指向科學(xué)本質(zhì)的高中生物學(xué)教學(xué)探索

王麗

摘要：生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵之一是理解生物科學(xué)本質(zhì)，現(xiàn)代科學(xué)本質(zhì)觀對(duì)科學(xué)知識(shí)、科學(xué)探究和科學(xué)事業(yè)進(jìn)行了新的詮釋。根據(jù)現(xiàn)代科學(xué)本質(zhì)觀，開展指向科學(xué)本質(zhì)的生物學(xué)教學(xué)，構(gòu)建科學(xué)本質(zhì)教育的目標(biāo)，實(shí)施融入科學(xué)本質(zhì)的生物學(xué)教學(xué)策略，對(duì)于發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)有著重要的作用。

關(guān)鍵詞：科學(xué)本質(zhì)；生物學(xué)；科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9094（2023）10-089-04

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版，2022年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》）教學(xué)與評(píng)價(jià)建議中明確提出，要注重生物科學(xué)史和科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)[1]?？茖W(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)需要邏輯思維，生物學(xué)也是如此。碎片式的知識(shí)學(xué)習(xí)難以幫助學(xué)生形成縝密的邏輯思維，無法培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。指向科學(xué)本質(zhì)的生物學(xué)教學(xué)，應(yīng)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到生物學(xué)知識(shí)會(huì)隨著研究的深入而深入。生物學(xué)研究需要依賴大量的觀察和推論，生物學(xué)家采用基于實(shí)證的范式，創(chuàng)造性地開展工作。此外，科學(xué)的發(fā)展也會(huì)受到社會(huì)和文化的影響。教師應(yīng)通過指向科學(xué)本質(zhì)的生物學(xué)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生更加深刻地認(rèn)識(shí)科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的過程、主動(dòng)地探究生物學(xué)有關(guān)的問題和理解與生物學(xué)有關(guān)的科學(xué)事業(yè)的本質(zhì)。

一、科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵

關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵，可以從科學(xué)知識(shí)、科學(xué)探究和科學(xué)事業(yè)的本質(zhì)三個(gè)方面分析。浙江師范大學(xué)蔡鐵權(quán)等學(xué)者認(rèn)為：科學(xué)知識(shí)是暫時(shí)的、可變的，具有持久性，科學(xué)知識(shí)經(jīng)過不斷的理論檢驗(yàn)、修改、舍棄而趨于精確和真實(shí)；科學(xué)探究具有實(shí)證性、科學(xué)方法多元化等特征；科學(xué)事業(yè)的本質(zhì)是指從事科學(xué)研究必須考慮倫理與道德原則，科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)存在交互影響，科學(xué)家應(yīng)該同時(shí)具備專家及公民的身份，能夠利用科學(xué)思考的特性來解決公眾事務(wù)[2]。

筆者認(rèn)為，生物學(xué)科學(xué)本質(zhì)能反映生物學(xué)知識(shí)的形成、生物學(xué)研究方法與過程、科學(xué)家研究生物學(xué)問題時(shí)所開展的創(chuàng)造活動(dòng)以及生物學(xué)與社會(huì)的相互關(guān)系等，具有生物學(xué)本質(zhì)觀的人應(yīng)該能夠?qū)ι飳W(xué)內(nèi)在特性和外在表現(xiàn)進(jìn)行解釋。

二、指向科學(xué)本質(zhì)的高中生物學(xué)教學(xué)的意義

科學(xué)是了解、認(rèn)識(shí)世界的一種途徑，培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)很重要的一個(gè)方面就是對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。在高中生物學(xué)教學(xué)中，加強(qiáng)對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，就是要實(shí)現(xiàn)從“知識(shí)本質(zhì)觀”到“探究本質(zhì)觀”的改變。指向科學(xué)本質(zhì)的高中生物學(xué)教學(xué)，有助于引導(dǎo)學(xué)生從對(duì)科學(xué)理論的記憶轉(zhuǎn)移到對(duì)科學(xué)方法的理解和運(yùn)用上，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和批判精神，提升學(xué)習(xí)科學(xué)的能力。

