生物課堂滲透科學創(chuàng)新教育的思考與實施策略

潘寶平，車未艾，關妍妍

當前，我國基礎教育處于改革的關鍵時期，正在推行的《中學生物新課程標準》中要求學生不僅掌握生物學的科學知識，更需要了解科學發(fā)現(xiàn)的過程并培養(yǎng)其科學創(chuàng)新精神。近年來，國內(nèi)學者設計出了許多卓有成效的課堂教學方法,引導學生體驗科學家發(fā)現(xiàn)的歷程，激發(fā)學生的科學探索精神。但是，由于目前國內(nèi)中學普遍受到設備條件、師資水平、實驗經(jīng)費及學生課業(yè)負擔等諸多條件的限制，使得真正的科學研究不可能在中學開展。如何培養(yǎng)出新一代科學創(chuàng)新人才，已成為當今國內(nèi)基礎教育和高等教育共同面臨的重要問題。[1]

一、科學教育的核心內(nèi)容

(一)形成科學共同體理念

科學教育的一個核心內(nèi)容是建立科學共同體(science community)的理念。建構主義有關科學研究原形發(fā)展理論認為：“要區(qū)分模仿科學家的科學活動與真正的科學研究的差別，要使學生擺脫課堂中模擬‘實驗室中的科學家’的錯覺。因為科學研究活動并不是單個科學家在實驗室中完成的認知發(fā)現(xiàn)，而是在一個科學共同體中推進的科學知識的不斷完善過程?！盵2](P100～108)建構主義還指出：“科學發(fā)現(xiàn)應該是一種高層次的大眾建構過程，即每個研究者的成果都應該在這個共同體中公開，并且每個人又都受益于其他研究者的成果。并且不斷在他人研究成果的基礎上重新審視舊問題和提出新問題?！痹谶@個共同體中每個研究者都要遵守公認的行為規(guī)范并維護共同的道德準則，其中，該公共知識空間可以是文獻、教材、圖書資料和網(wǎng)絡科學信息等，而作為成員的每個學習者都應該將自己的想法或見解通過討論、論壇等方式貢獻到公共知識空間中。目前，在國內(nèi)中學生物課的教學中，教師一般較為關注每個學生的參與度和探究過程，希望學生像生物學家那樣研究生物，像物理學家那樣研究物理等，即強調(diào)學習者的個人興趣需要、技能發(fā)展和學習效果，而相對忽視了科學活動中的社交結構，尤其不重視公共知識空間資料的來源、資料的使用要求及每個人的行為規(guī)范等問題，長此以往則會偏離科學知識大眾建構條件而形成不完整的科學教育。

(二)培養(yǎng)學生的問題意識

21世紀是生命科學高速發(fā)展的時期，更應該是高層次生物學人才輩出的時代。眾所周知，科學發(fā)展的原動力是不斷創(chuàng)新，而創(chuàng)新則來源于求異思維，需要科學家在已有的知識空間中提出新的問題或見解，進一步探索解決新問題的答案。國內(nèi)學科教育專家曾經(jīng)指出：“科學的一個重要特點是在自我更正的過程中積累?！盵3]著名學者李政道在中國科大演講時曾說：“最重要的是提出問題，否則，將來就做不了一流工作?！币虼耍缙谂囵B(yǎng)學生獨立思考并主動提出問題的意識是構建求異思維的基礎，也是中學科學創(chuàng)新教育的重要任務之一。而能夠提出合乎邏輯的問題不僅需要學生較完整地理解公共科學知識，更需要其具備重新審視傳統(tǒng)理論的意識和膽識。目前國內(nèi)一些中學課堂中，有相當一部分教師樂于設計一套“程序”，讓學生“鉆”進去。教師要提哪些問題都已定好，很少給學生留出一塊自由的天空。課堂氣氛雖然熱熱鬧鬧，但學生通常只能回答教師提出的問題，沒有自己的思維活動空間?？此苹钴S，其實是由幕后操縱者來控制，學生無法表達自身的想法。[4]這種教學顯然不能培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)新能力。

