高中生物學科教學中的科學本質(zhì)教育

摘 要 簡要介紹了兩種不同的科學本質(zhì)觀及其對生物學教學的影響，分析了在高中生物學科教學中開展基于建構(gòu)主義的科學本質(zhì)教育的意義和實施途徑。

關(guān)鍵詞 教案 學案 導學案 科學本質(zhì) 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

科學本質(zhì)的教育是近年來世界范圍內(nèi)科學教育界關(guān)注的熱點問題之一。1996年頒布的美國國家科學教育課程標準中明確將科學本質(zhì)教育的相關(guān)理念寫進課程標準中，我國現(xiàn)行的《普通高中生物課程標準》也在課程目標一節(jié)中強調(diào)了學生對科學本質(zhì)的認識。然而，從現(xiàn)實情況來看，我國中學生對科學本質(zhì)的認識情況不容樂觀，科學本質(zhì)及其教育價值還沒有引起理科教師的普遍重視。因此，一線的生物教師有必要在教學中有意識地促進學生對科學本質(zhì)的領(lǐng)悟，提高學生的科學素養(yǎng)，以達成科學教育的總目標。

1 兩種不同的科學本質(zhì)觀及其影響下的理科教學

“科學的本質(zhì)是什么”一直是人們關(guān)注的問題。傳統(tǒng)上，人們認為科學的本質(zhì)就是科學知識和科學方法。邏輯實證主義認為，科學知識是建立在人們對客觀世界的觀察的基礎(chǔ)上，再經(jīng)由所謂的科學方法而得到的知識和理論體系。這里所謂的科學方法主要是指科學發(fā)現(xiàn)的歸納法，這一方法可以分成以下四個程序：收集有關(guān)研究對象的全部事實;對這些事實進行分析、歸類和比較;從這些事實中提取出一般性的規(guī)律（即假說）;在事實中重新檢驗已經(jīng)提出的假說。由于科學知識的形成過程被認為是客觀的，而且它是對客觀世界的真實描述，所以人們認為它一旦確立便不易發(fā)生改變，因而科學知識被視作絕對客觀的真理。

現(xiàn)代的科學本質(zhì)觀受建構(gòu)主義的重大影響，正在發(fā)生深刻的變化，建構(gòu)主義在一定程度上否定了知識的客觀性，主張科學的本質(zhì)即科學探究。它認為，科學知識的獲得是科學家根據(jù)現(xiàn)有的理論建構(gòu)而成，建構(gòu)主義強調(diào)科學知識是暫時的、主觀的和建構(gòu)著的，會不斷地被修正和推翻。正如建構(gòu)主義的早期代表人物波普爾指出的那樣，“科學知識的本性就是猜測，其中混雜著我們的錯誤、我們的偏見、我們的夢想、我們的希望”。因此，從這個意義上而言，科學知識作為一種科學活動的產(chǎn)物是一種可變的東西，并不能體現(xiàn)科學的本質(zhì)。科學的本質(zhì)不在于已經(jīng)被認識的真理而在于探索真理，每一種被普遍接受的理論和法則都隱含著科學家的科學探究精神和科學方法的運用，不論知識如何變化，這種探究精神和科學方法卻是始終不變的，它們才是科學的本質(zhì)。

顯而易見，兩種不同的科學本質(zhì)觀將對應著完全不同的教學觀，在傳統(tǒng)的科學本質(zhì)觀的影響下，理科教學使學生機械僵化地接受書本的知識，以在學生頭腦中“復印”幾乎完成一致的“正確”的知識體系為目標，這樣的教學充其量只能使學生完成對現(xiàn)有的知識的提取和簡單應用。而在建構(gòu)主義的科學本質(zhì)觀的指導下，理科教學強調(diào)學生通過科學探究主動建構(gòu)學科知識體系，這樣形成的結(jié)構(gòu)體系無疑是生動鮮活的，當然也就更具生長性。下面所討論的科學本質(zhì)觀是指基于建構(gòu)主義的科學本質(zhì)觀。

