感悟生命科學(xué)的理性

蘇明學(xué)

中學(xué)生物學(xué)教學(xué)到底要教給學(xué)生什么？高中畢業(yè)5年、10年或更長時間后，學(xué)生所留下的生物學(xué)教育烙印還有多深？中學(xué)生物學(xué)有哪些特殊的教育價值？這需要每位中學(xué)生物學(xué)教育工作者思考并做出回答，因為這關(guān)系到中學(xué)生物學(xué)教育的價值追求，關(guān)乎人才培養(yǎng)的規(guī)格等。作為胡玉華工作室的學(xué)員，筆者在經(jīng)過一年的學(xué)習(xí)、培訓(xùn)后，嘗試對上述問題進(jìn)行反思和探討。

一、生物學(xué)中的那些“理”

“老師，我怎么感覺生物這門課像文科，需要記憶的東西太多……”這是筆者剛接手的部分高三學(xué)生的傾訴。如果教師的教學(xué)僅僅浮于具體的事實、瑣碎的知識點上，說事明理無法做到入木三分，沒有引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，建立相應(yīng)的核心概念，領(lǐng)悟其中的學(xué)科觀點，學(xué)生自然會覺得生物學(xué)只是大量知識的簡單堆積，學(xué)習(xí)方式也就只能靠機(jī)械記憶。

生物學(xué)有自己的道理，教師教學(xué)時自然要講理。那么，哪些是生物科學(xué)教育中必須讓學(xué)生知曉的“理”？筆者在反復(fù)研讀朱正威先生所著《我與中學(xué)生物科學(xué)教育》一書的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的思考，將生物學(xué)中的那些“理”，歸納如下。

第一，生命的活動在于生物大分子的運動及相互作用。盡管在元素水平上，生物界與非生物界具有統(tǒng)一性，沒有生命所特有的元素。但是在分子水平上，蛋白質(zhì)、DNA、RNA等大分子是生命所特有的，稱為生物大分子。正是由于生物大分子的運動及其相互作用，遺傳信息才能從DNA流向RNA再到蛋白質(zhì)，細(xì)胞的生命活動才能展現(xiàn)出來。

第二，生命活動是物質(zhì)、能量、信息三位一體的運動和變化。生命活動的順利進(jìn)行，離不開物質(zhì)、能量和信息。其中，物質(zhì)不僅是構(gòu)建細(xì)胞等生命系統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)材料”，也是能量和信息的重要載體。能量是推動生命活動的動力，而信息則是調(diào)控生命活動以適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化不可或缺的信號分子。從細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等生命活動，到生物個體的生長、發(fā)育、繁殖，再到生態(tài)系統(tǒng)的生存、發(fā)展、成熟，無不依賴于物質(zhì)、能量和信息三位一體的運動和變化。

第三，不同結(jié)構(gòu)層次的生命系統(tǒng)具有共同的屬性。細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)、個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)乃至生物圈均屬于不同結(jié)構(gòu)層次的生命系統(tǒng)。不同尺度下的生命系統(tǒng)具有不同的結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)完成不同的功能，但不同層次的生命系統(tǒng)又都具有共同的屬性。

首先，開放性。任何生命系統(tǒng)都時刻與所處的環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換（見圖1），以維持自身的有序狀態(tài)和正常的生命活動。

其次，自主性。生命的自主性表現(xiàn)在生命系統(tǒng)的新陳代謝是靠自我完成的。它不斷從外界環(huán)境攝取物質(zhì)和能量，用以構(gòu)造自己;同時又不斷分解自身的成分，釋放能量，并將分解產(chǎn)物排出體外。這種自我完成的新陳代謝，即自我更新，一旦停止，生命也就隨之結(jié)束。

最后，適應(yīng)性（穩(wěn)態(tài)）。生命的適應(yīng)性在于生命系統(tǒng)具有自動控制的能力，使之隨機(jī)應(yīng)變地適應(yīng)周圍環(huán)境的變化，以保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，即穩(wěn)態(tài)。

從以上的論述中可以看出，各個層次的生命系統(tǒng)都具有開放性、自主性、穩(wěn)態(tài)等基本屬性，而生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的維持無一例外地依靠系統(tǒng)內(nèi)部的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。

二、凸顯理解的質(zhì)而非信息的量

從知識教學(xué)的角度看，中學(xué)生物學(xué)教學(xué)追求的應(yīng)是理解的“質(zhì)”，而非信息的“量”。即教師要遵循“少而精”的教學(xué)原則，以學(xué)科思想和學(xué)科觀點統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容，通過問題引領(lǐng)和學(xué)生活動等，最終使學(xué)生建構(gòu)核心概念，領(lǐng)悟?qū)W科本質(zhì)。

