滲透生物學科思想方法 培養高中學生科學素養

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的形成產生更積極的影響。

一、系統論的思想

系統論的核心思想是系統的整體觀念。貝塔朗菲強調，任何系統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，系統的整體功能是各要素在孤立狀態下所沒有的性質。

例如，必修3《穩態與環境》生態系統的結構和功能中，不同生物種群甚至生物個體都是生態系統中的一個元素，它不能獨立與這個系統起作用，在生態系統中它有特殊的結構地位和營養級別，也有它的生態位。某一種群的變化，都會在整個系統內產生擾動，直到系統通過自身的調節產生新的平衡。

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》中遺傳因子的發現，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律的學科。控制論的基本思想是反饋，控制論是關于反饋的科學。

例如，必修3《穩態與環境》中就體現出的穩態的思想，所謂穩態是指機體依賴調節機制，對抗內外環境變化的影響，維持內環境等生理指標、生命現象處于動態平衡的相對穩定狀態。人體內環境穩態的調節，植物生長發育的調節，種群數量的變化，群落的演替，生態系統穩態的調節等都是通過反饋來調節的。生物個體、種群、群落、生態系統是不同層次的生命系統，任何系統的存在和發展都需要保持穩態。

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、環境控制、變化緩慢等問題，實驗數據的離散度比較大，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，該活動的結果表現為統計學意義上的規律。

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素養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律，是生物課程教育價值的重要體現。