(三)回歸科學研究原型

生物學是實驗性科學，其自身科學體系中的原理及定律均來自實驗探索。因此，作為當前培養(yǎng)基礎人才的中學生物實驗教學必不可少，它不但能夠讓學生體會科學探究的過程，更重要的是使學生真正回歸到自然本身去認識自然。然而，近年來隨著現(xiàn)代教育技術在我國的快速發(fā)展，多媒體手段大大豐富了課堂教學的情境，使得教師很簡捷地將科學發(fā)現(xiàn)歷史的場景和典型的科學研究路徑展現(xiàn)在課堂上。這種直觀模擬通過空間和時間的穿越拉近了相關知識與學習者的距離，使復雜而漫長的科學歷程清晰地回放在學習者的眼前，尤其對某些中學在實驗條件下不能完成的實驗，具有事半功倍的效果。但由此帶來的問題也逐步呈現(xiàn)，許多教師為了簡化課前準備或加快教學進度，以媒體展示來替代真實實驗的現(xiàn)象比比皆是，甚至一些必修實驗及課上的演示小實驗也用課件完成，完全違背了生物學教學的基本屬性。許多學者認為過度使用這些教學模擬不能真正展示出科學家艱辛的科研勞動，還會使學生形成錯誤的概念，把科學發(fā)展的艱難歷程曲解為奇思妙想或偶然發(fā)現(xiàn)，不利于學生了解現(xiàn)實科學研究的艱苦和挫折。國內(nèi)一些重點大學的教授甚至認為，作為理科杰出性人才的培養(yǎng)，有必要從中學階段就開始進行真正地科研訓練，讓他們親身接觸各種實驗以體驗科學研究的過程。在中學得到基本培訓后考入大學，隨后走進教授的科研實驗室，在導師的熏陶下學會真正地科研創(chuàng)新工作，為其今后成為學科拔尖人才提供堅實基礎。

二、生物科學教育的實施策略

筆者通過比較國內(nèi)外中學理科教學的過程，提出幾點建設性的意見，旨在為一線生物教師提供科學創(chuàng)新訓練的補償性措施。

(一)訓練創(chuàng)新潛質(zhì)

教師在中學生物教學中，在保證課程知識內(nèi)容學習的前提下，要把培養(yǎng)學生主動提出問題的意識擺在一個重要的位置。在課堂中至少要把握以下環(huán)節(jié)：首先，要善于創(chuàng)設民主寬松的課堂氛圍，設置學生主動提出問題的情境，允許學生提出和保留個人見解。其次，要有足夠的課堂討論空間，教師的總結性語言也要留有一定開放性，不需要過度地進行結論性評價，因為科學發(fā)展也是在不斷自我否定的。再次，教師要學會利用各種科學史料引導學生產(chǎn)生求異思維，不僅局限于課本的統(tǒng)一答案。只有讓學生自己發(fā)現(xiàn)問題、學會思考問題、形成主動自覺的問題意識，才是培養(yǎng)學生創(chuàng)新品質(zhì)的重要前提。

例如，在人教版高中《生物》(2)第3章《DNA是主要的遺傳物質(zhì)》的教學中，教師在引入艾弗里(O.Avery,1944)等的轉(zhuǎn)化實驗時，特別需要指出當時艾弗里提出的肺炎球菌轉(zhuǎn)化因子實驗，未能引起科學界的足夠重視，因為許多人懷疑轉(zhuǎn)化因子中起作用的是蛋白質(zhì)，認為只是艾弗里當時的實驗未能檢測出來，使學生對實驗產(chǎn)生潛在質(zhì)疑；隨后分析赫爾希與蔡斯(A.D.Hershey & M.Chase,1952)的噬菌體侵染實驗，讓學生通過觀察噬菌體的增殖過程，逐步揭示DNA應該是主要的遺傳物質(zhì)，但教師在歸納問題時還要提出普魯西納(S.B.Prusiner,1982)提出的朊病毒(Prion)概念，因為該發(fā)現(xiàn)當時在生物界又引起了軒然大波，有許多人懷疑該病原物中應該還有遺傳物質(zhì)——核酸，只是普魯西納未能檢測出來。這種異向質(zhì)疑能夠使學生體會到科學發(fā)展過程中的否定之否定規(guī)律[5](P161)，形成科學探索無止境的創(chuàng)新意識。