零散的事實與信息不僅容易被淡忘，也缺乏遷移應(yīng)用的價值，而在諸多事實基礎(chǔ)上建構(gòu)的核心概念，提煉的學(xué)科思想和學(xué)科觀點則具有強(qiáng)大的統(tǒng)攝性和廣闊的遷移力。正是學(xué)科思想、學(xué)科觀點和核心概念才使得生物學(xué)形散而神聚，它們恰恰也是生物學(xué)的靈魂。在生物學(xué)中，進(jìn)化論思想和生態(tài)學(xué)思想相互交融構(gòu)成了生物學(xué)特有的學(xué)科思想。其中，進(jìn)化是統(tǒng)一生物學(xué)的主題，它能夠?qū)⑸飳W(xué)不同領(lǐng)域、不同層次的研究成果統(tǒng)一起來。而“結(jié)構(gòu)決定功能”等生物學(xué)科觀點則為學(xué)科思想提供支持。

例如，在教學(xué)“探討細(xì)胞呼吸方式的進(jìn)化歷程”時，教師可提出“有氧呼吸過程為什么會含有無氧呼吸的步驟？”這一問題，讓學(xué)生結(jié)合地球早期大氣中氧的缺乏以及原核細(xì)胞中沒有線粒體的事實，進(jìn)行推測和分析。

該問題能夠驅(qū)動學(xué)生以進(jìn)化的眼光重新審視有氧呼吸和無氧呼吸的過程，并適時滲透生物與環(huán)境相互影響、相互適應(yīng)的生態(tài)學(xué)思想，通過描繪細(xì)胞呼吸方式進(jìn)化的圖景等思維活動，極大地增進(jìn)學(xué)生的理解力和分析力。

三、培養(yǎng)學(xué)生理性的思維方法

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）》指出，應(yīng)著重發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。教師在教學(xué)中應(yīng)從以下兩點著手：一是充分挖掘生物科學(xué)史中的經(jīng)典實驗的教學(xué)功能;二是踐行“在做中學(xué)”的國際理科教育的共識，讓學(xué)生從事部分或全程的科學(xué)探究活動，以訓(xùn)練他們的科學(xué)探究技能（11項指標(biāo)[1]）。

經(jīng)典實驗是科學(xué)家在探索生命奧妙的歷程中所做的富有創(chuàng)新性的工作。生命科學(xué)史上的每一次重大發(fā)現(xiàn)、每一個新的突破，無不凝聚著科學(xué)家辛勤的汗水、智慧的結(jié)晶。因此，經(jīng)典實驗具有如下教學(xué)功能：追溯生物學(xué)概念、原理、規(guī)律衍生的軌跡，從而達(dá)到深刻理解的目的;領(lǐng)悟科學(xué)家如何提出問題，尋找證據(jù)，不斷深入解決問題的思路和方法，從而理解科學(xué)探究的本質(zhì);展現(xiàn)科學(xué)家求實創(chuàng)新、不畏權(quán)威和艱難的探索過程，培育學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。因此，經(jīng)典實驗教學(xué)能夠?qū)⒅R、能力和情感態(tài)度與價值觀三維課程目標(biāo)有機(jī)地結(jié)合起來，從而全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

例如，在學(xué)習(xí)“‘基因在染色體上的假說是如何被證明的？”這一問題時，教師可以把教學(xué)目標(biāo)鎖定在培養(yǎng)學(xué)生的理性思維方式上。帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)摩爾根的精神世界，讓學(xué)生了解他如何經(jīng)歷對孟德爾定律普適性和薩頓假說的懷疑，對果蠅白眼性狀如何遺傳的好奇，到根據(jù)果蠅性別決定的背景知識對伴性遺傳現(xiàn)象做出假設(shè)，以及設(shè)計測交、反交實驗進(jìn)行檢驗的過程，在過程中讓學(xué)生領(lǐng)會“科學(xué)是格物致知的一種途徑，其基本特點是：以懷疑作審視的出發(fā)點，以實證為判斷的尺度，以邏輯為辯論的武器” [2]的內(nèi)涵。

生物學(xué)教師應(yīng)捫心自問：我能作為生物科學(xué)界在課堂上的代表嗎？現(xiàn)在很多師范院校偏重師范性，而輕視學(xué)術(shù)性，所培養(yǎng)的中學(xué)生物學(xué)教師因而缺乏研究能力[3]。當(dāng)教師都不具備科學(xué)探究的思想和能力時，怎么能保證他教出的學(xué)生具有探究精神和創(chuàng)新素質(zhì)呢？所以提高生物教師的科學(xué)素養(yǎng)是刻不容緩之事。

