“資料分析”在發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)中的作用

朱明輝

(重慶市萬(wàn)州區(qū)教師進(jìn)修學(xué)院 404120)

“資料分析”是現(xiàn)行人教版高中生物學(xué)必修教材中的一個(gè)欄目，3本必修教材共有25個(gè)“資料分析”(見教材)，每個(gè)“資料分析”附有1～5個(gè)討論題。如何運(yùn)用現(xiàn)行教材發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)，是每位生物學(xué)教師目前必須思考的問題[1]。筆者結(jié)合自己的實(shí)踐與思考提出“資料分析”在發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)方面具有以下作用：

1 為形成生命觀念作事實(shí)支撐

“資料分析”中有不少典型事實(shí)，教師基于這些事實(shí)提出與形成概念密切聯(lián)系的、梯度漸進(jìn)的系列問題，引導(dǎo)學(xué)生閱讀觀察與討論分析，然后抽象概括出相應(yīng)的概念，學(xué)生在較好地理解了相關(guān)生物學(xué)概念的基礎(chǔ)上就能形成生命觀念。

例如，教材必修1第1章第1節(jié)“生命活動(dòng)與細(xì)胞的關(guān)系”的“資料分析”中，教材主要以圖片形式展示了學(xué)生在初中學(xué)過的4則實(shí)例并附5個(gè)討論題。對(duì)這5個(gè)討論題按實(shí)例歸類，并進(jìn)行補(bǔ)充完善后按各實(shí)例提問。對(duì)實(shí)例1草履蟲的運(yùn)動(dòng)和分裂呈現(xiàn)如下問題：①草履蟲是單細(xì)胞生物還是多細(xì)胞生物？②圖中反映了草履蟲的什么生命活動(dòng)？除此以外草履蟲還會(huì)進(jìn)行什么生命活動(dòng)？③如果草履蟲沒有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，它還能完成各項(xiàng)生命活動(dòng)嗎？請(qǐng)舉例說明；④由實(shí)例1可以得出什么結(jié)論？你還知道哪些生物體的生命活動(dòng)與草履蟲相似？通過這些問題的討論分析能夠讓學(xué)生明白，單細(xì)胞生物的生命活動(dòng)就是細(xì)胞的生命活動(dòng)；對(duì)實(shí)例2人的生殖和發(fā)育呈現(xiàn)如下問題：①在你與父母之間，什么細(xì)胞充當(dāng)了“橋梁”？②與草履蟲相比，人是多細(xì)胞的高等生物，人的生命是從什么細(xì)胞開始的？③由一個(gè)受精卵發(fā)育成一個(gè)新的生命個(gè)體，該過程中與細(xì)胞的什么生命活動(dòng)有關(guān)？④實(shí)例2體現(xiàn)了生物的什么特征？⑤由實(shí)例2可以得出什么結(jié)論？通過這些問題的討論分析能夠讓學(xué)生明白，多細(xì)胞生物的生命活動(dòng)是從一個(gè)細(xì)胞開始的，其生長(zhǎng)發(fā)育也是建立在細(xì)胞的分裂和分化基礎(chǔ)上的(實(shí)例3、4略)。最后，教師完善總結(jié)學(xué)生由這4個(gè)實(shí)例討論分析所得到的結(jié)論，然后歸納概括出生命活動(dòng)是建立在細(xì)胞基礎(chǔ)上的，生物體的生命活動(dòng)都離不開細(xì)胞的事實(shí)，由此讓學(xué)生形成概念——細(xì)胞是生物體生命活動(dòng)的基本單位，再通過相關(guān)概念的學(xué)習(xí)與理解，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

能夠?yàn)樾纬缮^念作事實(shí)支撐的“資料分析”還有“分析人類紅綠色盲癥”“隔離在物種形成中的作用”和“人體的體溫調(diào)節(jié)和水鹽調(diào)節(jié)”等。教師在運(yùn)用這些資料時(shí)，要清楚它用于支撐建構(gòu)什么概念？按照什么路徑建構(gòu)？然后，怎樣抽象概括，才能讓學(xué)生一步一步建構(gòu)形成概念，進(jìn)而在他們理解相關(guān)生物學(xué)概念的基礎(chǔ)上形成生命觀念。

