人教版生物學(xué)教材中學(xué)科核心素養(yǎng)的呈現(xiàn)與教學(xué)建議
——以必修1第五章為例

劉 楊 李守德 李高峰

(1.陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119；2.青島第二中學(xué)，山東 青島 266061)

“教材建設(shè)是教育發(fā)展的核心議題，是實(shí)現(xiàn)立德樹(shù)人的重要依托，體現(xiàn)了國(guó)家意志及權(quán)力事項(xiàng)。”[1]基于核心素養(yǎng)的課程改革，激發(fā)了新一輪的課程標(biāo)準(zhǔn)、教材的修訂。新教材中“學(xué)科核心素養(yǎng)”是如何呈現(xiàn)的？教師應(yīng)該如何有效地利用教材實(shí)施教學(xué)？本文擬選擇人教版《普通高中教科書(shū)·生物學(xué)·必修1分子與細(xì)胞》(以下簡(jiǎn)稱“必修1”)中第五章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”為研究對(duì)象，回答上述兩大問(wèn)題。

一、生物學(xué)科核心素養(yǎng)的基本內(nèi)涵

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是指學(xué)生接受生物學(xué)教育的過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和促進(jìn)個(gè)人進(jìn)步的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，主要包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。

1.生命觀念

生命觀念是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中，在頭腦中形成的基于生物學(xué)視角對(duì)客觀事物的抽象性認(rèn)知，是一系列意識(shí)、思維和觀念，主要包括結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等要素。

2.科學(xué)思維

思維是對(duì)客觀事物概括的反映，以感覺(jué)、知覺(jué)和表象為基礎(chǔ)，是一種高級(jí)的認(rèn)知過(guò)程。[2]科學(xué)思維是基于推理、論證等形式，在人腦中形成的尊重事實(shí)和證據(jù)的思維認(rèn)知，對(duì)事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及事物間關(guān)聯(lián)的概括性反映?？茖W(xué)思維主要包括歸納概括、模型與建模、科學(xué)推理、科學(xué)論證等要素。

3.科學(xué)探究

科學(xué)探究是指學(xué)生借鑒科學(xué)家的行為方式來(lái)探索生活中生物學(xué)問(wèn)題、現(xiàn)象的過(guò)程。在此過(guò)程中，學(xué)生能夠提升求知欲，學(xué)會(huì)探究的技能和思路，增強(qiáng)實(shí)踐操作能力。科學(xué)探究主要包括問(wèn)題、證據(jù)、解釋和表達(dá)等要素。

4.社會(huì)責(zé)任

社會(huì)責(zé)任是指學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)解決生活生產(chǎn)問(wèn)題的擔(dān)當(dāng)和能力，其需要兩個(gè)基礎(chǔ)：一是學(xué)生需具備正確的科學(xué)本質(zhì)觀，能做出理性解釋和判斷；二是學(xué)生需正確認(rèn)知“科學(xué)—技術(shù)—社會(huì)—環(huán)境”四者的關(guān)系，具備生態(tài)意識(shí)、健康生活和可持續(xù)發(fā)展的觀念。

二、新教材中核心素養(yǎng)的呈現(xiàn)

1.遵循生物學(xué)概念的進(jìn)階性，促進(jìn)學(xué)生生命觀念的建立

生命觀念的構(gòu)建需要基于對(duì)生物學(xué)概念、原理、規(guī)律的學(xué)習(xí)和內(nèi)化。為了促進(jìn)學(xué)生深入理解概念與規(guī)律，教材首先編寫(xiě)“5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”“5.2細(xì)胞的能量‘貨幣’ATP”，讓學(xué)生初步構(gòu)建細(xì)胞代謝反應(yīng)中需要的催化物以及形成的直接供能物質(zhì)，為后續(xù)學(xué)習(xí)建立進(jìn)階路徑；隨后再由“5.3細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用”“5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化”給出重點(diǎn)知識(shí)——為機(jī)體提供能量的兩大代謝反應(yīng)；有效地將重難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行分散，有梯度地降低學(xué)生的認(rèn)知難度，增強(qiáng)“細(xì)胞的生存需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”這一大概念的系統(tǒng)性和整體性。

