基于生物科學(xué)素養(yǎng)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

丁燕平

摘 要：創(chuàng)新能力是素質(zhì)教育的重要培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)生所具有的生物科學(xué)素養(yǎng)是生物學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。本文從掌握生物科學(xué)史實和科學(xué)方法，重視實驗教學(xué)、實踐活動和習(xí)題設(shè)計五個方面闡述了生物學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一些策略。

關(guān)鍵詞：生物科學(xué)素養(yǎng)；生物學(xué)教學(xué)；創(chuàng)新能力；培養(yǎng)

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“生物科學(xué)素養(yǎng)是指公民參加社會生活、經(jīng)濟活動、生產(chǎn)實踐和個人決策所需的生物科學(xué)知識、探究能力以及相關(guān)的情感態(tài)度與價值觀?！盵1 ]由此可知，由生物學(xué)知識、能力、情感態(tài)度與價值觀三者結(jié)合而成的便是生物科學(xué)素養(yǎng)。我們可以從生物學(xué)基礎(chǔ)知識，科學(xué)探究方法與技能，科學(xué)態(tài)度和科學(xué)的世界觀，科學(xué)、技術(shù)與社會（STS）四個維度來理解生物科學(xué)素養(yǎng) [2 ]。換句話說，生物科學(xué)素養(yǎng)應(yīng)當(dāng)以科學(xué)知識與技能、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)價值這五個方面為主要的教育內(nèi)容。而“創(chuàng)新是科學(xué)精神的靈魂，是構(gòu)成科學(xué)素養(yǎng)的重要因素” [3 ]?？茖W(xué)素養(yǎng)的提升和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)又是生物課標(biāo)重點強調(diào)的內(nèi)容。因此學(xué)生所具有的生物科學(xué)素養(yǎng)是生物學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。

生物學(xué)教材中包含有豐富的對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新教育的素材：如探究性實驗、科學(xué)史、科學(xué)方法等。學(xué)生通過學(xué)習(xí)生物課程，不僅提高了自身的生物科學(xué)素養(yǎng)，更重要的是樹立了創(chuàng)新意識。這對他們今后的學(xué)習(xí)和工作，甚至個人的終身發(fā)展，都將產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。下面從五個方面談?wù)勆飳W(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一些策略。

1 學(xué)習(xí)科學(xué)史實，增強創(chuàng)新意志

人們在創(chuàng)新過程中展現(xiàn)出來的刻苦、頑強、勇于冒險、實事求是的精神就是創(chuàng)新意志。沒有優(yōu)秀的創(chuàng)新意志，再獨特的創(chuàng)新也將前功盡棄。

生物科學(xué)史的知識是學(xué)生具有生物科學(xué)素養(yǎng)的一項重要內(nèi)容。平時教師可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，介紹科學(xué)家的事跡和科學(xué)史，讓學(xué)生明白：要想有所創(chuàng)造，必須具有良好的科學(xué)品質(zhì)和崇高的科學(xué)精神。比如，通過學(xué)習(xí)細(xì)胞學(xué)說的建立過程、生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程、促胰液素的發(fā)現(xiàn)等內(nèi)容，我們可以悟出科學(xué)是在實驗和爭論中前進(jìn)的；科學(xué)工作者既要繼承前人正確的科研成果，又要富有質(zhì)疑和創(chuàng)新精神，身體力行，鍥而不舍，努力推動科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。

此外，在學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容時，介紹孟德爾經(jīng)過八年的不懈努力，提出遺傳的兩大基本規(guī)律；歷經(jīng)五年的航海旅行，達(dá)爾文提出以自然選擇學(xué)說為基礎(chǔ)的生物進(jìn)化理論。通過這些人物精神來激勵學(xué)生養(yǎng)成熱愛科學(xué)，勇于探索的良好品質(zhì)和堅強的創(chuàng)新意志。

2 掌握科學(xué)方法，實現(xiàn)科學(xué)創(chuàng)新

“授之以魚不如授之以漁”，對學(xué)生而言，方法遠(yuǎn)重要于知識本身。生物科學(xué)方法又是現(xiàn)代學(xué)生具有生物科學(xué)素養(yǎng)的一個基本要求。為此教師要積極引導(dǎo)學(xué)生參與知識形成過程的認(rèn)識，學(xué)習(xí)前人研究生物的一些科學(xué)方法，幫助學(xué)生實現(xiàn)科學(xué)創(chuàng)新。

