科學(xué)本質(zhì)觀下的生物教學(xué)實(shí)踐

摘要：敘述了建構(gòu)主義下科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵、生物教學(xué)中凸顯科學(xué)本質(zhì)的意義，以及從三個(gè)方面提出在生物教學(xué)中如何體現(xiàn)“定量化”這一科學(xué)特征，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)本質(zhì)；定量化；實(shí)踐

科學(xué)本質(zhì)的教育是近年來(lái)世界范圍內(nèi)科學(xué)教育界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，現(xiàn)行的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)了學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。然而現(xiàn)行情況不容樂(lè)觀，部分學(xué)生對(duì)生物學(xué)科產(chǎn)生了“半文半理”的印象，歸其緣由是教師在教學(xué)過(guò)程中失去了自然科學(xué)應(yīng)具備的特征，課堂教學(xué)停留在背概念、用概念的層面。生命科學(xué)是一門(mén)自然科學(xué)，教師在教學(xué)中要體現(xiàn)科學(xué)的本質(zhì)和特征，方能提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)教學(xué)的核心目標(biāo)。

一、 建構(gòu)主義下的科學(xué)本質(zhì)觀

建構(gòu)主義主張科學(xué)的本質(zhì)即科學(xué)探究，它認(rèn)為科學(xué)的本質(zhì)不在于掌握真理本身，而在于探索真理的過(guò)程，在于探索真理背后科學(xué)家的探究精神，科學(xué)家的一系列的思維方法?？茖W(xué)知識(shí)可變，但知識(shí)背后的思維品質(zhì)、探究方法和創(chuàng)新精神卻是永恒的。在探索自然界的過(guò)程中，科學(xué)家們使用了一些特有的方法來(lái)觀察、思考和求證，并形成了自然科學(xué)的如下特征：定量化（精確的測(cè)量）、嚴(yán)格細(xì)致的觀察、對(duì)照實(shí)驗(yàn)、量化的預(yù)期、用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)預(yù)期和假設(shè)、科學(xué)在自我更正的過(guò)程中積累和進(jìn)步、科學(xué)過(guò)程。

二、 生物教學(xué)凸顯科學(xué)本質(zhì)的意義

“十三五”規(guī)劃提出要深化教育改革，把增強(qiáng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力作為重點(diǎn)任務(wù)貫徹到國(guó)民教育全過(guò)程，現(xiàn)行的《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》也明確將提高生物科學(xué)素養(yǎng)作為課程的基本理念之一。提高科學(xué)素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，生物學(xué)科作為科學(xué)課程必須承擔(dān)的責(zé)任就是凸顯科學(xué)本質(zhì)，實(shí)踐科學(xué)過(guò)程，理解科學(xué)特征。

三、 科學(xué)本質(zhì)觀下的生物教學(xué)實(shí)踐

目前，有的理科課堂教學(xué)是現(xiàn)有知識(shí)的機(jī)械接受和提取應(yīng)用，在這樣的教學(xué)模式下學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神無(wú)從談起。劉恩山教授指出：“科學(xué)教育以兩方面的認(rèn)識(shí)為基石：一方面是對(duì)兒童的特點(diǎn)和他們的學(xué)習(xí)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，另一方面是對(duì)科學(xué)的性質(zhì)、特點(diǎn)和思維方法的認(rèn)識(shí)?！弊鳛橐幻茖W(xué)教師，首要是清晰地定位科學(xué)的性質(zhì)和特點(diǎn)，并以此指導(dǎo)生物學(xué)科的教與學(xué)。在生物學(xué)科教學(xué)中，有很多途徑可以滲透科學(xué)的本質(zhì)教育，如探究性學(xué)習(xí)、生物學(xué)史教學(xué)以及STS教學(xué)等，但不管以何種途徑，教師都要極盡所能讓學(xué)生感受到自然科學(xué)的各種特征，包括定量化。定量化是科學(xué)的基本特征之一，科學(xué)依賴于定量化的工作、依賴于精確的測(cè)量。在自然科學(xué)的很多領(lǐng)域中，科學(xué)家給予可定量化研究的問(wèn)題最高的優(yōu)先權(quán)。

