援引經(jīng)典科學(xué)史闡釋科學(xué)本質(zhì)的維度內(nèi)涵

孟凡龍 崔鴻 倪忠春

摘要基于“光合作用的發(fā)現(xiàn)史”中豐富的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵，依托《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，深度闡述科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)、科學(xué)探究的本質(zhì)和科學(xué)事業(yè)的本質(zhì)三個(gè)維度中各個(gè)要素的本質(zhì)內(nèi)涵，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，進(jìn)而提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 科學(xué)本質(zhì) 科學(xué)史 光合作用 發(fā)現(xiàn)史

中圖分類號(hào)C633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

科學(xué)是一個(gè)建立在可檢驗(yàn)的解釋和對(duì)客觀事物的形式、組織等進(jìn)行預(yù)測(cè)的有序的知識(shí)的系統(tǒng)，是使主觀認(rèn)識(shí)與客觀實(shí)際實(shí)現(xiàn)具體統(tǒng)一的實(shí)踐活動(dòng)。對(duì)于什么是科學(xué)本質(zhì)（ Nature of science，NOS），科學(xué)家、科學(xué)哲學(xué)家、科學(xué)教育者等還沒(méi)有達(dá)成一致的認(rèn)識(shí)，它通常指“科學(xué)的認(rèn)識(shí)論，科學(xué)是一種認(rèn)識(shí)世界的方式，是在科學(xué)知識(shí)發(fā)展過(guò)程中固有的信念和價(jià)值”。綜觀國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)科學(xué)本質(zhì)范疇和內(nèi)涵的界定，雖然在具體的表達(dá)和側(cè)重點(diǎn)上有所差異，但大致可認(rèn)為科學(xué)本質(zhì)包括三個(gè)維度：科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)、科學(xué)探索的本質(zhì)和科學(xué)事業(yè)的本質(zhì)。

McComas和Olson從科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)史、科學(xué)社會(huì)學(xué)以及科學(xué)心理學(xué)4個(gè)學(xué)科的角度對(duì)5個(gè)國(guó)家的8個(gè)課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)科學(xué)本質(zhì)的陳述進(jìn)行分析。結(jié)果顯示這些文件中對(duì)科學(xué)本質(zhì)有較為一致的觀點(diǎn)，認(rèn)為上面談到的4個(gè)學(xué)科都與科學(xué)本質(zhì)有關(guān)系，其中科學(xué)史所占的比例最大，如圖1所示（說(shuō)明：不同的圓代表不同的學(xué)科，其大小則代表對(duì)科學(xué)本質(zhì)貢獻(xiàn)的多少）。準(zhǔn)確理解科學(xué)本質(zhì)與科學(xué)史的關(guān)系，基于科學(xué)史的教學(xué)可以更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，建立正確的科學(xué)本質(zhì)觀。

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo)）在“實(shí)施建議”中明確提出：“學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的思路和方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神，這對(duì)提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)很有意義。對(duì)科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生建立生物學(xué)觀念，了解科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的特點(diǎn)，把握自然科學(xué)的特點(diǎn)，并以此來(lái)辨別現(xiàn)實(shí)生活中的科學(xué)和非科學(xué)，從而促進(jìn)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成?！?/p>

1 科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)維度

科學(xué)知識(shí)是對(duì)客觀世界的如實(shí)反映，主要包括科學(xué)事實(shí)、科學(xué)定律、科學(xué)假說(shuō)、科學(xué)理論等。在新課標(biāo)中對(duì)科學(xué)知識(shí)本質(zhì)的描述主要有：課程性質(zhì)中的“生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。生物學(xué)的發(fā)展需要許多人的共同努力和不斷探索”;實(shí)施建議中的“科學(xué)是一個(gè)發(fā)展的過(guò)程?？茖W(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變。理論和定律賦予科學(xué)解釋的能力，但兩者不盡相同”。

“光合作用的發(fā)現(xiàn)史”內(nèi)容對(duì)應(yīng)的是《必修1·分子與細(xì)胞》中的“概念2細(xì)胞的生存需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并通過(guò)分裂實(shí)現(xiàn)增殖（大概念）”“2.2細(xì)胞的功能絕大多數(shù)基于化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞的特定區(qū)域（重要概念）”“2.2.3說(shuō)明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽(yáng)光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過(guò)程中，轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存為糖分子中的化學(xué)能（次位概念）”。在新課標(biāo)的教學(xué)提示中指出“探究不同環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響”，在學(xué)業(yè)要求中提出“從物質(zhì)與能量視角，探索光合作用與呼吸作用，闡明細(xì)胞生命活動(dòng)過(guò)程中貫穿著物質(zhì)與能量的變化（生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究）”，在學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4中指出“能運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀分別闡釋葉綠體結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系、光合作用的物質(zhì)和能量的偶聯(lián)機(jī)制、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)與個(gè)體穩(wěn)態(tài)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)等;能運(yùn)用進(jìn)化與適應(yīng)觀闡釋葉綠體中的化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)，以及與細(xì)胞內(nèi)外其他結(jié)構(gòu)環(huán)境的關(guān)系，深入理解生物的統(tǒng)一性、獨(dú)特性和復(fù)雜性;在新的問(wèn)題情境中，能以生命觀念為指導(dǎo)，解釋生命現(xiàn)象，學(xué)會(huì)遷移應(yīng)用，探究生命活動(dòng)的規(guī)律，構(gòu)建科學(xué)的自然觀;基于上述觀念，能夠?qū)⒖茖W(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)綜合運(yùn)用在實(shí)踐活動(dòng)中，解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，形成正確的價(jià)值觀、人生觀和世界觀”（表1）。

