生物学批判性思维能力培养策略、存在问题与启示

 

李高峰　刘文成

摘要：通过梳理近年来生物学批判性思维培养的研究,总结了问题与情境导向、技能链条构建、教育技术与跨学科融合等主要策略,指出教学中存在教学策略碎片化、目标模糊、教学方法与实践脱节以及HPS应用不足等问题,并提出启示,包括:将批判性思维系统融入课程的整体设计,创设真实且可延展的情境,构建多元化质疑、论证与反思机制以及推动跨学科与信息技术融合等。

在当前的教育背景下,批判性思维被视为21世纪核心素养之一,其重要性已在《普通高中生物学课程标准(2017年版2025年修订)》中得到明确体现。课程标准指出,学生应在掌握生物学知识的基础上,学会质疑、推理与反思,能够在复杂的科学与社会情境中做出合理判断与决策。这一能力不仅关乎学业表现,更影响其未来在科技创新、社会参与及终身学习等方面的发展。生物学作为一门探究性强、紧密联系社会实际的学科,在培养批判性思维方面具有天然优势。其内容涵盖假设检验、证据推理等科学过程,且常涉及转基因、生物多样性、医学进步等社会议题,提供了丰富的教学情境。然而,现实教学中在理念落实、教学策略与评价机制等方面仍存在诸多不足。通过系统梳理国内外相关研究与实践案例,归纳主要培养策略,分析关键问题并提出改进建议,旨在为一线教师和教育研究者提供参考。

1 批判性思维的内涵及学科融合路径

批判性思维起源于哲学与逻辑学领域,在20世纪中后期被引入教育学和心理学研究,并逐渐发展出较为系统的理论框架。在国际学术界,Ennis、 Facione等学者较早提出批判性思维既包含一系列认知技能,又涵盖相应的思维倾向,强调个体在面对问题时能够有目的、理性地进行分析、推理、评价与反思。在生物学教育研究中,批判性思维通常被界定为学生在生物学情境中运用质疑、推理、论证、证据评价等技能,结合开放性、系统性、公正性等倾向,对问题和证据做出合理判断与决策的综合能力。这种界定不仅关注思维过程的逻辑性,也重视态度与价值取向在思维过程中的作用。

从已有研究来看,批判性思维具有若干突出的特征:首先,它是一种高阶思维,要求学生在获取信息后进行深度加工,而非被动接受结论,这种特征在科学探究活动中表现较为明显。其次,它强调推理与论证的结构化过程,学生需要能够识别论点、分析证据、推导结论,并在必要时进行反驳或修正,这一特征与图尔敏论证模型等教学工具的引入密切相关。此外,批判性思维还体现出开放性与反思性,要求学生能够在不同观点之间保持理性的比较与权衡,并对自身的判断过程进行再审视。这些特征在近年来的生物学教学研究中被不断强化,如通过质疑训练、证据分析、辩论等形式,促使学生在多元情境中形成科学而严谨的思维习惯。

生物学为批判性思维的培养提供了学科基础:一方面,生物学知识的获得往往依赖于假设提出、实验设计、数据分析与结论验证等科学探究环节,这与批判性思维所强调的推理、论证和证据评价高度契合。另一方面,生物学发展与社会热点问题联系紧密,如转基因技术、气候变化与生物多样性保护、疫苗安全等议题,不仅包含科学事实,还涉及伦理、法律等多维度考量,要求学生在多学科视角下进行分析与判断。此外,生物学研究中的许多历史事件,如孟德尔遗传定律的建立、DNA双螺旋结构的发现,都蕴含着科学家在面对不确定性与争议时的推理、反驳与创新过程,为课堂情境创设与批判性思维训练提供了丰富的素材。因此,将批判性思维的培养与生物学科特性深度结合,既符合学科本质,也契合核心素养导向下的课程改革要求。

