指向科學本質的高中生物學教學探索

王麗

摘要：生物學科學素養的內涵之一是理解生物科學本質，現代科學本質觀對科學知識、科學探究和科學事業進行了新的詮釋。根據現代科學本質觀，開展指向科學本質的生物學教學，構建科學本質教育的目標，實施融入科學本質的生物學教學策略，對于發展學生的生物學學科素養有著重要的作用。

關鍵詞：科學本質；生物學；科學素養

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2023）10-089-04

《普通高中生物學課程標準（2017年版，2022年修訂）》（以下簡稱《課標》）教學與評價建議中明確提出，要注重生物科學史和科學本質的學習[1]。科學學科的學習需要邏輯思維，生物學也是如此。碎片式的知識學習難以幫助學生形成縝密的邏輯思維，無法培養學生的核心素養。指向科學本質的生物學教學，應讓學生認識到生物學知識會隨著研究的深入而深入。生物學研究需要依賴大量的觀察和推論，生物學家采用基于實證的范式，創造性地開展工作。此外，科學的發展也會受到社會和文化的影響。教師應通過指向科學本質的生物學教學，引導學生更加深刻地認識科學知識產生的過程、主動地探究生物學有關的問題和理解與生物學有關的科學事業的本質。

一、科學本質的內涵

關于科學本質的內涵，可以從科學知識、科學探究和科學事業的本質三個方面分析。浙江師范大學蔡鐵權等學者認為：科學知識是暫時的、可變的，具有持久性，科學知識經過不斷的理論檢驗、修改、舍棄而趨于精確和真實；科學探究具有實證性、科學方法多元化等特征；科學事業的本質是指從事科學研究必須考慮倫理與道德原則，科學、技術和社會存在交互影響，科學家應該同時具備專家及公民的身份，能夠利用科學思考的特性來解決公眾事務[2]。

筆者認為，生物學科學本質能反映生物學知識的形成、生物學研究方法與過程、科學家研究生物學問題時所開展的創造活動以及生物學與社會的相互關系等，具有生物學本質觀的人應該能夠對生物學內在特性和外在表現進行解釋。

二、指向科學本質的高中生物學教學的意義

科學是了解、認識世界的一種途徑，培養學生生物學素養很重要的一個方面就是對科學本質的理解。在高中生物學教學中，加強對科學本質的理解，就是要實現從“知識本質觀”到“探究本質觀”的改變。指向科學本質的高中生物學教學，有助于引導學生從對科學理論的記憶轉移到對科學方法的理解和運用上，培養學生的創新思維和批判精神，提升學習科學的能力。

（一）提升學生對科學本質的理解

高中生物學教學存在著一個不容忽視的現象，即學生學了三年生物學后，學到了很多的生物學知識，進行了大量的解題訓練，掌握了一些基本的實驗技能和科學研究的方法，然而似乎沒有理解什么是科學，科學是怎么產生的。生物學作為科學課程之一，教學中必須提高學生對科學本質的理解，即生物學知識的形成需要證據判定。科學家為了獲取證據，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；一個科學原理的誕生，可能是從古至今多位科學家進行反復質疑、理性辯論、實驗驗證、修正完善的結果。

（二）培養學生的生物學學科素養

生物學探究活動源于實踐。布魯納倡導發現學習，主張學生像科學家那樣去探究。施瓦布建立“實踐課程范式”，強調課程不是脫離實踐的理論知識，要以實踐為最終旨歸。指向科學本質的生物學教學，應該從知識學習升華至探究實踐，不僅要獲得細胞、遺傳、進化等生物學方面的知識，還應該習得“關于自然科學的知識”。教學應遵從學生認知發展的邏輯，基于真實情境，突出問題探究，加強過程實踐，尋找可靠證據，得出合理結論，讓學科探究活動真實發生。教師可以向學生呈現生物學科學史，引導學生構建概念，引領學生科學探究，激發學生尋找證據，鼓勵學生嘗試建構模型，倡導合作學習等，為學生將來進行科學研究或者能基于科學的視角去學習和工作打下基礎。

三、指向科學本質的高中生物學教學實踐

在指向科學本質的高中生物學教學中，可把科學史等有關內容引入科學教育，促進學生對科學本質的理解，培養科學精神和創新能力；運用探究教學法，引導學生主動研究自然現象，自主構建科學概念，發展探究能力等；引導學生認同科學的認知過程需要搜集證據資料，提升思辨能力；組織學生有效合作，增強學生團隊意識，鼓勵學生交流和表達、批判，培育學生的生物學素養。

（一）關注科學史，培養科學本質觀

生物科學史中涵蓋了科學方法，呈現了生物科學研究的過程，體現了科學家探索的精神，對培養學生的科學思維具有重要的意義。在高中生物學教學的過程中，學生通過搜集和查閱與本節教學內容相關的生物科學史資料，厘清科學發展的順序以及觀點之間的邏輯關系，不但可以學習科學知識，還能了解科學本質。

例如，在學習“細胞質膜將細胞與外界環境分開”的內容時，科學家對細胞質膜成分和結構探索的科學史是體現科學本質觀較好的教學材料。歐文頓根據500多種化學物質對細胞通透性的實驗現象，推測細胞質膜的主要組成成分；1925年戈特和格倫德爾根據脂質在水面上鋪展的面積與紅細胞表面積的關系，推論出“細胞膜中的脂質分子排列為連續的兩層”。科學家在前人實驗證據的基礎上逐步完善對生物膜成分和結構的認識，不斷提出假說，進行實驗，提出質疑，再進行探究，以獲得科學團體的普遍認可。從科學史中體會到各種科學家的實驗歷程，可以幫助學生了解：科學知識發生了什么改變？什么時候發生改變？在什么背景下發生改變？科學家如何解決過程中出現的問題？從而讓學生了解科學知識是如何形成的。