（一） 呈現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，增強(qiáng)直觀感受

科學(xué)家對(duì)于一些生物現(xiàn)象、規(guī)律進(jìn)行測(cè)量，最后獲得的數(shù)據(jù)可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)一些概念、知識(shí)的理解。例如我們說(shuō)脂肪是良好的儲(chǔ)能物質(zhì)，具體測(cè)量數(shù)據(jù)是1g脂肪氧化分解可以放出約39kJ能量，而1g糖原可以放出17kJ；又如動(dòng)物激素調(diào)節(jié)的特點(diǎn)之一微量高效，科學(xué)家也進(jìn)行科學(xué)的量化，3t新鮮動(dòng)物甲狀腺中才提取出0.23g的甲狀腺激素；人體血液中甲狀腺激素的含量只有3×10-5～1.4×10-4mg/mL，而甲狀腺激素可以使人體產(chǎn)熱4200kJ；再如能量流動(dòng)的“逐級(jí)遞減”這一特點(diǎn)也可在賽達(dá)伯格湖的量化數(shù)據(jù)中通過(guò)計(jì)算獲得感性認(rèn)識(shí)。

類似的例子還有很多，教師在授課過(guò)程中可通過(guò)語(yǔ)言讓學(xué)生感受到科學(xué)結(jié)論的獲得依賴于精確的測(cè)量，任何科學(xué)的預(yù)期都要經(jīng)得起多次實(shí)驗(yàn)來(lái)定量化地檢驗(yàn)。

（二） 解讀圖表，提高信息處理能力

科學(xué)實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐中產(chǎn)生大量的生物學(xué)數(shù)據(jù)，如研究酶活性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、研究光合作用與細(xì)胞呼吸的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、遺傳雜交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等等，這些數(shù)據(jù)及其背景是一個(gè)良好的命題素材，也是體現(xiàn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)重要方面。平時(shí)的教學(xué)、練習(xí)中教師需要有意識(shí)地滲透與高中生物學(xué)知識(shí)密切相關(guān)的數(shù)據(jù)、表格，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生物學(xué)數(shù)據(jù)、表格中所蘊(yùn)含的反映生物學(xué)客觀事物屬性的信息提取的能力。

人教版的教材中有較多相關(guān)素材，教師平時(shí)多關(guān)注教材、挖掘并利用教材，就可以在平時(shí)的課堂中訓(xùn)練學(xué)生的思考能力。例如在《物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健愤@一章節(jié)中，教材呈現(xiàn)了麗藻細(xì)胞液與池水的多種離子濃度比的表格，一些老師對(duì)此視而不見(jiàn)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)就突破了三種跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?，如此的教學(xué)方式雖然在短時(shí)的應(yīng)試成績(jī)上沒(méi)有明顯區(qū)別，但久而久之學(xué)生的思維能力就會(huì)弱化，科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)也無(wú)從談起。在一位老師的課堂教學(xué)中，他將問(wèn)題探討“人工的無(wú)蛋白的脂雙層膜對(duì)不同分子的通透性”以及上述表格作為背景素材呈現(xiàn)，并提出層層遞進(jìn)的支架問(wèn)題：①K+、Na+、Cl-等帶電離子能否直接通過(guò)脂雙層？能否通過(guò)細(xì)胞膜？②這些帶電離子的運(yùn)輸方向如何？③為何能夠逆濃度梯度運(yùn)輸？通過(guò)師生探討，最后得出主動(dòng)運(yùn)輸?shù)臈l件、特征。該老師還利用該節(jié)內(nèi)容的技能訓(xùn)練，巧妙地創(chuàng)設(shè)了新的情境，不僅訓(xùn)練學(xué)生對(duì)坐標(biāo)圖數(shù)據(jù)的解讀，更實(shí)現(xiàn)了核心概念的遷移。