2 批判性思维培养的主要策略

2.1 基于问题与情境的学习

问题与情境导向的学习是生物学批判性思维培养研究中实践案例最为丰富的策略之一。已有文献认为,真实的问题和富有挑战性的情境能够有效激发学生的认知冲突与探究欲望,从而引导其在信息搜集、证据分析与推理论证的过程中主动运用批判性思维技能。在问题驱动模式下,教师以核心问题为牵引,将学生置于需要主动寻找答案、整合信息并进行推理判断的学习情境中。例如,在“基因突变”一课的设计中,教师通过提出与人类遗传病相关的开放性问题,引导学生查找不同类型的突变案例,分析变异对性状的影响,并在小组讨论中辩论不同观点的合理性。这类案例不仅促使学生运用生物学知识解释现象,更推动其在比较与反驳中形成清晰的论证链条。

情境创设作为另一种重要方式,在近年来的研究中不断拓展其应用范围。这种方式主要包括但不限于社会性科学议题、伪科学争议、谬误情境、科学史情境以及科学哲学的方法论等。社会性科学议题为批判性思维的培养提供了真实而复杂的背景,例如在“新冠疫情谣言分析”的教学中,教师引导学生针对疫情中的典型谣言进行科学辨析,要求其查找相关的生物学知识与证据,并识别其中的逻辑漏洞。这类情境不仅促使学生在对比科学事实与谣言观点的过程中形成理性判断，还在证据甄别与推理论证的实践中强化了批判性思维能力。伪科学争议和谬误情境则以现实生活中常见的错误观念为切入点,如通过分析保健品广告等典型案例，让学生在识别以偏概全、诉诸权威、虚假因果等论证谬误的过程中，提高证据鉴别与逻辑分析能力。科学史情境的运用在文献中呈现出从浅层到深层的演变趋势,早期多以重现科学发现过程激发兴趣,如“植物生长素的发现”“核酸是遗传物质的验证”等案例，让学生沿着历史探究路径感受科学家的质疑与验证思路;近年的研究则尝试将科学哲学的方法论引入其中,使学生不仅了解结论的诞生,还能理解科学发展中的理论争论与范式更替。

探究情境与实验教学也是批判性思维培养的重要载体,但已有文献指出,其有效性取决于目标设定的明确性与技能导向的清晰度。一些研究强调,实验设计不应仅停留在验证性操作,而应引导学生在实验方案制定、变量控制、数据解释等环节中运用批判性思维。例如,在“主动运输与胞吞、胞吐”教学中,教师通过让学生设计模拟实验验证能量消耗的必要性,引导其质疑既有结论、提出替代假设,并据此设计对照实验。这种探究活动将批判性思维技能有机嵌入实验的整个过程,避免了泛化为常规探究的弊端。整体来看,基于问题与情境的学习不仅为批判性思维的培养提供了生动的教学载体,也为学生构建从问题识别到证据评估、再到结论论证的完整思维路径奠定了基础。

2.2 基于技能的学习

以技能为核心的批判性思维培养强调对学生特定思维能力的有针对性训练,尤其是论证、质疑和综合运用等方面的提升。在生物学教学研究中,论证技能训练是这一策略的核心组成。多篇文献表明,图尔敏论证模型因其结构清晰、逻辑严谨,常被用于生物学课堂的批判性思维培养。该模型通过“主张—依据—论证支撑—反驳”四要素,使学生在表达观点时能够明确提出论点、寻找并评估证据,并在面对反驳时进行修正。例如,在“协同进化与生物多样性”教学中,教师基于图尔敏论证模型,以“兰花进化之谜”为情境,引导学生围绕协同进化是否及如何导致生物多样性展开论证;学生在组间质疑—反驳—修正的过程中,利用图像、表格与文本资料支撑或调整主张,并通过基于证据和推理的质疑、对理论的审辩以及模型建构,逐步形成完整的论证链条。这类训练不仅帮助学生掌握论证的基本方法,还促使他们在科学讨论中保持开放、公正的心态,能够以严谨理性的思维处理不同的证据和观点。