此外，第五章概念體系的編排有助于學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)與功能觀”“物質(zhì)與能量觀”“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”以及“進(jìn)化與適應(yīng)觀”等生命觀念。具體而言，酶的本質(zhì)與其特性的關(guān)系、ATP具有高能磷酸鍵而擁有直接供能的功能、呼吸作用與線粒體結(jié)構(gòu)的關(guān)系、葉綠體的結(jié)構(gòu)是進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)，可以引導(dǎo)學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)與功能觀”；ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化且處于動(dòng)態(tài)平衡，才能保證機(jī)體正常運(yùn)行，促進(jìn)學(xué)生形成“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”；ATP的能量供應(yīng)機(jī)制普遍存在于生物界，可以助推學(xué)生形成“進(jìn)化與適應(yīng)觀”。細(xì)胞代謝產(chǎn)生ATP為機(jī)體的各項(xiàng)生命活動(dòng)提供能量，而ATP的合成主要源自于細(xì)胞呼吸作用，即細(xì)胞進(jìn)行呼吸作用分解有機(jī)物，釋放有機(jī)物中儲(chǔ)存的化學(xué)能以不斷合成ATP，而有機(jī)物中的化學(xué)能最終源于光能，是由綠色植物進(jìn)行光合作用，利用葉綠體捕獲和轉(zhuǎn)化光能的，以上反應(yīng)均需要酶的催化作用。以上過(guò)程充分呈現(xiàn)了“物質(zhì)可循環(huán)，能量不可循環(huán)”的客觀規(guī)律，能夠引導(dǎo)學(xué)生形成“物質(zhì)與能量觀”。

教材注重在生活生產(chǎn)類、科學(xué)實(shí)驗(yàn)類的真實(shí)情境中呈現(xiàn)重要概念，并提出環(huán)環(huán)相扣的進(jìn)階性問(wèn)題，設(shè)計(jì)多樣化的探究類、實(shí)踐類、思考類的學(xué)習(xí)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在對(duì)概念、規(guī)律的認(rèn)知過(guò)程中逐步自主構(gòu)建生命觀念，整體設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

2.多元化欄目的設(shè)置，助推學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展

(1)注重“模型與建模”思維的訓(xùn)練。模型是科學(xué)家和工程師對(duì)所研究系統(tǒng)理解的一種外顯表示形式，用來(lái)與他人交流觀點(diǎn)，幫助解釋問(wèn)題。所以，模型分析及建構(gòu)是培養(yǎng)科學(xué)思維的重要途徑，可以鍛煉學(xué)生分析、抽象和概括等思維。新教材不僅在正文中強(qiáng)調(diào)模型的分析和建構(gòu)，還在“思考·討論”“練習(xí)與應(yīng)用”等欄目中對(duì)“模型與建?！彼季S的培養(yǎng)進(jìn)行有效的引導(dǎo)和強(qiáng)化。諸如，“5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”中，圖5-1、5-2、5-3的模型分析，有助于學(xué)生較為容易地理解酶降低活化能的作用以及酶活性受溫度、pH的影響。“5.3細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用”的“練習(xí)與應(yīng)用”欄目中，教材設(shè)置了習(xí)題，要求學(xué)生分析曲線圖中氣體交換的相對(duì)值和氧氣濃度之間的關(guān)系以作答。“5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化”的“思考·討論”欄目中，教材要求學(xué)生“嘗試用示意圖來(lái)表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系”，強(qiáng)化了學(xué)生模型建構(gòu)思想的理解與運(yùn)用。

(2)強(qiáng)調(diào)科學(xué)論證思維的培養(yǎng)。無(wú)論科學(xué)家發(fā)現(xiàn)知識(shí)或建立理論，還是工程師尋找解決問(wèn)題的最佳答案，都依賴于論證技能。[3]科學(xué)論證是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要途徑，可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)如何提出、支持、評(píng)價(jià)和修正觀點(diǎn)。新教材非常注重學(xué)生科學(xué)論證思維的培養(yǎng)。例如，“5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”中，教材設(shè)置了探究活動(dòng)“影響酶活性的條件”，組織學(xué)生通過(guò)觀察法、實(shí)驗(yàn)法來(lái)探究pH對(duì)酶活性的影響，要求學(xué)生回答一系列具有“科學(xué)論證”性質(zhì)的問(wèn)題，如“哪支試管中的酶活性最高？你是怎樣得出這一結(jié)論的”“聽(tīng)取其他小組的質(zhì)詢，進(jìn)行必要的答辯、反思和修改”。再如，“5.3細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用”中，教材專門(mén)設(shè)置了“思維訓(xùn)練”欄目，為學(xué)生提供科學(xué)家提出的“內(nèi)共生學(xué)說(shuō)”，要求學(xué)生判斷提供的哪些證據(jù)支持這一論點(diǎn)，這系統(tǒng)地培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用證據(jù)和邏輯評(píng)價(jià)論點(diǎn)的科學(xué)思維。