毫無疑問，欲有效開展科學(xué)探究活動，降低創(chuàng)新成本，提高創(chuàng)新質(zhì)量，前提是必須掌握適宜的科學(xué)方法。蘊含著生物科學(xué)方法的教材內(nèi)容比比皆是：彰顯科學(xué)探究一般方法的“生長素的發(fā)現(xiàn)”；突出實驗設(shè)計原則和科學(xué)研究一般思路的“光合作用的發(fā)現(xiàn)史”；展示建構(gòu)模型方法的“流動鑲嵌模型”的構(gòu)建等等。教師要引導(dǎo)學(xué)生通過閱讀、觀看課件或?qū)嵺`，讓學(xué)生跨越時空，重溫科學(xué)家的探究歷程，潛移默化地接受這些科學(xué)方法，為今后的創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。如教師在引導(dǎo)學(xué)生模擬參與孟德爾的豌豆雜交實驗中，可遵循“學(xué)習(xí)—實踐—創(chuàng)新”的思路，讓學(xué)生一邊重溫科學(xué)家“發(fā)現(xiàn)問題—推理假設(shè)—實驗驗證”的活動，一邊完成學(xué)習(xí)任務(wù)，并借此初步認(rèn)識假說—演繹法。

當(dāng)然，教師還可嘗試讓學(xué)生在解決問題中更好地掌握生物科學(xué)方法。筆者曾要求學(xué)生畫出動（植）物細(xì)胞有絲分裂（或減數(shù)分裂）某個時期示意圖、光合作用示意圖、中心法則圖解、遺傳圖解等，促進(jìn)學(xué)生深入了解模型方法。要求學(xué)生回答：“怎樣證明光合作用產(chǎn)生的O2來自水，而不是來自CO2？”、“如何通過噬菌體侵染細(xì)菌的實驗，證明噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA？”等問題來檢驗他們對同位素標(biāo)記法和科學(xué)實驗方法的掌握情況。

3 立足實驗教學(xué)，激發(fā)創(chuàng)新潛能

生物學(xué)科以實驗為靈魂和基礎(chǔ)。實驗?zāi)芰κ欠从硨W(xué)生實驗素養(yǎng)高低的重要指標(biāo)。實驗教學(xué)可以有效提高學(xué)生的實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。特別是探究性實驗和設(shè)計類實驗，在激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情和創(chuàng)新意識上是其它實驗無法超越的。

教學(xué)中，教師要盡量用探究性實驗代替驗證性實驗，在設(shè)計、操作、分析中讓學(xué)生體會“科研”的感覺。例如，將驗證性實驗“唾液淀粉酶遇高溫會變性失活”改為“探究唾液淀粉酶在不同溫度下活性的變化”的探究性實驗；將驗證性實驗“萌發(fā)的種子呼吸作用產(chǎn)生了CO2”改為“探究萌發(fā)的種子的呼吸方式”的探究性實驗等等。

教師也可以通過改造、創(chuàng)設(shè)一些實驗，鼓勵學(xué)生運用已學(xué)知識去設(shè)計實驗并積極探索，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能。如在實驗“質(zhì)壁分離和復(fù)原”前，教師先提出：（1）課本上如果選用大于或小于0.3g/ml的蔗糖溶液來做實驗，行不行？并說明理由。（2）用適宜濃度的KNO3溶液（尿素溶液、乙醇溶液、葡萄糖溶液等）進(jìn)行實驗，將觀察到什么現(xiàn)象？為什么？（3）有無其它實驗材料替代紫色洋蔥鱗片葉的外表皮？（4）在證明植物細(xì)胞的吸水與失水上有沒有更簡單的實驗？在以上問題串的激發(fā)下，學(xué)生的思維被調(diào)動起來，提出了多種富有創(chuàng)造性的想法，通過討論和實驗檢驗，發(fā)現(xiàn)有些想法還頗有實用價值。在做完實驗后，教師可讓學(xué)生參照本實驗的原理、方法，設(shè)計實驗測定某成熟植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度范圍或比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度大小。學(xué)生獨立思考后，組織他們分組討論，然后提問不同小組的學(xué)生闡述各自的實驗方案，最后教師進(jìn)行點評，師生共同確定最優(yōu)方案。學(xué)生可以再到實驗室通過動手操作來進(jìn)行驗證。如此教學(xué)有利于提高學(xué)生的科學(xué)探究能力、交流合作能力、創(chuàng)新能力等多方面的能力。

