指向科學本質大概念的中學生物學教學策略分析

朱 俊 丁奕然

(1 江蘇省奔牛高級中學 常州 213131； 2 東北師范大學教育學部 長春 130024)

新版高中生物學課程標準所述“內容聚焦大概念”的理念，是目前國際科學教育研究的熱點。一個大概念一般包含了若干個主要概念與次位概念，依據(jù)大概念生成“層層遞進、逐步進階”的邏輯理路進行教學，將有利于學生所學知識的整合與提煉，進而形成科學觀念并生成學科核心素養(yǎng)。目前，國際公認的科學教育大概念有14個，包含了10個科學知識的大概念與4個科學本質的大概念[1]。其中，10個科學知識的大概念中有4個與生命科學有關，這4個大概念已成為新版高中生物學課程標準中必修部分的4個核心概念，自然成為目前生物學教學的研究熱點。相較之下，有助于學生形成生命科學的研究邏輯、哲學觀念與社會責任的科學本質大概念研究卻極少有人涉及。

科學本質的4個大概念不是孤立片面的表象，而是有機聯(lián)動的整體構象。其中，“科學是在究其所以，或是發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象的原因”是從科學研究的目的性出發(fā)，說明了蘊含其中觀察科學世界，并用自身話語體系解釋科學現(xiàn)象的維度。“科學上的解釋、理論和模型都是在特定的時期內與可獲得的實證最為吻合的”是從科學研究的條件性出發(fā)，說明了蘊含其中審辯科學解釋，并用邏輯遞推思考實證科學發(fā)現(xiàn)的維度?！皩⒖茖W研究中得到的知識運用于工程和技術，以創(chuàng)造服務于人類的產品”是從科學研究的價值性出發(fā)，說明了蘊含其中應用科學規(guī)律，并用勞動實踐轉化生產科技產品的維度?！翱茖W的運用常常會對倫理、社會、經濟和政治產生影響”則是從科學研究的人文性出發(fā)，說明了蘊含其中把握科學倫理，并用道德原則具身體驗科技雙刃的維度?？梢?，科學本質大概念從4個維度全方位、立體化地闡釋了科學教育應當形成的科學觀念。而本文研究旨在探討生物學教學中如何滲透科學本質大概念的4個維度，以幫助學生逐步理解、尊重、敬畏并合理利用生命世界。

1 現(xiàn)象探究再歸納——梳理觀察解釋之維

對生命現(xiàn)象進行系統(tǒng)、詳盡地觀察是人類認識與了解自然界的首要條件。在完成這一過程后，人們往往會產生疑問： 是什么原因導致了該現(xiàn)象的發(fā)生。此時，如何解釋生命現(xiàn)象就顯得至關重要了?？茖W本質大概念的首條指出： 大多數(shù)的自然現(xiàn)象都不可能僅從一個角度去闡釋表達，而且往往很多現(xiàn)象不一定能直接通過實驗探究或觀察推理進行解釋，這時候需要盡可能地找尋相關的事實案例與客觀現(xiàn)象，綜合闡明各因素導致自然現(xiàn)象發(fā)生的原因。想要在生物學教學中達成這一目標，教師既不應該直接告訴學生結論，也不能僅僅讓學生分析個別現(xiàn)象進行解釋，而應當將相關現(xiàn)象的因素探究放到一起進行歸納，深入分析梳理從而達成真正意義上“究其所以”的觀察解釋。其實，當全部事實探究與提供的解釋相互印證，且學生能在此基礎上進行歸納梳理之時，也才能真正深入學科知識的本質內涵[2]。

例如，在高中生物學教材(必修1)“影響光合作用的條件”一節(jié)教學時，很多教師在教學中常常直接告訴學生結論，或由先前探究發(fā)現(xiàn)的光合作用過程進行分析，加以說明其中的多個影響因素。該過程是從知識到知識的思考過程，沒有經歷“現(xiàn)象探究——解釋說明”的探究過程，也就無法讓學生品讀到科學是究其所以、發(fā)現(xiàn)原因的過程。在實際教學中，可以先給出陽生植物往往比陰生植物高大，低海拔地區(qū)的植物往往比高海拔地區(qū)的植物高大，施肥多的植物往往比施肥少的農作物長得更快等一些文字、圖片或視頻資料，讓學生從不同的角度解釋這些現(xiàn)象。之后，通過教師引導，學生明白有機物的積累是光合作用的最終表現(xiàn)之一，而剛才給出的眾多自然現(xiàn)象指向了光強、溫度與肥料等不同的因素。最后，再讓學生歸納總結形成對影響光合作用條件的綜合認識。