2 養(yǎng)成尊重事實(shí)和證據(jù)的科學(xué)思維習(xí)慣

“資料分析”中有很多實(shí)證內(nèi)容，教師可基于這些實(shí)證，設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生閱讀觀察與討論分析，將其結(jié)果運(yùn)用科學(xué)的思維方法進(jìn)行處理，然后得到結(jié)論。這樣學(xué)生就能習(xí)得知識(shí)，并養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣。

例如，教材必修3第5章第2節(jié)“生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)特點(diǎn)”的“資料分析”中，教材里附4個(gè)討論題要求學(xué)生用林德曼對(duì)賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)定量分析的有關(guān)數(shù)據(jù)再作研究。教師補(bǔ)充完善問題，讓學(xué)生根據(jù)圖5-8賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖解完成以下討論分析：①圖中共有幾個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)？食物鏈中各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的順序可以逆轉(zhuǎn)嗎？各營(yíng)養(yǎng)級(jí)呼吸作用散失掉的能量能夠再利用嗎？②能量能不能從下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)反向流向上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)？為什么？③請(qǐng)用表格的形式，將圖中三個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的能量“流入”和“流出”數(shù)據(jù)整理出來；④請(qǐng)比較每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)上能量的“流入”與“流出”是否相等？⑤請(qǐng)分析流入第一(或第二)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量去向？⑥請(qǐng)計(jì)算第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)和第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)上，“流出”該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量占“流入”該營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的百分比？⑦請(qǐng)說明流入第一(或第二)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，為什么不會(huì)百分之百地流到第二(或第三)營(yíng)養(yǎng)級(jí)？⑧請(qǐng)歸納概括出生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)特點(diǎn)。通過這些問題的討論分析能夠讓學(xué)生明白：由于長(zhǎng)期的自然選擇，食物鏈中各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的順序是不可逆轉(zhuǎn)的，各營(yíng)養(yǎng)級(jí)因呼吸作用而散失掉的能量無(wú)法再利用，因此生態(tài)系統(tǒng)的能量只能沿著食物鏈從上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，不可逆轉(zhuǎn)也不能循環(huán)。由于流入各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量會(huì)因生物自身的呼吸作用而消耗掉一部分，也總有一部分能量未被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物所利用，還有一部分能量隨著殘枝敗葉或遺體等直接傳遞給了分解者。因此，輸入各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量不可能百分之百地流到下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。最后，學(xué)生能夠比較容易地歸納概括出生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)特點(diǎn)。這樣以圖5-8的實(shí)證做依據(jù)，教師提出問題引導(dǎo)學(xué)生整理數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和分析圖表。

“資料分析”中與實(shí)證相關(guān)內(nèi)容還有很多，如“分泌蛋白的合成和運(yùn)輸”“細(xì)胞核具有什么功能”和“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)”等。教師在課堂上應(yīng)用這些資料時(shí)，始終基于資料提供的事實(shí)與證據(jù)，設(shè)置問題逐步引導(dǎo)學(xué)生閱讀觀察與討論分析，最后用歸納概括、演繹推理、建立模型和數(shù)據(jù)分析等方法總結(jié)出生命活動(dòng)規(guī)律。隨著“資料分析”的應(yīng)用學(xué)生就能逐步養(yǎng)成尊重事實(shí)和證據(jù)的科學(xué)思維習(xí)慣，總是基于事實(shí)和證據(jù)用科學(xué)的思維方法來探討、闡釋生命現(xiàn)象及其規(guī)律，審視或論證有關(guān)生物學(xué)的社會(huì)議題。