(3)提倡創(chuàng)新性思維的形成。創(chuàng)新性思維有助于學(xué)生基于對(duì)科學(xué)知識(shí)的深入思考，在新情境中創(chuàng)造性地遷移應(yīng)用。新教材提倡學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)，設(shè)置了許多旁欄來(lái)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)思考、解決生活中的問(wèn)題。例如，“5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”中，教材設(shè)置了“與社會(huì)的聯(lián)系”欄目，要求學(xué)生思考：“用酶來(lái)水解淀粉生產(chǎn)葡萄糖有什么優(yōu)越性，還有哪些產(chǎn)品可以用酶法生產(chǎn)？”同樣，“5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化”中，教材設(shè)置了開(kāi)放性習(xí)題，要求學(xué)生積極主動(dòng)思考：“與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，植物工廠生產(chǎn)蔬菜等食物有哪些優(yōu)勢(shì)？又面臨哪些困難？你對(duì)植物工廠的發(fā)展前景持什么觀點(diǎn)？”

3.科學(xué)史與探究實(shí)驗(yàn)并重，提高學(xué)生科學(xué)探究能力

科學(xué)史蘊(yùn)含著豐富的探究思路和方法，可為學(xué)生探究能力的培養(yǎng)提供良好的素材。[4]另外，學(xué)生想要真正習(xí)得科學(xué)探究的基本思路和方法，還需切身體驗(yàn)觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、整理結(jié)果、交流與探討等探究過(guò)程?？梢?jiàn)，科學(xué)史的研讀與探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)施是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的兩條重要途徑。新教材將科學(xué)史和探究實(shí)驗(yàn)互為犄角，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的提升。例如，“5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”中，教材系統(tǒng)地?cái)⑹隽岁P(guān)于酶本質(zhì)的探索歷程，包括不同觀點(diǎn)的爭(zhēng)論、假設(shè)與驗(yàn)證，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建“科學(xué)知識(shí)是在不斷的批判與修正中得到的”這一科學(xué)本質(zhì)觀?！?.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化”中，教材設(shè)置了光合作用的探索科學(xué)史，其中恩格爾曼實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)材料的選取、變量的控制、對(duì)照的設(shè)置等有助于學(xué)生探究意識(shí)的提升、探究方法的習(xí)得。此外，第五章設(shè)置了較多便于高中生開(kāi)展的探究實(shí)驗(yàn)，如“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”“綠葉中葉綠素的提取和分離”等。探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，一方面可以訓(xùn)練學(xué)生的操作技能，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力；另一方面可以引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟“控制變量”“設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)”“觀察對(duì)比”等探究思路和方法。

4.全方位顯化教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立社會(huì)責(zé)任

新教材注重全方位、多角度培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。首先，通過(guò)弘揚(yáng)中華民族傳統(tǒng)文化培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。例如，“5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”中，教材提及“我國(guó)早在夏禹時(shí)代就掌握了釀酒技術(shù)；1716年《康熙字典》收錄了酶字，解釋為‘酒母也’”，引導(dǎo)學(xué)生，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感。其次，通過(guò)“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)”“與社會(huì)的聯(lián)系”“思考·討論”等內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。例如，教材在“5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”的“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)”欄目和“5.3細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用”和“思考·討論”欄目中，分別列舉了酶和細(xì)胞呼吸在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)生物學(xué)技術(shù)給人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活帶來(lái)的便利，引導(dǎo)學(xué)生從中體會(huì)并認(rèn)同生物學(xué)造福于人類、提高生產(chǎn)效率、推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的觀點(diǎn)。最后，教材基于科學(xué)史顯性地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家的精神和品質(zhì)。例如，“5.1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”中，教材向?qū)W生提問(wèn)：“薩姆納歷時(shí)9年才證明脲酶是蛋白質(zhì)，并因此榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。你認(rèn)為他取得成功靠的是什么樣的精神品質(zhì)？”“‘在科學(xué)上沒(méi)有平坦的大道，只有不畏勞苦沿著陡峭山路攀登的人，才有希望達(dá)到光輝的頂點(diǎn)?！?wù)勀銓?duì)馬克思這句話的理解。”