該教學方式盡可能地將相關的自然現(xiàn)象收集齊全，通過現(xiàn)象探究后再歸納，去梳理并得出較為正確、全面且合理的解釋，從而啟發(fā)學生對學科本質的感悟。

2 科學史料巧介入——品悟審辯實證之維

科學現(xiàn)象的解釋往往僅在一定條件下或一定時期內十分合理，而當新的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)或無法解釋之時，往往科學家就要去審視、思辯該解釋的合理性與有效性，從而去完善、修正乃至重構更為普適與先進的科學理論。而科學本質大概念的第二條正說明了任何的科學理論都是在一定時期、范圍與條件下才是有效的。因為，任何科學理論的解釋說明不是數(shù)據(jù)、現(xiàn)象的自動呈現(xiàn)，而是基于人為理性、直覺與預測的相關解釋，多在每一個人通過邏輯推理、實驗檢驗或模型擬合等實證范式基礎上不斷豐盈、更迭的。之前的研究中已然表明： 科學史料的巧妙介入對于學生的科學思維提升與科學精神培育有著不可替代的作用[3]。因而，在生物學教學中應當以科學史的動態(tài)變化，讓學生跟隨科學家的腳步去審辯科學中難以解釋的現(xiàn)象，以理解科學理論生成的實證范式和其固有的有限性。

例如，在高中生物學教材(必修3)“激素調節(jié)”一節(jié)教學時發(fā)現(xiàn)，較多教師對于“促胰液素發(fā)現(xiàn)”的科學史是簡單講解，告知學生沃泰默與促胰液素發(fā)現(xiàn)的失之交臂，告誡學生在生物學的研究中不能囿于定式。該過程僅讓學生了解了表象答案，并沒有讓其深入理解科學本質所在。其實，教師可先將沃泰默的實驗過程制作成Flash，讓學生隨著沃泰默的探究過程理解其是循著前人“神經調節(jié)刺激胰液分泌”的假設進行研究，采用稀鹽酸刺激并加之是否切除通向小腸神經的方法控制變量，期望以實驗探究的方式證明神經調節(jié)在胰液分泌中發(fā)揮的作用。教師可帶領學生思考沃泰默為何不相信自己的研究結果，且認為是“頑固的神經反射”這一問題，進而告訴他們由于當時的科學理論無法解釋該現(xiàn)象，而其又不相信自身的實驗結果，才與激素調節(jié)的發(fā)現(xiàn)擦肩而過。最后，教師應當讓學生總結提煉出沃泰默沒有成功的原因： 其既沒有審辯該現(xiàn)象與已有理論間的沖突，更沒有提出全面的解釋加以實證說明。

通過此類教學過程可明確科學史料不能僅是擺在課堂上，而需要巧妙介入并深挖科學史，讓學生學會像科學家一樣思考去品悟科學本質的審辯實證之維。

3 情境遷移處內化——理解生產應用之維

科學知識應用于生產生活的具體實踐，會幫助人類創(chuàng)造技術產品并更好地服務于人們的生活?？茖W本質大概念的第三條就指出： 科學、技術與工程三者之間存在緊密聯(lián)系，有些領域中科學會優(yōu)先于技術發(fā)展，而另一些領域中技術也可能優(yōu)先于科學發(fā)展。試想如果沒有科學知識的充盈豐沛，又怎能指導人們設計出更好的技術結構；同樣，沒有技術革新帶來的硬件設備升級換代，也不可能會出現(xiàn)科學中的巨大發(fā)現(xiàn)。兩者相輔相成、共同進步。而工程學的實踐則讓兩者能夠批量、迅速地為人們生產出更多優(yōu)質、符合人們生活應用所需的商品。若想在生物學教學中讓學生理解生產應用的這一維度，情境教學不失為是一種有效的方法。情境教學因其在激發(fā)學生興趣、關聯(lián)現(xiàn)實生活中具有獨特優(yōu)勢，而備受中學教師的青睞與實踐[3]。在具體教學中可用情境的遷移，讓學生在了解科學技術原理的基礎上，內化理解其為人類物質文明進步注入的強大動力。