质疑能力的培养同样是生物学批判性思维训练的关键。已有研究强调,有效的质疑应具备针对性与可检验性,而不仅仅停留在表层疑问的提出。在“生物进化的原因”教学中,教师通过“质疑—论证”模式,引导学生在阅读教材和分析桦尺蛾进化实例的基础上提出问题,并进一步陈述理由。学生围绕这些问题展开支持与反驳的讨论,利用证据不断修正和完善观点,最终在争论中达成共识。这一过程不仅促使学生深入理解进化原因,也让他们体会到“在质疑中不断论证”的科学精神。部分文献还指出,质疑能力的提升有赖于课堂文化的营造,教师需鼓励学生对权威观点保持理性怀疑,并为其提供表达与交流的安全空间。

2.3 基于教育技术与跨学科的学习

近年来,随着教育信息化和人工智能技术的快速发展,基于技术与跨学科的学习模式逐渐成为生物学批判性思维培养的重要补充。

2.3.1 生成式人工智能辅助

已有研究表明,技术工具不仅能为学生提供多元化的证据资源和交互平台,还能拓展批判性思维情境的边界,使之更贴近真实科学探究的过程。生成式人工智能的应用是这一领域的最新探索。例如,有研究以Kimi软件的使用为例,在“辩论转基因食品是否安全”活动中,引导学生通过生成式人工智能搜索正、反方论点及相应论据,包括不同国家和地区的研发状况、安全评估结果、法规政策、科研单位实验数据和食品销售情况等,从而在辩论过程中运用事实和证据进行分析和评价。这一过程不仅提升了学生获取与加工信息的效率,也让学生在面对多源信息时必须进行可信度评估和证据权衡,从而深化了批判性思维的实践性与真实性。

2.3.2 跨学科融合

除了技术工具提供的支持,跨学科融合为生物学批判性思维的培养提供了更加多元的视角。已有实践表明,将生物学与社会科学、伦理学、科学史结合,可以构建更为复杂且贴近现实的批判性思维情境。例如,在科学史、科学哲学和科学社会学(history, philosophy and sociology of science, HPS)教学模式中,教师不仅引导学生回顾科学知识的发现过程,还结合科学哲学的方法论以及科学与社会的关系展开讨论。研究指出,“证实与证伪”可以作为培养学生批判性思维的有效工具,帮助他们在理解科学知识的同时反思科学发展的逻辑与认知路径。在“核酸是遗传物质”的教学中,学生不仅学习了经典实验的设计与结论,还会了解到当时学界存在的不同解释与质疑。例如,受“四核苷酸假说”影响,许多人长期坚持“蛋白质是遗传物质”,即使Avery的研究提供了证据也未能立即改变这一看法。教师据此引导学生进行理性辨析,使其认识到科学结论具有暂时性与可修正性。跨学科融合的优势在于,它将生物学知识置于更宽广的认知网络中,促使学生在面对复杂问题时自觉调用多领域知识进行综合判断与推理。

总体来看,基于技术与跨学科的学习不仅为批判性思维的培养提供了新的工具和资源,更通过多维度、多情境的融合,增强了批判性思维在真实社会议题与科学探究中的迁移性与适应性。

3 当前教学中存在的问题

3.1 教学策略碎片化,缺乏系统性与持续性培养路径

现有研究普遍强调批判性思维技能的重要性,但在具体教学中,多是围绕某一单项技能开展孤立训练,缺乏将质疑、证据评价、推理与反驳等环节贯穿始终的整体性设计。一些课堂案例中,教师在教授如“基因突变”或“人类遗传病”等内容时,能够引导学生提出科学问题或开展初步推理,但这些训练往往与后续的证据反驳、结论修正等环节脱节,导致批判性思维的培养停留在局部阶段。此外,教学主题与技能分散、环节割裂的现象,使得学生难以在真实复杂情境中整合运用多种批判性思维技能,也不利于技能的迁移与延伸。

3.2 缺乏明确的教学框架与目标

部分教学研究和实践在设计批判性思维培养活动时,并未对其内涵、构成要素及各技能的发展顺序作出清晰界定,导致培养目标与具体活动之间存在脱节。在一些合作学习或情境探究案例中,虽然设置了多种任务,但对“质疑”“论证”“反思”等技能的界定较为笼统,评价标准缺失,使教师难以精准把握学生的思维发展水平。这种缺乏统一框架和目标的情况,使得不同教师在理解与落实批判性思维培养时存在差异,影响了教学效果的稳定性与可复制性。