2科學(xué)探究的本質(zhì)維度

科學(xué)探究是用以獲得知識(shí)、領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家們研究自然界所用的方法而進(jìn)行的各種活動(dòng)。新課標(biāo)中對(duì)科學(xué)探究本質(zhì)的描述主要有：課程性質(zhì)中的“在親歷提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)”;基本理念中的“通過(guò)探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)或完成工程學(xué)任務(wù)，加深對(duì)生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神”;教學(xué)建議中的“組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，科學(xué)工作依賴觀察和推論、科學(xué)工作采用基于實(shí)證的范式、科學(xué)是創(chuàng)造性的工作、科學(xué)工作中要高度關(guān)注主觀因素的影響?！薄肮夂献饔冒l(fā)現(xiàn)史”中多位科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生沿著科學(xué)家探索生物世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的思路和方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神，提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)（表2）。

3科學(xué)事業(yè)的本質(zhì)維度

科學(xué)是一項(xiàng)復(fù)雜的社會(huì)性活動(dòng)，必須考慮倫理的原則?？茖W(xué)被組織成系統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)并在各種公共機(jī)構(gòu)中進(jìn)行傳播，科學(xué)家以專家和公民雙重身份參與公眾事務(wù)。新課標(biāo)中對(duì)科學(xué)事業(yè)本質(zhì)的描述主要有：課程性質(zhì)中的“生物學(xué)正在對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人類生活產(chǎn)生越來(lái)越大的影響”;教學(xué)建議中的“落實(shí)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)相互關(guān)系的教育——科學(xué)會(huì)受到社會(huì)和文化的影響”?！肮夂献饔冒l(fā)現(xiàn)史”中科學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)背景的多元化彰顯了科學(xué)與道德規(guī)范、技術(shù)社會(huì)的深度融合，也體現(xiàn)了科學(xué)家們作為國(guó)家公民的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)（表3）。

在生物學(xué)教學(xué)中運(yùn)用科學(xué)史進(jìn)行科學(xué)本質(zhì)的顯性教學(xué)，所選擇的生物學(xué)史料并不需要對(duì)科學(xué)本質(zhì)的很多方面都有涉及，一次教學(xué)不可能讓學(xué)生獲得很多有關(guān)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。因此，教師在每一次的教學(xué)中要設(shè)定合理適當(dāng)?shù)目茖W(xué)本質(zhì)教學(xué)目標(biāo)。教師可以對(duì)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的培養(yǎng)作整體設(shè)計(jì)，在具體每一次的教學(xué)活動(dòng)中，教師應(yīng)根據(jù)所選擇的生物學(xué)史實(shí)特點(diǎn)和教學(xué)條件，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)某一方面或者某幾個(gè)方面的理解。同時(shí)，教師需要充分挖掘教科書中所涉及的生物學(xué)史中蘊(yùn)含的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵，在教學(xué)中展現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的真實(shí)面貌，突出科學(xué)知識(shí)發(fā)展的過(guò)程及其影響，使學(xué)生體會(huì)并領(lǐng)悟到科學(xué)的本質(zhì)。

生物學(xué)是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。它不僅是一個(gè)結(jié)論豐富的知識(shí)體系，也包括了人類認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象和規(guī)律的一些特有的思維方式和探究過(guò)程。生物學(xué)課程既要讓學(xué)生獲得基礎(chǔ)的生物學(xué)知識(shí)，又要讓學(xué)生領(lǐng)悟生物學(xué)家在研究過(guò)程中所持有的觀點(diǎn)以及解決問(wèn)題的思路和方法。生物學(xué)課堂上，教師要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，使學(xué)生在親歷科學(xué)探究的過(guò)程中習(xí)得科學(xué)知識(shí)，并進(jìn)行有效的科學(xué)實(shí)踐，建立對(duì)科學(xué)事業(yè)的認(rèn)識(shí)，深度理解科學(xué)的本質(zhì)。指向科學(xué)本質(zhì)的生物學(xué)科學(xué)史教學(xué)需要從科學(xué)知識(shí)、科學(xué)探究、科學(xué)事業(yè)維度深度闡述各個(gè)要素的本質(zhì)內(nèi)涵，在教學(xué)過(guò)程在不斷滲透，進(jìn)而使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，提升科學(xué)素養(yǎng)，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實(shí)踐能力。

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