摭談注重學習養(yǎng)成學科核心素養(yǎng)的高中生物教學

四川 申定健

《普通高中生物學課程標準》 （2017年版）（以下簡稱《新課程標準》）將提高生物學核心素養(yǎng)作為生物課程宗旨，高中生不僅要學習學科知識，更要注重在學習過程中形成生物學科核心素養(yǎng)，包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等高中生學習養(yǎng)成的必備品格和關鍵能力。

1.注重生命觀念的學習養(yǎng)成

知識層面的生物學學習僅僅是一種對生命現(xiàn)象和生物學基本概念等信息的接收，而生命觀念的習得才是高中生物學科核心素養(yǎng)形成的重要內(nèi)涵和表現(xiàn)之一，它是對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關系或特性進行解釋后的一種抽象，也是經(jīng)過證實后的一種想法或觀點，更是能夠理解或解釋相關事件和現(xiàn)象的品格和能力。在生物課程學習過程中，教師應更加注重生命觀念的培養(yǎng)，幫助高中生在較好地理解生物學概念的基礎上形成生命觀念，將學科生命觀念逐漸浸潤于高中生的觀念之中。

高中生物學科中生命基本觀念多種多樣，諸如生命組成的物質觀念；結構與功能相適應的觀念（結構決定功能，功能與結構相適應）；生命世界的宏觀與微觀認識觀念（從生命系統(tǒng)到基因的認識觀念）；生命系統(tǒng)處于動態(tài)平衡觀念（如細胞的物質與能量的輸入輸出平衡、個體的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和生態(tài)系統(tǒng)的平衡）；生物進化的觀念（生物總是處于不斷進化之中，進化方向是從簡單到復雜）；生命系統(tǒng)的物質與能量觀念（物質是能量的載體，能量是物質循環(huán)的動力）；生命系統(tǒng)對立與統(tǒng)一的辯證唯物主義觀念（生物體是同化和異化的統(tǒng)一體，如細胞既能合成物質，也能分解物質，既能儲存能量，又能釋放能量）；研究生命現(xiàn)象和規(guī)律從現(xiàn)象到本質、從一般到特殊、從整體到局部的觀念；人與自然和諧共處與可持續(xù)發(fā)展觀念等。高中生物學科知識蘊含的生命觀念，不僅隱藏于生物教材的語言文字中，還存在于教師的生命觀念教學理念之中。通過高中生的總結提煉，讓高中生從知識、教材和學習過程中習得，逐漸內(nèi)化為其自身的生命觀念，從而能夠運用正確的生命觀念認識生物的多樣性和統(tǒng)一性，形成科學的自然觀和世界觀，指導生命活動規(guī)律的探究，解決生活實際問題。

2.注重科學思維的學習養(yǎng)成

高中生物課程以研究生命基本現(xiàn)象和生命活動基本規(guī)律來展示生物學的基本內(nèi)容，有著與物理和化學等自然科學相同的學科性質，期待高中生主動地參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設和發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng)成良好的科學思維習慣?！缎抡n程標準》將科學思維的內(nèi)涵界定為“尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力”。通過科學思維的培養(yǎng)和學習，高中生能夠學會運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法分析生物學事實和證據(jù)；能夠理性探討各種生命現(xiàn)象，闡釋生命現(xiàn)象規(guī)律；科學審視和論證生物學社會議題。生物學科學思維在生物科學發(fā)展歷程學習中得以起源和進步，在生物學概念和科學研究方法學習中得以提煉和升華，在科學實驗學習中得以實踐和應用。

生命科學史以生物科學產(chǎn)生和發(fā)展的過程為框架，以科學發(fā)展歷程中帶有重大轉折作用的課題及事件為主線，用翔實的資料敘述科學家的創(chuàng)造性勞動，形象描述了科學家科學探索的思維過程和方法，為高中生學習形成科學思維提供了典型范例。高中生物教材中有許多關于生物科學史的教學內(nèi)容，諸如酶的發(fā)現(xiàn)、光合作用的發(fā)現(xiàn)、生長素的發(fā)現(xiàn)、促胰液素的發(fā)現(xiàn)、遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和遺傳物質的發(fā)現(xiàn)等，科學發(fā)現(xiàn)本就是科學思維形成和發(fā)展的過程，高中生可以尋著先人的足跡學習學科思維。但要防止高中生在科學史學習過程中出現(xiàn)固化思維，更要以思維發(fā)散多樣的特點培養(yǎng)高中生的創(chuàng)造性思維。以遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)為例，分離定律的學習以講述假說演繹的科學思維為主要方式，而自由組合定律則建議讓高中生用習得的假說演繹思維方式去學習和探究，尤其是孟德爾應用正交、反交兩組測交實驗的結果來檢驗假設的合理性，可以促進高中生科學思維的學習養(yǎng)成。