（一）提升學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解

高中生物學(xué)教學(xué)存在著一個(gè)不容忽視的現(xiàn)象，即學(xué)生學(xué)了三年生物學(xué)后，學(xué)到了很多的生物學(xué)知識(shí)，進(jìn)行了大量的解題訓(xùn)練，掌握了一些基本的實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)研究的方法，然而似乎沒有理解什么是科學(xué)，科學(xué)是怎么產(chǎn)生的。生物學(xué)作為科學(xué)課程之一，教學(xué)中必須提高學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，即生物學(xué)知識(shí)的形成需要證據(jù)判定?？茖W(xué)家為了獲取證據(jù)，制造并利用顯微鏡等儀器，通過大量的觀察、分析，獲得豐富的證據(jù)；一個(gè)科學(xué)原理的誕生，可能是從古至今多位科學(xué)家進(jìn)行反復(fù)質(zhì)疑、理性辯論、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、修正完善的結(jié)果。

（二）培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)

生物學(xué)探究活動(dòng)源于實(shí)踐。布魯納倡導(dǎo)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，主張學(xué)生像科學(xué)家那樣去探究。施瓦布建立“實(shí)踐課程范式”，強(qiáng)調(diào)課程不是脫離實(shí)踐的理論知識(shí)，要以實(shí)踐為最終旨?xì)w。指向科學(xué)本質(zhì)的生物學(xué)教學(xué)，應(yīng)該從知識(shí)學(xué)習(xí)升華至探究實(shí)踐，不僅要獲得細(xì)胞、遺傳、進(jìn)化等生物學(xué)方面的知識(shí)，還應(yīng)該習(xí)得“關(guān)于自然科學(xué)的知識(shí)”。教學(xué)應(yīng)遵從學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的邏輯，基于真實(shí)情境，突出問題探究，加強(qiáng)過程實(shí)踐，尋找可靠證據(jù)，得出合理結(jié)論，讓學(xué)科探究活動(dòng)真實(shí)發(fā)生。教師可以向?qū)W生呈現(xiàn)生物學(xué)科學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念，引領(lǐng)學(xué)生科學(xué)探究，激發(fā)學(xué)生尋找證據(jù)，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試建構(gòu)模型，倡導(dǎo)合作學(xué)習(xí)等，為學(xué)生將來進(jìn)行科學(xué)研究或者能基于科學(xué)的視角去學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。

三、指向科學(xué)本質(zhì)的高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐

在指向科學(xué)本質(zhì)的高中生物學(xué)教學(xué)中，可把科學(xué)史等有關(guān)內(nèi)容引入科學(xué)教育，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)科學(xué)精神和創(chuàng)新能力；運(yùn)用探究教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)研究自然現(xiàn)象，自主構(gòu)建科學(xué)概念，發(fā)展探究能力等；引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同科學(xué)的認(rèn)知過程需要搜集證據(jù)資料，提升思辨能力；組織學(xué)生有效合作，增強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生交流和表達(dá)、批判，培育學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)。

（一）關(guān)注科學(xué)史，培養(yǎng)科學(xué)本質(zhì)觀

生物科學(xué)史中涵蓋了科學(xué)方法，呈現(xiàn)了生物科學(xué)研究的過程，體現(xiàn)了科學(xué)家探索的精神，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維具有重要的意義。在高中生物學(xué)教學(xué)的過程中，學(xué)生通過搜集和查閱與本節(jié)教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的生物科學(xué)史資料，厘清科學(xué)發(fā)展的順序以及觀點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，不但可以學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，還能了解科學(xué)本質(zhì)。

