,国内教育界对科 学史教育和科学思维培养也越来越重视,相关的理论和实践研究也在如火如荼的 开展,因此,将科学史教育和科学思维培养有机的结合在一起的实践研究是很有 必要的。

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