科學家借助這種概括與抽象的思維方式找到了復雜自然世界的簡單規(guī)律，建立了假說、模型等抽象的思維方式。概念是建立在豐富的事實基礎上，運用歸納法提煉生成的，生物學概念則是對生命現(xiàn)象和生命過程本質屬性的一種抽象思維方式。只有相關的事例越豐富，才有可能抽象、概括，從而形成一種理性的解釋和表述（即概念的初步建立）。例如，“細胞是構成生物體的基本結構和功能單位”是基于觀察大量動物、植物和其他生物體組成結構，運用歸納推理得出的一個結論，并非施萊登和施旺兩人的總結，如此學習可以幫助高中生形成抽象提煉的科學思維。再如學習“頂端優(yōu)勢”的概念，可讓高中生從生產(chǎn)生活中的“頂端優(yōu)勢”現(xiàn)象得以感性認識，如道路綠化植物修剪、盆栽花卉造型、果樹整枝修剪、茶樹摘心和棉花打頂?shù)龋?lián)系生產(chǎn)生活實際促進高中生概念理解，升華概念思維的養(yǎng)成。

研究生物科學的基本方法是觀察和實驗，科學實驗能使科學思維得以應用和實踐。例如，學生通過觀察和分析滲透裝置的演示實驗學習“滲透作用”相關原理后，教學中可讓學生利用常見的白蘿卜為材料設計實驗驗證“滲透作用”原理，或用不同濃度的NaCl溶液測定白蘿卜細胞液濃度大小的拓展實驗，用數(shù)學模型（設計坐標曲線）表示NaCl溶液濃度和白蘿卜細胞液濃度大小的關系，從而得出細胞液濃度或濃度范圍。另外，高中生還可以通過生物課外興趣小組實驗（調查遺傳病的遺傳方式、調查種群密度等實驗）、模型制作（制作真核細胞模型和制作DNA分子模型等）、小發(fā)明（光合作用簡易測定器和環(huán)境微生物檢測器等）等科技活動進行科學思維的應用和實踐，促進科學思維體系的形成，達到學以致用的成效。

3.注重科學探究的學習養(yǎng)成

高中生物課程中的科學探究是要讓高中生去經(jīng)歷、體驗和理解生物科學?？茖W探究應從探究精神、探究方法和探究過程的學習開始，進而親身經(jīng)歷和體驗科學探究活動，增進對科學的情感，逐漸形成科學探究能力。科學探究的學習養(yǎng)成對高中生科學素養(yǎng)的建構具有不可替代的作用。

生命現(xiàn)象和規(guī)律的探究發(fā)現(xiàn)往往經(jīng)歷曲折的、復雜的思維過程，在進行科學實驗前，科學的實驗思想顯得尤為重要，實驗思想指引著實驗探究的發(fā)展方向。比如，在DNA雙螺旋結構模型的構建過程中，威爾金斯和富蘭克林的DNA分子X射線衍射圖譜開啟了生物學家沃森和物理學家克里克合作探究DNA分子物理結構模型歷程，他們通過計算推出DNA分子呈螺旋結構，以此制作了堿基在螺旋外部的多個不同的雙螺旋和三螺旋結構模型，但因結構不科學而被否定，卻為新的模型構建提供了“堿基放在雙螺旋內(nèi)部”的正確思路。新的模型出現(xiàn)了新的“問題”——堿基如何配對，他們先是制作出“同種堿基配對”模型，又因違反化學規(guī)律而被拋棄。時隔1年后，沃森和克里克在生物化學家查哥夫處了解到4種堿基的數(shù)量關系（A=T、G=C），由此制作出了A與T、G與C配對的新模型（即DNA雙螺旋結構模型），在模型中還發(fā)現(xiàn)了A—T堿基對與G—C堿基對的形狀和直徑相同，不僅能夠解釋4種堿基的數(shù)量關系，還可以解釋DNA的復制過程。他們把制成的金屬模型與X射線拍攝的衍射照片進行比較，完全相符的結果再次嚴謹?shù)刈C明了DNA雙螺旋結構模型的正確性與合理性。在DNA雙螺旋結構模型的構建過程中，沃森與克里克的合作探究依次經(jīng)歷了實驗結果的計算分析、得出初步結論、模型的反復修改和完善、科學驗證、得出結論等階段。類似的科學探究例子有很多，如細胞膜的流動鑲嵌模型的構建、光合作用過程的研究與發(fā)現(xiàn)、DNA是遺傳物質的探究、DNA半保留式復制等。高中生要在勇攀科學高峰的探究精神中習得科學探究的精神支撐，以此作為科學探究的動力。