例如，在學(xué)習(xí)“細(xì)胞質(zhì)膜將細(xì)胞與外界環(huán)境分開”的內(nèi)容時(shí)，科學(xué)家對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜成分和結(jié)構(gòu)探索的科學(xué)史是體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)觀較好的教學(xué)材料。歐文頓根據(jù)500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)細(xì)胞通透性的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推測(cè)細(xì)胞質(zhì)膜的主要組成成分；1925年戈特和格倫德爾根據(jù)脂質(zhì)在水面上鋪展的面積與紅細(xì)胞表面積的關(guān)系，推論出“細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子排列為連續(xù)的兩層”?？茖W(xué)家在前人實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上逐步完善對(duì)生物膜成分和結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，不斷提出假說，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提出質(zhì)疑，再進(jìn)行探究，以獲得科學(xué)團(tuán)體的普遍認(rèn)可。從科學(xué)史中體會(huì)到各種科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)歷程，可以幫助學(xué)生了解：科學(xué)知識(shí)發(fā)生了什么改變？什么時(shí)候發(fā)生改變？在什么背景下發(fā)生改變？科學(xué)家如何解決過程中出現(xiàn)的問題？從而讓學(xué)生了解科學(xué)知識(shí)是如何形成的。

（二）重視科學(xué)探究，充分理解科學(xué)本質(zhì)

科學(xué)探究是科學(xué)工作的核心和基本范式。高中生物學(xué)的理論知識(shí)大多建立在科學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并且與實(shí)際生活聯(lián)系密切。在高中生物學(xué)教學(xué)中，針對(duì)高中生的動(dòng)手和動(dòng)腦能力都比較強(qiáng)的情況，教師要盡可能地為學(xué)生提供多種探究機(jī)會(huì)，讓學(xué)生親身經(jīng)歷收集資料、整理分析，最終得到完整解釋的過程。鼓勵(lì)學(xué)生積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，是指向科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的較好的策略。

例如，關(guān)于“基因突變”一節(jié)的教學(xué)，教師提出“基因突變一定會(huì)引起生物性狀的改變嗎？”教師呈現(xiàn)資料：血紅蛋白在紅細(xì)胞中起著運(yùn)輸氧氣的重要作用，下列是與血紅蛋白合成相關(guān)的基因中的一段序列（-GGGCTTCTTTTT-）（如圖1），利用軟磁鐵模型構(gòu)建，探究基因發(fā)生下列變化以后，血紅蛋白會(huì)發(fā)生怎樣的變化？1.根據(jù)上述提供的DNA序列，用標(biāo)有堿基和氨基酸的軟磁貼將轉(zhuǎn)錄和翻譯的相關(guān)過程在黑板上展示出來；2.將給出的這段DNA序列中的6號(hào)位點(diǎn)的A-T堿基對(duì)替換成 G-C 堿基對(duì)，并對(duì)替換后的DNA序列進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，用堿基和氨基酸的磁貼在黑板上展示出來；3.給出的這段DNA序列中的5號(hào)位點(diǎn)的A-T堿基對(duì)替換成T-A堿基對(duì)后，對(duì)替換后的DNA序列進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，并用堿基和氨基酸的磁貼在黑板上展示出來；4.給出的這段DNA序列中的4號(hào)位點(diǎn)的G-C堿基對(duì)被T-A堿基對(duì)替換后，氨基酸序列會(huì)受到怎樣的影響呢？5.如果以上DNA序列缺失1個(gè)或3個(gè)堿基對(duì)，對(duì)缺失后的DNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，氨基酸序列會(huì)發(fā)生怎樣的改變？6.如果以上DNA序列增添1個(gè)或3個(gè)堿基對(duì)，對(duì)增添后的DNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，氨基酸序列會(huì)發(fā)生怎樣的改變？

上述探究活動(dòng)針對(duì)的問題是“同種物質(zhì)多種變化所導(dǎo)致的結(jié)果是否一樣”，結(jié)論反映了科學(xué)知識(shí)不是一成不變的。這樣的教學(xué)，使學(xué)生對(duì)基因突變相關(guān)知識(shí)的掌握不斷深入和完善，是科學(xué)本質(zhì)滲透的有力途徑。

（三）積極尋找證據(jù)，力求科學(xué)解釋

科學(xué)解釋的形成基于對(duì)所收集到的數(shù)據(jù)與已有知識(shí)的綜合[3]。高中生物學(xué)教學(xué)中采用論證式教學(xué)的基本形式，讓學(xué)生參與論證的過程，有利于強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