2 在生物學科教學中開展的科學本質(zhì)觀教育的意義

2.1 科學本質(zhì)觀教育是提高學生科學素養(yǎng)的必然要求

當代社會發(fā)展過程中，公民的科學素養(yǎng)越來越受到廣泛的重視，2006年國務院印發(fā)的《全民科學素質(zhì)行動計劃綱要》中提出，要著力全面提高全民的科學素養(yǎng)，現(xiàn)行的《普通高中生物學科課程標準》也明確將提高生物科學素養(yǎng)作為課程的基本理念之一。關(guān)于科學素養(yǎng)的涵義，國內(nèi)外學者雖有不同的表述，但都普遍認同對科學本質(zhì)的理解是科學素養(yǎng)的重要組成部分，例如美國《國家科學課程標準》中提出，良好的科學素養(yǎng)很重要的一個方面就是對科學本質(zhì)的理解，知識科學是認識世界的一種途徑，了解科學的基本特征，能判斷哪些論斷是科學，哪些不是，了解科學如何在社會文化中起作用。我國現(xiàn)行的《普通高中生物學科課程標準》也多次提及要提高學生對科學的本質(zhì)和科學過程的理解。

從近代科學史來看，近現(xiàn)代幾次科學革命都發(fā)生在西方，而中國的近現(xiàn)代科學是從洋務運動后，以“師夷長技以制夷”的態(tài)度從西方引進的，因此，科學被視富國強兵的工具，而對于科學技術(shù)的本質(zhì)是什么，它們又是如何產(chǎn)生的很少給予關(guān)注。在這樣的歷史文化背景下，直到現(xiàn)在，人們?nèi)悦鎸@樣兩個尷尬的現(xiàn)實：我國公民的科學素養(yǎng)不高;我們的學生缺乏創(chuàng)新思維和批判精神。學生在學習了科學課程后，獲得了不少科學知識，甚至是比較系統(tǒng)的科學知識，也掌握了一些科學技能和實驗方法，做了大量的習題，但由于缺乏對科學本質(zhì)特征的理解，對象“科學是什么”、“科學能做什么”等關(guān)于“元科學”問題不能做出正確的回答，其具體的表現(xiàn)是科學素養(yǎng)中關(guān)鍵部分的缺失，對一些偽科學甚至反科學的現(xiàn)象無法識別。

2.2 科學本質(zhì)觀對生物學科的教與學有重要影響

劉恩山教授指出：“科學教育以兩個方面的認識為基石：一方面是對兒童的特點和他們的學習規(guī)律的認識，另一方面是對科學的性質(zhì)、特點和科學思維方法的認識”。顯而易見，對科學的性質(zhì)、特點的認識指的就是科學本質(zhì)觀，從這個意義上說，科學本質(zhì)觀是科學教育（包括生物學科教育）的基礎(chǔ)之一，對科學本質(zhì)的認識差異，必然會對科學教育的理念和教學方法產(chǎn)生不同的影響。

如果教師持有邏輯實證主義的科學本質(zhì)觀，他會認為科學是對真實世界的絕對正確的認識，科學是絕對真實和充滿理性的，那么他的教學中必然更重視所謂正確的科學知識，學生對知識的記憶也就因此成為最重要的任務。如果教師認為科學知識是通過科學方法獲得的，科學的本質(zhì)體現(xiàn)在科學理論產(chǎn)生過程中的科學方法上，那么他就會認為教學中應該讓學生掌握這種思維方法并轉(zhuǎn)化為學習科學的能力。如果教師認為科學是看待客觀世界的一種方式，是對自然現(xiàn)象的一種解釋，那么他就會讓學生學會如何去質(zhì)疑未知，獨立的思考科學問題。

《普通高中生物學科課程標準》提出的“倡導探究性學習”、“注重與實際生活的聯(lián)系”等課程理念，很多生物教師都耳熟能詳，也意識到在教學中實踐這些理念非常重要，但對為何要推行這些理念和采取何種適當?shù)姆绞饺嵤﹨s很茫然。有些教師認為只要開展了實驗或者探究，就能自然達到理解科學的本質(zhì)的目的，但更多情況下，隱藏在學生的忙碌于實驗和觀察背后的是理性思維的蒼白和乏力。

因此，從生物學科教學的維度，教師在日常的教學中滲透建構(gòu)主義的科學本質(zhì)教育，讓學生理解科學的本質(zhì)，有助于學生更深刻地理解和運用科學知識，有助于學生更合理地掌握和運用科學方法，有助于學生實現(xiàn)學習方式轉(zhuǎn)變，有助于培養(yǎng)學生的科學情感和科學精神。

3 在生物學科教學中進行科學本質(zhì)教育的有效途徑

在目前的形勢下，生物學科教學中的科學本質(zhì)教育就是在學生學習具體的學科知識過程中培養(yǎng)學生對科學的理解力，具體而言，包括理解知識的性質(zhì)、科學探究的過程和科學研究的特征三個主要方面，從而形成恰當?shù)目茖W本質(zhì)觀。如前文所述，相對于知識體系和基本實驗技能的掌握，科學本質(zhì)教育更為重視科學知識的產(chǎn)生過程，更為關(guān)注讓學生了解這些知識是有價值的，為什么這些知識被確認為正確的。