例如，在“誘變育種”一節(jié)教學時，教師可擺脫原有對青霉素生產“單純講授、一帶而過”的常態(tài)。可使用青霉素發(fā)現(xiàn)與使用的科學小故事作為先行組織者材料，進行多次情境遷移幫助學生理解科學本質的生產應用之維。首先，告訴學生我國古人利用醬上的青色霉菌涂在傷口上以防感染；其次，用一小則短視頻介紹一下弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素的過程；再則，讓學生閱讀教材上誘變育種批量生產青霉素的內容；最后，再讓學生了解因青霉素過敏反應頻發(fā)，繼而讓人們去開發(fā)新的抗生素。這使學生從土方法(技術)的應用情境，轉移至抗生素的科學知識發(fā)現(xiàn)情境，從科學方法的進步促進工業(yè)生產的情境，遷移至技術中存在不良影響需要投入研發(fā)的情境。

通過一系列的情境遷移，讓學生深刻地理解了科學與技術的相互促進、和諧共融以及兩者與工程應用的交織，從而深入內化吸收科學本質的生產應用之維，明確其在人類社會進步的巨大作用。

4 兩難空間中具身——體驗倫理道德之維

科學技術的進步往往在給人類帶來幸福生活的同時，也同樣對政治經濟、生態(tài)環(huán)境與倫理道德帶來了許多弊端。正因如此，國際科學教育界近年來對科學技術導致的社會性議題教學與研究也日漸關注，該議題的存在往往讓人類陷入了科技發(fā)展與生態(tài)倫理的兩難空間的抉擇?？茖W本質大概念的最后一條，則說明科技進步帶來了資源消耗、生態(tài)競爭與觸碰倫理等情況，面對這一情況如何做出科學決策至關重要。而科學決策的評價標準并不是科學技術知識的先進與否，而是倫理道德是否符合標準。在生物學教學中，不妨讓兩難空間進入課堂，讓學生通過具身的體驗決策，從真正意義上理解這一大概念的倫理道德之維。其實，兩難空間不僅讓人們看到了沖突，還看到了主體與其他利益相關者之間的相互關系、權力協(xié)商與自我定位，有助于人們思考個體行動的復雜性[4]。

例如，在高中生物學教材(選修3)“設計試管嬰兒”一節(jié)教學時，給學生設置如下的一個兩難空間讓其進行選擇： 你是一位基因編輯科學家，某對夫婦想讓你幫助他們設計一個沒有先天性遺傳病、免疫力較強的試管嬰兒。此時，你給予的回答是什么？讓學生在思考后自行做出選擇，并由觀點一致的學生相互交流后推選代表進行辯論發(fā)言。此教學過程沒有采用直接向學生灌輸設計試管嬰兒優(yōu)劣勢的內容，而是讓學生在科技造福人類與倫理道德準則的兩難空間中，科學分析與辯論中認識到設計試管嬰兒固然有幫助人類更好地延續(xù)后代的效果，但同樣是人類對自我欲望的滿足，早期對他人生命的加工、改造與褻瀆，已經喪失人本倫常。

該教學過程讓學生具身體驗到了科技知識的巨大能動性，也明白其雙刃劍之稱的具體含義，真正體驗到了科技工作者應當在科學研究、生產應用中權衡利弊、堅守倫理道德的底線。

如何深入挖掘學科的育人價值成為目前生物學教學的關鍵。生物學科的教學不能僅僅局限于掌握學科知識的大概念，進而構建學科體系、獲取學科思維。更應當通過必修模塊與選修模塊的整合、凝練與提升習得科學本質的大概念，從而真正意義上讓學生獲取科學觀念。