4 開展實踐活動，提升創(chuàng)新水平

我們知道，創(chuàng)新成果固然重要，但創(chuàng)新實踐過程更重要。學(xué)生要想印象深刻并體驗到創(chuàng)新樂趣，只有通過親自實踐。實踐精神是學(xué)生追求生物科學(xué)素養(yǎng)的一個重要方面。筆者在教學(xué)過程中盡可能給學(xué)生留出充裕的時間，去開展觀察、實驗等實踐活動，使學(xué)生有充分的看、想、說、練的機會，從而有效地保證學(xué)生嘗試創(chuàng)新和提升素養(yǎng)的時空。

比如，學(xué)習(xí)了“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”這節(jié)內(nèi)容后，筆者要求學(xué)生采取小組合作的形式設(shè)計并制作生態(tài)瓶，然后觀察瓶中哪種生物先死亡，哪種生物后死亡，并分析其主要原因。再思考怎樣改進(jìn)實驗裝置，才能推遲瓶中生物的死亡時間，才能讓瓶中生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。學(xué)生接受任務(wù)后，興趣很高，動腦動手，交流合作，努力創(chuàng)新，積極實踐。最后，筆者拿出一節(jié)課時間進(jìn)行各小組間經(jīng)驗交流，并推出最佳設(shè)計方案。這樣學(xué)生通過思考、設(shè)計、觀察、分析、交流等一系列實踐活動，思維深度得到了充分的挖掘，不僅更好地理解了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的原理，還提升了實踐精神和創(chuàng)新水平。

5 重視習(xí)題設(shè)計，訓(xùn)練創(chuàng)新思維

采用超常規(guī)的、獨特的、全新的方法來解決問題的思維過程就是創(chuàng)新思維。它是創(chuàng)新能力的前提和基礎(chǔ)。教師通過精心編制生物習(xí)題，訓(xùn)練學(xué)生審題、析題、答題能力，強化學(xué)生合作意識，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度，這也是生物科學(xué)素養(yǎng)的一個重要教育內(nèi)容。

例如，筆者在自由組合定律教學(xué)之后，讓學(xué)生完成一道習(xí)題：用具有兩對相對性狀（控制兩對相對性狀的基因位于非同源染色體上）的純合子豌豆作親本雜交，問F2中表現(xiàn)型不同于親本的個體占多少比例？學(xué)生由于受到課本中孟德爾豌豆雜交實驗?zāi)Ｊ降挠绊懚a(chǎn)生思維定勢，只考慮一種情況（即設(shè)親本基因型為YYRR×yyrr），得出答案為。此時筆者要求學(xué)生再認(rèn)真審題、思考，終于有部分學(xué)生想到另一種情況（即設(shè)親本基因型為YYrr×yyRR），得出答案為。接著筆者又“趁熱打鐵”，再問：“剛才你們是怎樣算出的？”學(xué)生的解法有：（1）把表現(xiàn)型與親本不同的各種基因型所占比例相加，即YYRR+ YyRR +YYRr+YyRr+yyrr=++++=；（2）把表現(xiàn)型與親本不同的各類基因型所占比例相加，即Y R + yyrr= +=；（3）先求F2中表現(xiàn)型與親本相同的個體所占比例，即Y rr+yyR =+=，再求F2中表現(xiàn)型與親本不同的個體所占比例：1-=。這時教師指出解法一比較復(fù)雜，解法二雖較簡便，但在有多對性狀時容易出錯。解法三簡捷、實用、正確率高，且更具有創(chuàng)造性。

可見，教師在習(xí)題教學(xué)中應(yīng)注意幫助學(xué)生樹立目標(biāo)意識，引導(dǎo)學(xué)生挖掘習(xí)題內(nèi)涵，突破常規(guī)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和“又好又快”的思維習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生思維的創(chuàng)造性與靈活性。

總之，素質(zhì)教育的核心和教育工作者面臨的偉大使命是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在生物學(xué)教學(xué)中，為了培養(yǎng)出具有生物科學(xué)素養(yǎng)的創(chuàng)新人才，我們需要深入理解生物科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵，認(rèn)真挖掘生物科學(xué)素養(yǎng)的教育內(nèi)容，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生大膽創(chuàng)新，勇于實踐。

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