科學探究以科學探究方法作為前提，以科學探究過程為途徑。對于實驗性學科的生物學而言，科學的實驗探究是研究生命現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)生命規(guī)律的最有效方法。生物學實驗有調查類、驗證類和探究類三種類型，又以探究實驗為主。在探究實驗的學習中，高中生更要在遵循實驗原則和過程前提下學會設計探究實驗（實驗設計三大原則包括對照原則、單一變量原則、重復性原則，探究過程包括發(fā)現(xiàn)實際生物學問題，針對特定的生物學現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施，以及結果的交流與討論；實驗方法步驟包括分組編號、實驗處理、記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)、分析得出結論等）。實驗成功的關鍵在于選擇科學的實驗方法，故高中生還要學習和掌握一定的實驗方法。生物學發(fā)展初期，研究者用觀察法、解剖法認識生物的形態(tài)、結構，隨著科學技術不斷進步，生物學研究步入微觀的分子水平。例如，利用同位素示蹤技術研究發(fā)現(xiàn)分泌蛋白的合成轉移過程、光合作用過程中O2的來源和卡爾文循環(huán)、遺傳物質是DNA的證明、DNA 分子的半保留式復制方式證明等；冰凍蝕刻技術為研究生物膜的流動鑲嵌模型提供了直接證據(jù)；X 衍射線技術為揭示DNA 分子空間結構提供依據(jù)；利用電泳技術分離生物大分子；PCR技術成功實現(xiàn)DNA分子的體外擴增等。另外，孟德爾和摩爾根等都用假說-演繹法發(fā)現(xiàn)了遺傳學的三大規(guī)律，薩頓用類比法發(fā)現(xiàn)了基因和染色體之間的關系；還可以用數(shù)學模型方法研究種群數(shù)量變化，用物理建模的方式研究生物膜的流動鑲嵌模型、真核細胞結構和DNA 分子雙螺旋結構等。

4.注重社會責任的學習養(yǎng)成

高中生作為公民成為社會組成的一個特殊群體，應當承擔和行使一定的社會責任和權力。高中生的本職工作是學習，社會責任應是學習的重要內(nèi)容，更是高中生擔當和能力的體現(xiàn)。對于社會責任的學習養(yǎng)成，高中生基于生物學的認識，要參與個人與社會事務的討論，做出理性的解釋和判斷，嘗試解決生產(chǎn)生活中的生物學問題。生物核心素養(yǎng)要求高中生能夠以造福人類自身的態(tài)度和價值觀，關注涉及生物學的社會議題，參與討論并做出理性解釋，辨別迷信和偽科學，如高中生要形成生命的物質性起源和物種進化的觀點，而非神創(chuàng)論和物種不變論觀點；要求高中生在正確生態(tài)觀念指導下參與環(huán)境保護實踐，倡導高中生樹立環(huán)境保護和低碳生活理念，愛護公共場所的環(huán)境衛(wèi)生；要求高中生向他人宣傳健康生活和關愛生命等相關知識，如高中生在社會實踐中可以把學到的防癌、防艾等科學知識向社會公眾進行宣講；要求高中生結合本地資源開展科學實踐，嘗試解決現(xiàn)實生活中與生物學相關的問題，如高中生學習果酒、果醋和泡菜的制作原理后，可以在家中自行制作果酒、果醋和泡菜，也可以自行制作酸奶等。如此，高中生社會責任學習養(yǎng)成即為“立德樹人”重要組成內(nèi)容。

綜上所述，在當今大力提倡學科核心素養(yǎng)的教育教學前提下，高中生應當在以上四方面學習過程中養(yǎng)成生物學科核心素養(yǎng)，高中生物教學更應以此為宗旨，寄希以“學”定“教”。