3 體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，培養(yǎng)科學(xué)探究能力

“資料分析”中有一些科學(xué)史及發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資料，教師可通過設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生閱讀觀察與討論分析尋找答案的方式，深度挖掘其中的教育價(jià)值。不但能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，還能讓學(xué)生接受科學(xué)精神的熏陶。

例如，教材必修1第5章第1節(jié)(一)“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”的“資料分析”中，教材以圖文并茂形式展示科學(xué)家從生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題、不斷探究和不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終揭示酶本質(zhì)的探索歷程，并附了5個(gè)討論題。教師對(duì)討論題補(bǔ)充完善后，再按如下順序呈現(xiàn)以幫助學(xué)生有目的、有針對(duì)性地閱讀與討論分析資料：①在19世紀(jì)歐洲的釀酒業(yè)中，人們常受什么問題的困擾？促進(jìn)了科學(xué)家對(duì)什么問題進(jìn)行探究？②巴斯德的觀點(diǎn)是什么？從巴斯德的研究領(lǐng)域來看，他得出結(jié)論的出發(fā)點(diǎn)主要是什么？③李比希的觀點(diǎn)是什么？從李比希的研究領(lǐng)域來看，他得出結(jié)論的出發(fā)點(diǎn)主要是什么？④巴斯德和李比希的觀點(diǎn)各有什么積極意義？各有什么局限性？⑤巴斯德和李比希出現(xiàn)爭(zhēng)論的原因是什么？這一爭(zhēng)論對(duì)后人進(jìn)一步研究酶的本質(zhì)起到了什么作用？⑥巴斯德和李比希的爭(zhēng)論后來被哪位科學(xué)家的研究成果平息了？⑦請(qǐng)闡述畢希納的實(shí)驗(yàn)研究過程。⑧從畢希納的實(shí)驗(yàn)可以得出什么結(jié)論？⑨畢希納僅憑這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒苷f明酵母細(xì)胞的提取液與活酵母細(xì)胞的作用是一樣的？你認(rèn)為他還應(yīng)該做了怎樣的實(shí)驗(yàn)？⑩有人說畢希納的研究成果與前人無(wú)關(guān)，你同意這樣的觀點(diǎn)嗎？在薩姆納之前，科學(xué)家為什么只能推測(cè)酶是蛋白質(zhì)，而不能證明酶是蛋白質(zhì)？薩姆納研究的是那種酶？是如何確定的？根據(jù)你學(xué)過的知識(shí)如何證明薩姆納提取出來的就是脲酶？薩姆納歷時(shí)9年才證明脲酶是蛋白質(zhì)，并因此獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。你認(rèn)為他成功的主要原因是什么？薩姆納的研究成果讓人們知道了脲酶是蛋白質(zhì)。后來其他科學(xué)家又相繼獲得了胃蛋白酶胰蛋白酶等，并且也證明這些酶是蛋白質(zhì)。所以在后來較長(zhǎng)的一段時(shí)間里，人們都認(rèn)為酶就是蛋白質(zhì)。請(qǐng)問科學(xué)家應(yīng)用什么方法得出的這個(gè)結(jié)論？酶是蛋白質(zhì)這個(gè)結(jié)論，在何時(shí)被哪兩位科學(xué)家發(fā)展了？請(qǐng)給酶下一個(gè)較完整的定義。關(guān)于酶本質(zhì)的探索過程帶給你什么啟示？通過尋找這一系列問題的答案，學(xué)生不僅能夠從中學(xué)習(xí)從現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施方案、分析現(xiàn)象和得出結(jié)論等科學(xué)探究的基本技能，還能認(rèn)同科學(xué)發(fā)現(xiàn)是一個(gè)漫長(zhǎng)而艱辛的過程，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是由很多科學(xué)家共同參與共同努力的結(jié)果。