例如，科學(xué)家們針對(duì)“基因在哪里？”這一科學(xué)議題，收集各種相關(guān)的證據(jù)，利用科學(xué)的方法做出假設(shè)、解釋、實(shí)驗(yàn)，最終得到“基因位于染色體上”這一被普遍認(rèn)可的結(jié)論?？茖W(xué)家們尊重科學(xué)事實(shí)、敢于質(zhì)疑，在彼此思維共享與交鋒的過程中，不斷修正、完善科學(xué)知識(shí)，其中薩頓的假說、摩爾根的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)最為經(jīng)典。對(duì)“基因位于染色體上”這一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，可以采用如下的論證式教學(xué)模式（如圖2）。

沒有一成不變的結(jié)論，也沒有一成不變的科學(xué)方法?？茖W(xué)家在從事科學(xué)探究的過程中，不斷質(zhì)疑，不斷尋找新的證據(jù)。通過論證式教學(xué)，經(jīng)過有目的地尋找、有邏輯地整理和分析后，才能形成完整的科學(xué)解釋，得到令人信服的推測(cè)或結(jié)論。在此教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)的形成是基于實(shí)證的，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

（四）開展合作學(xué)習(xí)，協(xié)作完成任務(wù)

科學(xué)作為人類的重要事業(yè)，受到人類社會(huì)、文化、倫理、道德等多方面的影響，科研工作需要團(tuán)隊(duì)合作?，F(xiàn)代科學(xué)本質(zhì)觀認(rèn)為科學(xué)知識(shí)需要由科學(xué)共同體來確認(rèn)。為培養(yǎng)學(xué)生的合作能力，在高中生物教學(xué)中適時(shí)開展合作學(xué)習(xí)必不可少。

例如，在進(jìn)行“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)”的教學(xué)時(shí)，可將學(xué)生分成4人1組，分別對(duì)1條含有4個(gè)營養(yǎng)級(jí)的食物鏈中的能量流動(dòng)情況進(jìn)行分析。每組在卡紙上用文字和箭頭的方式繪制出各個(gè)營養(yǎng)級(jí)能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化、散失情況。小組分析結(jié)束后，再進(jìn)行小組之間的交換，完成小組之間的評(píng)價(jià)和完善。比如第一小組原來分析的是第一營養(yǎng)級(jí)，接下來可以評(píng)價(jià)第二小組對(duì)第二營養(yǎng)級(jí)的分析是否合理，從而進(jìn)行組間的交流和完善。最后各組將任務(wù)完成情況進(jìn)行交流和展示，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和完善，將各組相應(yīng)的營養(yǎng)級(jí)分析圖在大黑板上展示出來，呈現(xiàn)完整的生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)過程。構(gòu)建學(xué)生之間的互動(dòng)教學(xué)模式，能夠使學(xué)生既關(guān)注自己的思考，也關(guān)注他人的思考，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互糾正，形成認(rèn)同，為將來從事科學(xué)事業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

指向科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)對(duì)學(xué)生了解科學(xué)知識(shí)形成的過程、承認(rèn)科學(xué)的客觀性、掌握科學(xué)方法、培養(yǎng)科學(xué)思維等方面都有很好的促進(jìn)作用。教師對(duì)科學(xué)本質(zhì)教學(xué)觀念理解的程度將直接影響生物學(xué)學(xué)科的教學(xué)效果?？茖W(xué)本質(zhì)教學(xué)方法研究不應(yīng)僅僅停留在理論探討層面，而應(yīng)向教學(xué)實(shí)踐的層面不斷邁進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部．普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：11.

[2]蔡鐵權(quán)，陳麗華.體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的科學(xué)教學(xué)[J].全球教育展望，2012（10）：85.

[3]劉恩山.中學(xué)生物學(xué)教學(xué)論[M].北京：高等教育出版社，2020：27.

責(zé)任編輯：趙赟