滲透生物學科思想方法 培養(yǎng)高中學生科學素養(yǎng)

李戇敏

G633.91

“生物學科思想”是人們在認識生物的活動中運用科學方法的思想意識，是對生物的本質、特征和價值的基本認識。

它蘊含兩個層次的含義：

一是能充分認識學習生物知識的意義，并自覺激發(fā)自己學習生物的興趣；二是能掌握學習生物科學的一些基本思想方法。

學科知識、學科能力、學科思想是學科體系的三個要素，而學科思想則是一個學科的靈魂。

生物新課程更加關注學科思想的滲透，在繼承原有學科思想的基礎上，吸收了許多當代生物科學新的思想、原理和方法，以期對學生科學素養(yǎng)的形成產生更積極的影響。

一、系統(tǒng)論的思想

系統(tǒng)論的核心思想是系統(tǒng)的整體觀念。貝塔朗菲強調，任何系統(tǒng)都是一個有機的整體，它不是各個部分的機械組合或簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立狀態(tài)下所沒有的性質。

例如，必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能中，不同生物種群甚至生物個體都是生態(tài)系統(tǒng)中的一個元素，它不能獨立與這個系統(tǒng)起作用，在生態(tài)系統(tǒng)中它有特殊的結構地位和營養(yǎng)級別，也有它的生態(tài)位。某一種群的變化，都會在整個系統(tǒng)內產生擾動，直到系統(tǒng)通過自身的調節(jié)產生新的平衡。

二、信息論的思想

信息論最早是由香農提出的，其定義之一是關于信息量度量和信息編碼、信號處理和分析的科學理論。

例如，必修2《遺傳與進化》中遺傳因子的發(fā)現(xiàn)，基因和染色體的關系，DNA分子的結構，中心法則中包含的DNA的復制、轉錄、翻譯、RNA的復制和逆轉錄，基因的本質和變化（生物的變異），人類的基因組以及現(xiàn)代生物進化理論中的共同進化。

三、控制論的思想

控制論是由諾伯特·維納提出的，是研究動物（包括人類）和機器內部的控制與通信的一般規(guī)律的學科?？刂普摰幕舅枷胧欠答?，控制論是關于反饋的科學。

例如，必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中就體現(xiàn)出的穩(wěn)態(tài)的思想，所謂穩(wěn)態(tài)是指機體依賴調節(jié)機制，對抗內外環(huán)境變化的影響，維持內環(huán)境等生理指標、生命現(xiàn)象處于動態(tài)平衡的相對穩(wěn)定狀態(tài)。人體內環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調節(jié)，植物生長發(fā)育的調節(jié)，種群數(shù)量的變化，群落的演替，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的調節(jié)等都是通過反饋來調節(jié)的。生物個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)是不同層次的生命系統(tǒng)，任何系統(tǒng)的存在和發(fā)展都需要保持穩(wěn)態(tài)。

四、哲學思想

哲學是科學的世界觀和方法論，是人類認識世界和改造世界的思想武器，一個人在成長過程中也在逐步建構自己的哲學思想，某個人的行為和思維方式，總是直接或間接地受某種哲學思想的支配。

高中生物學教材不僅承載著豐富的教學內容，而且蘊涵著許多深刻的哲學思想。例如，遺傳和變異就是典型的對立統(tǒng)一觀點。有意識地將哲學思想滲透到教學中，不僅可以提高學生分析問題、解決問題的能力，還能培養(yǎng)文理兼長的人才。

五、生物學科思想方法示例

實驗探究是針對研究目的，在人為控制條件的基礎上，對研究對象進行干預或處理后，觀測所產生效應的研究方法。該過程包括提出問題、作出假設、設計實驗方案、實施實驗、分析實驗結果等（圖1）。

案例：探究鉛中毒對大鼠學習記憶的影響。

步驟一：提出問題，做出假設。

汽車尾氣及工廠排放出的廢氣使空氣中聚集大量的鉛塵，鉛塵懸浮物離地面大約0.8 m，因此鉛會輕易地通過呼吸道和消化道進入兒童體內；另外兒童喜食的膨化食品、經常用的蠟筆、鉛筆和一些色彩特別鮮艷的圖書、餐具以及用油漆刷過的積木等玩具，都含有鉛的成分，經常接觸鉛的孩子行為活動能力減慢。由該背景作出假設：鉛中毒可能影響動物的神經活動。

步驟二：設計實驗方案并實施。

選擇大鼠為實驗對象，分為四組，設置三個醋酸鉛溶液飲用水平：0.05、1、2 g·L-1，對照組飲用蒸餾水。連續(xù)飼喂60 d后，進行水迷宮實驗，在池水中加入少量墨水使大鼠無法看到水下隱蔽平臺。讓大鼠從四個方向入水點入水，訓練其尋找水面下隱蔽平臺。重復訓練4 d后撤去平臺。

本實驗醋酸鉛染毒組為實驗組，飲水組為對照組，測定從入水點到原平臺水域的時間用以反映大鼠學習記憶的能力。如果條件許可，還可測定腦組織勻漿鉛含量及乙酰膽堿酯酶（AchE）活性。

步驟三：記錄與整理數(shù)據。

本實驗可能受到的影響因素很多，大鼠的個體差異、水浴溫度、入水方向、人為操作與觀察角度的變化等因素均可能干擾大鼠尋找平臺。為減少誤差，由同一人采用固定的操作模式，大鼠訓練時不要有人在場，在另一處用視頻探頭跟蹤觀察。應盡可能采集足夠的樣本數(shù)量，及時記錄并整理。

步驟四：分析實驗結果是否支持假設。

飲用水中醋酸鉛濃度越高，大鼠到達原平臺水域的時間越長，說明鉛中毒可能影響大鼠的學習記憶能力，支持假設。

該活動涉及到生命周期、環(huán)境控制、變化緩慢等問題，實驗數(shù)據的離散度比較大，得出結論并非易事，。在討論交流的過程中，學生認識到對于復雜的生命系統(tǒng)的研究，不能只進行單因子分析，還應分析無關變量對實驗結果的影響，揭示控制條件與觀測結果的對應關系必須有大量的樣本支持，該活動的結果表現(xiàn)為統(tǒng)計學意義上的規(guī)律。

該案例為2013年全國高考福建生物卷第27題的背景，其中所蘊含的生物學科思想和方法非常豐富，校本選修活動借鑒該背景開展實驗探究，有利于培養(yǎng)學生科學探究的能力和勇于探索的科學精神。

總而言之，學科思想方法的教育理念對教師的專業(yè)素養(yǎng)與引導水平提出了更高的要求，教師有意識地通過生物學科知識引發(fā)學生思考，讓學生在“方法”或“哲學”層面上認識生命運動的一般規(guī)律，是生物課程教育價值的重要體現(xiàn)。