（二）重視科學探究，充分理解科學本質

科學探究是科學工作的核心和基本范式。高中生物學的理論知識大多建立在科學探究和實驗的基礎上，并且與實際生活聯系密切。在高中生物學教學中，針對高中生的動手和動腦能力都比較強的情況，教師要盡可能地為學生提供多種探究機會，讓學生親身經歷收集資料、整理分析，最終得到完整解釋的過程。鼓勵學生積極進行實驗探究，是指向科學本質教學的較好的策略。

例如，關于“基因突變”一節的教學，教師提出“基因突變一定會引起生物性狀的改變嗎？”教師呈現資料：血紅蛋白在紅細胞中起著運輸氧氣的重要作用，下列是與血紅蛋白合成相關的基因中的一段序列（-GGGCTTCTTTTT-）（如圖1），利用軟磁鐵模型構建，探究基因發生下列變化以后，血紅蛋白會發生怎樣的變化？1.根據上述提供的DNA序列，用標有堿基和氨基酸的軟磁貼將轉錄和翻譯的相關過程在黑板上展示出來；2.將給出的這段DNA序列中的6號位點的A-T堿基對替換成 G-C 堿基對，并對替換后的DNA序列進行轉錄和翻譯，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號位點的A-T堿基對替換成T-A堿基對后，對替換后的DNA序列進行轉錄和翻譯，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號位點的G-C堿基對被T-A堿基對替換后，氨基酸序列會受到怎樣的影響呢？5.如果以上DNA序列缺失1個或3個堿基對，對缺失后的DNA進行轉錄和翻譯，氨基酸序列會發生怎樣的改變？6.如果以上DNA序列增添1個或3個堿基對，對增添后的DNA進行轉錄和翻譯，氨基酸序列會發生怎樣的改變？

上述探究活動針對的問題是“同種物質多種變化所導致的結果是否一樣”，結論反映了科學知識不是一成不變的。這樣的教學，使學生對基因突變相關知識的掌握不斷深入和完善，是科學本質滲透的有力途徑。

（三）積極尋找證據，力求科學解釋

科學解釋的形成基于對所收集到的數據與已有知識的綜合[3]。高中生物學教學中采用論證式教學的基本形式，讓學生參與論證的過程，有利于強化學生的科學本質觀，增強學生對科學本質的理解。

例如，科學家們針對“基因在哪里？”這一科學議題，收集各種相關的證據，利用科學的方法做出假設、解釋、實驗，最終得到“基因位于染色體上”這一被普遍認可的結論。科學家們尊重科學事實、敢于質疑，在彼此思維共享與交鋒的過程中，不斷修正、完善科學知識，其中薩頓的假說、摩爾根的果蠅雜交實驗最為經典。對“基因位于染色體上”這一節的教學內容，可以采用如下的論證式教學模式（如圖2）。

沒有一成不變的結論，也沒有一成不變的科學方法。科學家在從事科學探究的過程中，不斷質疑，不斷尋找新的證據。通過論證式教學，經過有目的地尋找、有邏輯地整理和分析后，才能形成完整的科學解釋，得到令人信服的推測或結論。在此教學中，教師引導學生理解科學知識的形成是基于實證的，以促進學生對科學本質的理解。

（四）開展合作學習，協作完成任務

科學作為人類的重要事業，受到人類社會、文化、倫理、道德等多方面的影響，科研工作需要團隊合作。現代科學本質觀認為科學知識需要由科學共同體來確認。為培養學生的合作能力，在高中生物教學中適時開展合作學習必不可少。

例如，在進行“生態系統的能量流動”的教學時，可將學生分成4人1組，分別對1條含有4個營養級的食物鏈中的能量流動情況進行分析。每組在卡紙上用文字和箭頭的方式繪制出各個營養級能量的輸入、傳遞、轉化、散失情況。小組分析結束后，再進行小組之間的交換，完成小組之間的評價和完善。比如第一小組原來分析的是第一營養級，接下來可以評價第二小組對第二營養級的分析是否合理，從而進行組間的交流和完善。最后各組將任務完成情況進行交流和展示，教師進行點評和完善，將各組相應的營養級分析圖在大黑板上展示出來，呈現完整的生態系統的能量流動過程。構建學生之間的互動教學模式，能夠使學生既關注自己的思考，也關注他人的思考，取長補短，相互糾正，形成認同，為將來從事科學事業打下良好的基礎。

指向科學本質的教學對學生了解科學知識形成的過程、承認科學的客觀性、掌握科學方法、培養科學思維等方面都有很好的促進作用。教師對科學本質教學觀念理解的程度將直接影響生物學學科的教學效果。科學本質教學方法研究不應僅僅停留在理論探討層面，而應向教學實踐的層面不斷邁進。

參考文獻：

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

[2]蔡鐵權，陳麗華.體現科學本質的科學教學[J].全球教育展望，2012（10）：85.

[3]劉恩山.中學生物學教學論[M].北京：高等教育出版社，2020：27.

責任編輯：趙赟