三、教學(xué)建議

教材是學(xué)科知識(shí)的載體，是教與學(xué)活動(dòng)的文本素材，再優(yōu)質(zhì)的教材也需要教師精細(xì)地加工與處理、深度地挖掘與運(yùn)用，才能展示出其真正的魅力與價(jià)值。[5]所以，為了拉近學(xué)科知識(shí)與學(xué)生經(jīng)驗(yàn)之間的距離，教師需要基于課程理念，依據(jù)課程目標(biāo)和學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，結(jié)合具體學(xué)情創(chuàng)造性地實(shí)施教學(xué)。

1.深化概念教學(xué)，注重生物學(xué)知識(shí)生成過(guò)程的教學(xué)

“新課標(biāo)”強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容要聚焦大概念，“讓學(xué)生能夠深刻理解和應(yīng)用重要的生物學(xué)概念”[4]。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中不能只關(guān)注學(xué)生概念掌握的結(jié)果，而是要更注重學(xué)生構(gòu)建概念及概念間關(guān)系的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟概念背后蘊(yùn)含的生命觀念。教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)生活化的問(wèn)題情境，在情境中設(shè)置與重要概念相關(guān)的問(wèn)題，逐步引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)問(wèn)題解決認(rèn)知概念的內(nèi)涵；進(jìn)一步將新知加以拓展、整合和升華，引導(dǎo)學(xué)生在頭腦中與舊知進(jìn)行認(rèn)知關(guān)聯(lián)，建立概念與概念之間的聯(lián)系，形成概念體系，為生命觀念的形成打下基礎(chǔ)。

2.注重實(shí)驗(yàn)探究，將科學(xué)思維和科學(xué)探究相互交織在一起

生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)探究是引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系、形成科學(xué)思維、習(xí)得探究方法與技能、增強(qiáng)實(shí)踐能力的重要途經(jīng)。教材中的“思考·討論”“探究·實(shí)踐”等是以二維的文本形式呈現(xiàn)，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該以真實(shí)的情境立體再現(xiàn)，組織學(xué)生積極地、全方位地參與其中。一方面引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)準(zhǔn)確地操作，鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力；另一方面要強(qiáng)化對(duì)學(xué)生思維的引導(dǎo)和方法的指導(dǎo)，讓學(xué)生明晰操作背后的原理和注意事項(xiàng)，將科學(xué)思維和科學(xué)探究相互交織在一起。另外，教師要積極組織學(xué)生開(kāi)展動(dòng)手、觀察類的校園實(shí)踐活動(dòng)以及以問(wèn)題解決為要點(diǎn)的探究類活動(dòng)。通過(guò)這些活動(dòng)，教師要注重引導(dǎo)學(xué)生習(xí)得自主學(xué)習(xí)、自主探究的方法與能力，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)服務(wù)。

3.挖掘?qū)W科育人素材，促進(jìn)學(xué)生社會(huì)責(zé)任的形成

習(xí)近平總書(shū)記指出：“各門(mén)課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)?！鄙飳W(xué)學(xué)科育人價(jià)值就是思政教育的集中體現(xiàn)。教師在備課時(shí)要充分挖掘教材中的育人素材，并在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)多元化教學(xué)策略將生物學(xué)知識(shí)、生物科學(xué)史、生物學(xué)社會(huì)議題背后蘊(yùn)含的科學(xué)態(tài)度、人文精神、社會(huì)責(zé)任感充分地呈現(xiàn)出來(lái)，顯性地組織學(xué)生感知、內(nèi)化、表征，引導(dǎo)學(xué)生提升自身品格，建立科學(xué)的生命觀，形成正確的世界觀。