3.1 在探究性學習中認識和體驗科學的本質(zhì)

《普通高中生物學科課程標準》指出，探究是學生認識生命世界、學習生物課程的有效方法之一。標準倡導探究性學習，其目的在于轉(zhuǎn)變學習方式，發(fā)展學生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，提高學生的思維品質(zhì)，培養(yǎng)學生交流與合作的精神。

探究性學習是指學生在教師的指導下，采用類似于科學研究的方式進行的一種教學活動，其實質(zhì)上是對實際科研過程的簡略的重演。一般來說，探究性學習可以概括為提出問題、作出假設(shè)，設(shè)計方案、檢驗假說、表達交流等環(huán)節(jié)。相比較而言，科學家的探究與學生們的探究的目的是不同的，前者的目的在于增進人類對客觀世界的了解，后者的目的在于使學生通過探究知識的產(chǎn)生過程，獲得科學知識和思維能力，促進學生對科學本質(zhì)的理解。探究性學習不僅要讓學生具備進行科學探究的程序性知識，而且還包含了對科學探究本身的理解。在生物學科學習中，學生理應重演科學認知的過程，如果學生不了解知識是怎么產(chǎn)生的，不能以某種方式親身參加科學發(fā)現(xiàn)的過程，就無法充分了解科學知識的全貌。

探究性學習有利于使學生認識科學探究是認識自然規(guī)律的最有效途徑，能夠使他們從形成、檢驗、接受或者拋棄科學假設(shè)的過程中去領(lǐng)悟科學的相對性和發(fā)展性。探究性學習還有助于學生更多地接觸社會、接觸生活，理解科學、技術(shù)、社會之間的關(guān)系，形成正確的科學價值觀，同時，探究性學習能夠引發(fā)學生對生命現(xiàn)象及其規(guī)律的好奇心，使他們體驗到探究過程的喜歡和艱辛，培養(yǎng)他們主動參與、勇于探索、尊重證據(jù)、善于合作的品質(zhì)。教學實踐表明，采用探究式教學，讓學生象科學家一樣，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、探索問題和解決問題的整個過程，學生才能經(jīng)歷跟科學家在真實研究過程所經(jīng)歷的同樣的茫然、焦慮，體驗到同樣的驚喜、頓悟，從而認識到科學的本質(zhì)，培養(yǎng)其真摯的科學情感。

3.2 通過生物學史的教學滲透科學本質(zhì)教育

在生物學科教學中滲透生物學史教育，教師可以讓學生體驗到科學理論體系的演化和逐步完善的過程，使他們理解現(xiàn)在所學習的科學知識是在怎樣的歷史環(huán)境中形成和發(fā)展起來的，有助于學生用批判的眼光審視現(xiàn)有的科學知識，從而培養(yǎng)學生的批判精神。

例如，20世紀初，薩頓和鮑維里在孟德爾遺傳學以及19世紀末在染色體的變化、體細胞與生殖細胞的分裂等方面的成果上，提出了染色體學說，即遺傳因子可能就在染色體上。但是當時拿不出證據(jù)證明他們的觀點。直到1910年，摩爾根通過一系列實驗發(fā)現(xiàn)，控制果蠅眼色的基因位于性染色體上，才證明了薩頓、鮑維里的假說。從“基因位于染色體上”這一知識點的形成過程，可以看到科學過程的步驟。再如，在進化論這一部分的教學中，教師可以讓學生了解歷史上第一個比較完整的提出進化學說的是法國人拉馬克，其主要論點是用進廢退和獲得性遺傳，由于當時人們普遍信奉特創(chuàng)論和物種不變論，他的學說受到了種種非議，沒有得到科學界的承認，而達爾文的自然選擇學說，由于受到當時科學發(fā)展水平的限制，對于遺傳和變異的本質(zhì)，沒能做出科學的解釋，對生物進化的解釋也局限于個體水平，強調(diào)物種形成是漸變的，不能解釋物種的暴發(fā)現(xiàn)象，而現(xiàn)代生物進化理論則逐步修正了以上的一些理論缺陷。這一事實很清晰地向?qū)W生說明生命科學是在科學家對前人的結(jié)論不斷質(zhì)疑、不斷證實的基礎(chǔ)上進行自我更正的過程中積累起來的，從而辯證地領(lǐng)會科學的客觀性和相對性。同時也可以讓學生理解，像達爾文、拉馬克這樣偉大的科學家，他們的思想觀點也會有局限性，從而培養(yǎng)學生尊重事實、尊重證據(jù)的科學態(tài)度。