（三） 運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，展示自然規(guī)律

當(dāng)然，授之以魚(yú)，不如授之以漁。課堂教學(xué)中要利用好科學(xué)家測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)使生物知識(shí)直觀易懂，也要巧設(shè)圖表情境增強(qiáng)學(xué)生處理信息、尋找規(guī)律的能力，更要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法來(lái)分析生物現(xiàn)象和規(guī)律。人教版高中教材中最典型的實(shí)例就是“孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)”以及“種群數(shù)量的增長(zhǎng)”，即對(duì)生物現(xiàn)象構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法，將事物間的聯(lián)系以簡(jiǎn)明、準(zhǔn)確、顯而易見(jiàn)的形式表示出來(lái)；當(dāng)一種自然規(guī)律以數(shù)學(xué)語(yǔ)言表示時(shí)，要比文字的方法更準(zhǔn)確，更容易理解。

生物學(xué)中有很多實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)處理是生物實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重要組成部分，其包含的內(nèi)容十分豐富，例如數(shù)據(jù)的記錄、驗(yàn)證和尋找生物學(xué)規(guī)律等。在教學(xué)中教師就要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)表格記錄數(shù)據(jù)，并尋找變量之間的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律。例如，在觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂時(shí)，學(xué)生通過(guò)觀察不同的分生區(qū)視野，得到樣本1和樣本2的數(shù)據(jù)，記錄在教材提供的表格中。教師可引導(dǎo)學(xué)生思考一張表格中應(yīng)該包括哪些項(xiàng)目，統(tǒng)計(jì)樣本1和2的目的是什么？怎樣進(jìn)一步減小實(shí)驗(yàn)誤差？通過(guò)這張列表學(xué)生對(duì)“細(xì)胞周期中間期所占時(shí)間最長(zhǎng)”有了深刻的認(rèn)識(shí)。

再如，教材能量流動(dòng)的最后有一個(gè)技能訓(xùn)練——分析和處理數(shù)據(jù)。根據(jù)科學(xué)家量化的數(shù)據(jù)，學(xué)生首先可以感受到生物體內(nèi)能量主要儲(chǔ)存在含碳有機(jī)物中，以化學(xué)能的形式存在，所以要計(jì)算生物體內(nèi)的儲(chǔ)存的能量可以先量化生物體內(nèi)的含碳有機(jī)物，這是研究能量流動(dòng)的一個(gè)基本方法。其次，根據(jù)教材引導(dǎo)的問(wèn)題學(xué)生通過(guò)計(jì)算最后匯總出如下圖解：

我們說(shuō)科學(xué)理論只有當(dāng)它們被實(shí)驗(yàn)反復(fù)證實(shí)以后，科學(xué)家們才會(huì)接受；那么學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)也可遵循這樣的規(guī)律。學(xué)生在學(xué)習(xí)能量流動(dòng)的過(guò)程時(shí)，先對(duì)每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的輸入和輸出構(gòu)建了如下的模型，但準(zhǔn)確說(shuō)這只是預(yù)期，這個(gè)預(yù)期是否實(shí)現(xiàn)，還需要合理的量化，學(xué)生通過(guò)該技能訓(xùn)練就驗(yàn)證了“生產(chǎn)者只利用了1%左右的太陽(yáng)能”“輸入到某一種群的能量一部分通過(guò)呼吸作用散失”等這些預(yù)期的規(guī)律。

高中生物概念繁雜，理科教學(xué)要重知識(shí)，更要重知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程，重視知識(shí)產(chǎn)生背后的科學(xué)品質(zhì)?？茖W(xué)課程是科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的主陣地，只有一線教師在課程設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)中主動(dòng)有意識(shí)地凸顯科學(xué)本質(zhì)和特征，才能完成國(guó)家對(duì)現(xiàn)代人才的需求，這是科學(xué)教師的使命。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉恩山.中學(xué)生物學(xué)教學(xué)論[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2] 張大海.高中生物學(xué)科教學(xué)中的科學(xué)本質(zhì)教育[J].中學(xué)生物學(xué)，2014，（7）：27-29.

作者簡(jiǎn)介：

浦佳麗，江蘇省蘇州市，蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院；江蘇省無(wú)錫市，江蘇省天一中學(xué)。endprint