3.3 教学方法与实践脱节

不少教学策略在理论层面提供了较为完整的教学流程,如“观点形成—证据收集—反驳—结论修正”等,但在实际课堂中,受限于时间、学生基础或资源条件,往往难以严格执行。有的教学设计提出了科学史与批判性思维耦合的路径,但缺乏配套的课堂实录和学生互动细节,使得策略在不同教学环境下的可操作性降低。这种方法设计与课堂实践之间的落差,削弱了策略的可借鉴性和推广性。

3.4 HPS运用的深度不足

HPS在批判性思维培养中具有重要价值,但多数教学实践仍停留在科学史的表层应用,例如通过回顾科学发现过程创设情境,引导学生理解实验控制与假设检验的重要性。然而,在引导学生认识科学理论之间的竞争、科学知识的证伪或范式转变等方面,融入不足。科学史内容在教材中多为结果回溯,缺乏对科学探究中分歧与争论的展现,削弱了学生对科学知识动态性和多元性的真实感知。同时,科学哲学在教师培训中的缺位,也使得其方法论在课堂中的深度应用受到限制。

4 对生物学教学的启示

4.1 批判性思维系统融入课程的整体设计

批判性思维的有效培养需要在生物学课程整体设计中进行系统规划,而不仅是零散地嵌入某些课堂环节或单一技能的培养。将批判性思维培养目标与课程主题、单元结构、评价机制有机融合,可以使学生在学习的整个过程中持续接受思维训练。换言之,批判性思维的培养强调整体性技能链的构建,即在同一主题或项目中贯穿质疑、证据评价、推理与反驳等多个批判性思维环节。例如,在高中生物学的进化、遗传、多样性等单元中,教师可将质疑、论证、反驳等技能贯穿于一个主题或整节课,让学生在完整的科学探究循环中体验并掌握批判性思维的过程。这种融入式设计不仅有助于学生在学科内部形成系统的思维模式,也便于掌握的技能向跨学科与现实生活中迁移,提升解决复杂问题的能力。

4.2 创设具有真实性与延展性的学习情境

教学情境的真实性与延展性是激发学生批判性思维的重要条件。生物学与社会热点和生活实践联系紧密,教师在设计情境时应结合学生已有经验与现实关注,如转基因食品、生物多样性保护、环境污染与健康等,让学生在真实、复杂的问题背景中产生批判性思维探究的动机。同时,教学情境应具备延展性而不是单个问题或不具系统性的零散问题,即在问题解决的过程中不断引出新的思考与挑战,形成持续的反思与深度探究链条,从而推动学生不断优化思维策略与方法。

4.3 构建多元化的质疑、论证与反思机制

质疑、论证与反思机制是将批判性思维落到实处的核心途径。课堂教学不仅应包含观点表达与证据分析的环节,还应创造合理质疑现有观点、反驳与自我修正的机会,使学生经历完整的批判性思维过程。教师可以通过论证结构模型、辩论活动、反思日志等方式,引导学生在多轮观点碰撞中不断完善推理链条。这一机制应与多维度评价体系相结合,涵盖课堂表现、探究过程和最终成果,使学生在各环节均能获得针对性反馈,形成正向激励与持续改进的动力。例如,教师在每个技能训练环节采用“苏格拉底式提问”以及引导学生与标准比较,以使学生能够获得针对性的技能训练回应。

4.4 推动跨学科融合与数智技术支持

跨学科融合与数智技术应用为批判性思维培养提供了广阔空间。将生物学与社会科学、伦理学、环境科学等领域相结合,可以帮助学生在多元价值取向与复杂证据面前形成全面判断。同时,数智技术尤其是生成式人工智能的引入,能够为学生高效获取多元观点与证据资源提供支持,并借助虚拟仿真、在线讨论等平台进行互动探究。这不仅提升了探究的效率与广度,也使不同水平的学生能获得个性化的学习支持与发展机会。

来源：李高峰,刘文成.生物学批判性思维能力培养策略、存在问题与启示[J/OL].生物学教学,1-4[2026-06-22].https://link.cnki.net/urlid/31.1009.G4.20260617.1335.002.