生物學史教育對學生理解科學本質(zhì)的幫助還體現(xiàn)在，在一定程度上，學生對科學概念的掌握過程可以被看成是科學發(fā)展過程的一個縮影。教師借助生物學史的教育，有助于促進學生的概念的轉(zhuǎn)變，讓學生可以更準確地理解科學概念。例如，20世紀20年代，多數(shù)科學家都認為蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)，1952年，Hershey和Chase的噬菌體侵染細菌實驗證明，DNA才是生物的遺傳物質(zhì);再后來的研究又證明，有少數(shù)生物遺傳物質(zhì)是RNA，最終才形成DNA是主要的遺傳物質(zhì)這一生物學核心概念。

因此，在生物學科教學中，教師可以充分挖掘和利用教材中的生物學史料，發(fā)現(xiàn)其中的教育價值，并使用合適的方法，以生物學發(fā)展史上的重大事件，讓學生體會科學理論的形成和發(fā)展進步的過程，讓其領(lǐng)會科學的探究精神。

3.3 通過STS教學讓學生感受科學的本質(zhì)

STS教育，即“科學、技術(shù)與社會”教育，其目的在于分析科學、技術(shù)和社會三者之間的復雜關(guān)系，讓學生理解科學、技術(shù)對社會產(chǎn)生的正反兩方面的效應。最終目的是要改變科學和技術(shù)分離，科學、技術(shù)和社會脫節(jié)的狀態(tài)，使科學、技術(shù)更好地造福于人類。

總體來說，科技發(fā)展會受到當時的社會和歷史環(huán)境的影響和制約，而科學和技術(shù)也是彼此影響的，科學促進新技術(shù)的產(chǎn)生，新技術(shù)又反作用于科學，促進科學的進步?？茖W的發(fā)展不僅涉及科學理論自身的建構(gòu)，它的發(fā)展還涉及社會進步和技術(shù)發(fā)展，因此，在《普通高中生物學科課程標準》中強調(diào)了注重與現(xiàn)實生活的聯(lián)系這一基本理念，并在“教科書編寫建議”一節(jié)中明確提出了教材的編寫要“反映社會、經(jīng)濟和科技發(fā)展的需要，體現(xiàn)“科學、技術(shù)、社會”的思想?！?/p>

例如，在人教版高中生物選修二《生物科學與社會》的教學內(nèi)容就是開展STS教學的好材料，該模塊包括“生物科學與農(nóng)業(yè)”、“生物科學與工業(yè)”、“生物科學與健康”、“生物科學與環(huán)境保護”四個單元。從中學生可以體會到，生物科學技術(shù)不僅影響人類生活和經(jīng)濟活動，還深刻影響著人們的意識，如從環(huán)境保護的角度思考生產(chǎn)方式和生活方式，關(guān)注生物技術(shù)的倫理問題……。這一模塊能使學生較全面地了解生物科學技術(shù)應用的現(xiàn)狀和發(fā)展前景，引導學生關(guān)注社會、關(guān)注生活、關(guān)注身邊的科學和技術(shù);能幫助學生體會到生物科學與人類社會、與他們的日常生活密切相關(guān)，并能對科學、技術(shù)、社會的相互關(guān)系形成正確的認識，培養(yǎng)學生的參與意識，幫助學生形成正確的價值觀念，提高社會責任感。同時在日常教學過程中，教師也可以滲透STS教育的理念，例如在人教版高中生物選修三《現(xiàn)代生物科技》中的“轉(zhuǎn)基因生物的安全性和倫理問題”中，可以以問題討論、辯論會等教學形式，充分發(fā)揮學生學習的自主性。讓學生在回顧前一階段教學和閱讀教材的基礎(chǔ)上，收集相關(guān)信息，在討論和辯論中，讓這些信息得以運用和共享。由于轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題還存有爭議，轉(zhuǎn)基因生物安全性問題的討論與教材中其他專題有所區(qū)別。通過本節(jié)的學習，不僅引起學生對轉(zhuǎn)基因生物安全性的關(guān)注，更為重要的是讓他們能以科學的態(tài)度予以思考，即對不同的觀點能夠運用生物學知識加以理解和辨析，最終使學生在對轉(zhuǎn)基因生物的態(tài)度認知上，做到“應該趨利避害，而不能因噎廢食”，理性地看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)。這樣的教學過程可以讓學生認識到不能單純從技術(shù)角度去理解人們對待轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的態(tài)度，其中包含有復雜的政治、經(jīng)濟和文化的背景，從而促進學生對科學本質(zhì)的理解。

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