與科學(xué)史及發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的“資料分析”還有“細(xì)胞學(xué)說建立的過程”“葉綠體的功能”和“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”等。在根據(jù)科學(xué)家的這些真實(shí)研究資料設(shè)置引導(dǎo)學(xué)生閱讀觀察與討論分析的問題時(shí)，要注意讓學(xué)生厘清與領(lǐng)悟科學(xué)家在研究過程中所持有的觀點(diǎn)以及解決問題的思路和方法，挖掘科學(xué)家在實(shí)踐過程中的探究技能以及他們?cè)诳茖W(xué)研究中所表現(xiàn)出來的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。

4 嘗試解決生產(chǎn)生活中的問題，提升社會(huì)責(zé)任

“資料分析”中的有些內(nèi)容是人們生產(chǎn)生活中的常見問題，教學(xué)中將這些問題與學(xué)生已有的生物學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來，去分析或評(píng)價(jià)、解釋或解決這些問題，能夠讓學(xué)生感受到生物學(xué)知識(shí)的價(jià)值，從而引導(dǎo)他們關(guān)注生產(chǎn)生活中與生物學(xué)相關(guān)的事情，讓他們能夠基于生物學(xué)的認(rèn)識(shí)，去參與討論或作出解釋或嘗試解決。

例如，教材必修1第6章第4節(jié)“健康的生活方式與防癌”的“資料分析”中，介紹了英國(guó)流行病學(xué)家對(duì)癌癥的病因分析結(jié)果，食物中的抗癌物質(zhì)與致癌物質(zhì)以及癌癥與心理狀態(tài)的關(guān)系并附3個(gè)討論題。據(jù)此教師補(bǔ)充完善問題，再按如下順序呈現(xiàn)給學(xué)生以引導(dǎo)他們閱讀思考與討論分析：①在癌癥的病因分析結(jié)果中哪兩種因素致癌比例最高？②你認(rèn)為“病從口入”這句話，適用于癌癥嗎？③你知道世界衛(wèi)生組織公布的全球十大垃圾食品嗎？為什么稱為垃圾食品？④你還知道哪些因子能夠引起癌癥？請(qǐng)舉例說明。⑤你認(rèn)為的健康生活方式包括哪些內(nèi)容？⑥在你自己和家人目前的日常生活中，有哪些做法會(huì)增加患癌風(fēng)險(xiǎn)？有哪些做法會(huì)有利于預(yù)防癌癥？今后我們應(yīng)該如何預(yù)防癌癥？通過這些問題的討論分析能夠讓學(xué)生明白，致癌比例最高的因素是吸煙與不當(dāng)飲食。因?yàn)闊煵葜泻腥缒峁哦　⒔褂偷戎惖闹掳┪镔|(zhì)；油炸類、腌制類和燒烤類等食品中含有較多的致癌物質(zhì)以及防腐劑和食品添加劑等，且營(yíng)養(yǎng)成分低；為了預(yù)防癌癥，要遠(yuǎn)離各種致癌因子，養(yǎng)成崇尚健康飲食等良好的生活習(xí)慣。

“資料分析”中與生產(chǎn)生活問題有關(guān)的內(nèi)容還有“分析細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用”“轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性”和“器官移植所面臨的問題”等。通過教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)這些內(nèi)容能夠讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，細(xì)胞呼吸原理在生產(chǎn)生活實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用；無(wú)論是“挺轉(zhuǎn)”還是“反轉(zhuǎn)”都需要拿出令人信服的足夠的證據(jù)；盡管器官移植由于免疫抑制劑的應(yīng)用大大提高了存活率，但我國(guó)器官移植面臨供體器官嚴(yán)重短缺的問題，需要喚醒潛藏于人們心靈深處的愛心，讓更多的人自愿捐獻(xiàn)器官；植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用具有兩面性，應(yīng)用得當(dāng)能夠促進(jìn)生產(chǎn)力的提高，應(yīng)用不當(dāng)則帶來負(fù)面影響等。

(基金項(xiàng)目：全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃單位資助教育部規(guī)劃課題“智慧教研模式的構(gòu)建與實(shí)踐研究”,No.FHB160573)