四、培育學(xué)生理性的精神氣質(zhì)

理性是自然科學(xué)的靈魂，是人性的底蘊(yùn)[4]。在生物科學(xué)教育中，不僅要向?qū)W生傳授知識，培養(yǎng)其能力，還應(yīng)發(fā)掘生物學(xué)科中蘊(yùn)含的精神資源，培養(yǎng)學(xué)生理性的精神氣質(zhì)，使其養(yǎng)成客觀求實的科學(xué)態(tài)度和理性求真、批判創(chuàng)新的科學(xué)精神。

例如，在教授“探討孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律的成功因素”時，教師向?qū)W生提出了“你認(rèn)為孟德爾堅持8年豌豆雜交試驗的動力是什么？”“孟德爾是如何擯棄當(dāng)時盛行的‘融合遺傳觀點，提出‘顆粒遺傳理論的？”兩個問題，可謂別具特色。前者可以讓學(xué)生真切感受孟德爾是為追求真理而從事研究，而不是以科學(xué)發(fā)現(xiàn)以外的其他因素為目的，后者能夠培養(yǎng)學(xué)生的批判創(chuàng)新精神，讓學(xué)生領(lǐng)悟到科學(xué)正是在質(zhì)疑、創(chuàng)新中不斷發(fā)展的。

五、領(lǐng)略生物科學(xué)的理性美

生物科學(xué)教育中可以讓學(xué)生審視美、鑒賞美。如同藝術(shù)追求的是和諧美，生物科學(xué)則重在理性美，這種理性美集中表現(xiàn)在它的統(tǒng)一美和嚴(yán)密美。

德國植物學(xué)家施萊登和動物學(xué)家施旺聯(lián)合創(chuàng)立細(xì)胞學(xué)說，揭示了生物體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性;20世紀(jì)60年代著名細(xì)胞生物學(xué)家H.Ris將種類繁多的細(xì)胞劃分為原核細(xì)胞和真核細(xì)胞兩大類型，龐雜的細(xì)胞世界立刻變得那么整潔和統(tǒng)一;達(dá)爾文創(chuàng)立的進(jìn)化論統(tǒng)一了生物學(xué)的各個研究領(lǐng)域;遺傳密碼的破譯，使得繽紛多彩的生命在分子水平上得到了完美的統(tǒng)一……這些科學(xué)史實無不揭示著生物學(xué)的統(tǒng)一美。小小的細(xì)胞卻能進(jìn)行如此復(fù)雜的生命活動，奧妙全在于它那嚴(yán)整有序的結(jié)構(gòu);囊泡及囊泡的運輸是內(nèi)膜系統(tǒng)的“無臂延伸”，其過程就像航運一樣：在碼頭上裝貨，離岸、起錨、遠(yuǎn)航，在胞質(zhì)的海洋中把特定的貨物運向指定的彼岸，到岸后拋錨?？浚敦浨鍌}，船體又融回內(nèi)膜，變回原來的存在形式。

科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程同樣充滿了嚴(yán)密美。例如，混沌的遺傳現(xiàn)象，由于孟德爾的精確—以數(shù)學(xué)統(tǒng)計為基礎(chǔ)，孟德爾的堅韌—歷時8年的雜交試驗，孟德爾的假設(shè)—可見的性狀為不可見的遺傳因子控制，孟德爾的驗證—不可見的因子又變?yōu)榭梢姷男誀?，而真相大白，其思維的精巧，推理的縝密，實證的嚴(yán)謹(jǐn)，充分展示了生物科學(xué)的理性美[5]。

生物學(xué)作為一門自然科學(xué)，不僅有著邏輯關(guān)系的知識體系，還有一套獨特的思維方式和探究方法，蘊(yùn)含著豐富的精神資源和美學(xué)價值。中學(xué)生物學(xué)教師應(yīng)該努力開啟教學(xué)智慧，引領(lǐng)學(xué)生沐浴生命科學(xué)的理性光輝。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部. 普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2003： 8.

[2]朱正威， 趙占良. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書生物必修2遺傳與進(jìn)化[M]. 北京： 人民教育出版社， 2007： 128.

[3][4]劉德華. 點擊學(xué)校課程—走在十字路口的科學(xué)教育[M]. 福州： 福建教育出版社， 2001： 11-35.

[5]朱正威. 我與中學(xué)生物科學(xué)教育[M]. 北京： 北京教育出版社， 2000： 35-87.

（作者單位：北京理工大學(xué)附屬中學(xué)）

（責(zé)任編輯：任媛媛）