(二)了解科學規(guī)則

目前國內(nèi)學校的學生一般在大學高年級甚至研究生學習階段才接觸到科學共同體的理念。如在科研選題、論文答辯、文章發(fā)表、基金申請、專利申報等時都要參考其他研究者的文獻成果，并且都要接受同行專家的評議。這時學生方真正體會到科學領域要有自己的思想，同時必須接受同行的監(jiān)督。有關科學共同體教育在國外中學(甚至小學)教學中已經(jīng)出現(xiàn)，如國外中學每個學期需要學生有獨立完成的專題報告、階段小論文、研討會發(fā)言等。其中各個環(huán)節(jié)均要求學生自行查閱參考資料，標注引用文獻，闡述自己和別人的觀點，提出個人的不同見解等，這些環(huán)節(jié)也是國內(nèi)中學科學教育需要彌補的部分。因此，教師在組織中學生進行探究式學習過程中，不僅要關注每個學習者的探究活動，而且要有意識地逐步建構學生的科學知識共同體理念，搭建學生學習的交流空間，利用民主的課堂氛圍讓學生有機會公開自己的見解，并能夠相互點評、置疑、改進、豐富和匯總，最好能延伸出新的科學問題，使學生在公共知識空間增長的同時得到自身知識增長。

另外，誠信是衡量一個社會文明與進步程度的重要標志[6](P1)，中學生正處在道德判斷和行為規(guī)范形成的關鍵時期，因此，對中學生的科學道德意識的引導也是生物課堂教學需要貫徹的內(nèi)容之一。

(三)強化實驗教學

生物學作為實驗性科學，在現(xiàn)行的中學生物教學中，除課程指定的必要實驗外，有條件的學?？梢栽鲈O一些反映現(xiàn)代生物技術的基礎實驗，如DNA的酶切與電泳觀察、隨機引物的PCR擴增、紫外分光光度計檢驗核酸等，這類實驗有助于學生理解高中課本中抽象的微觀知識。另外，一些隨堂演示實驗在教學中也經(jīng)常起到事半功倍的作用。如初中生物《動物的運動》一節(jié)中進行雞翅解剖，能夠揭示動物肌肉間的拮抗作用及其與骨的連接方式；《綠色植物與生物圈水循環(huán)》一節(jié)用有色溶液培養(yǎng)菠菜、芹菜等植物，能夠直接顯示植物吸水、運輸和蒸騰過程等，這些直觀的實驗演示是課堂語言不能替代的。

總之，中學生物教師要正確把握學科知識與能力教育和科學思想教育的相互關系，在生物課程的教學中將二者相互穿插并有機地結合在一起，在完成課程教學目標時要兼顧學生科學思維訓練，教學中切勿疏漏科學規(guī)則教育，盡最大可能地開設實驗，以培養(yǎng)出新世紀的生命科學創(chuàng)新型人才。

參考文獻：

[1] 潘寶平，黃輝，閆春財?shù)?生物學創(chuàng)新人才培養(yǎng)的理論與實踐探索[J].高校生物學教學研究，2013(2).

[2] 高文，徐斌艷，吳剛.建構主義教育研究[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3] 劉恩山，夏曉燁，張海和等.中學生物學教學論(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4] 劉可翔.提出問題比解決問題更重要[J].山東教育科研，2002(7).

[5] 潘寶平，張富國.生物新課程與學科素質(zhì)培養(yǎng)[M].北京：中國紡織出版社，2002.

[6] Francis L.Macrina.科研誠信(第3版)[M]. 北京：高等教育出版社，2011.