STS視域下的生物學課堂教學流程設計

楊麗嬌　嚴慧

［摘 要］《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》在內(nèi)容要求和教學提示中多層面、多角度地強調(diào)了科學、技術和社會的相互關系教育（STS教育）的重要性。STS教育的主要思想是讓學生把對自然界的理解與實際生活相結合，這說明STS教育與生物學課程目標達成之間存在密切關系。文章嘗試對STS 視域下的不同生物學課堂教學的流程進行設計，使其最終指向?qū)W生生物學學科核心素養(yǎng)的培育。

［關鍵詞］STS教育；生物學；課堂教學；流程設計

［中圖分類號］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）14-0082-03

STS教育作為國際科學教育改革的新理念，突出科學、技術與社會之間的關系，旨在通過教育教學引導學生客觀判斷科學發(fā)現(xiàn)和技術發(fā)明給社會帶來的正負面效應，其本質(zhì)是提高學生的科學素養(yǎng)。新教材中不乏STS教育的素材，如“科學·技術·社會”“與生物學有關的職業(yè)”“與社會的聯(lián)系”等，這些素材有助于學生體會生物學知識向社會應用方面遷移的可行性和重要性，但究竟該如何利用這些STS教育素材使之有效服務生物學課堂教學，助力學生生物學學科核心素養(yǎng)的提升，就十分考驗生物學教師的教學設計能力了。本文對STS 視域下的不同生物課堂教學流程設計進行了有益嘗試，使其最終指向?qū)W生生物學學科核心素養(yǎng)的培育。

一、在探究教學中滲透STS教育，有效促成生命觀念的形成

STS教育強調(diào)將所學概念和技能作為處理問題的工具，鼓勵學生運用學科知識解釋現(xiàn)象或解決問題。顯然，在探究教學中滲透STS教育能有效促成生命觀念的形成。在探究教學中滲透STS教育的具體流程如圖1所示。

生命觀念中最具生物學屬性、最具統(tǒng)領作用的是進化與適應觀。與學生一起探討耐藥菌的出現(xiàn)與抗生素濫用之間的關系是滲透STS教育、有效促進學生形成進化與適應觀的良好素材。以下是具體的教學流程：（1）導入社會性議題：碳青霉烯類抗生素是一類抗菌譜廣、抗菌活性強、穩(wěn)定性高且毒性低的β-內(nèi)酰胺類抗生素，它是治療嚴重細菌感染的最重要的抗菌藥物之一，然而隨著該類抗生素在臨床治療中的大劑量和不合理應用，碳青霉烯類耐藥病原菌已普遍存在。此環(huán)節(jié)以細菌的抗藥性這一既熟悉又困惑的社會性議題為背景，激發(fā)學生的求知欲，提高學生的課堂參與度和關注度。（2）呈現(xiàn)碳青霉烯類抗生素2005—2008年在某醫(yī)院住院患者中的人均使用量，以及從患者體內(nèi)分離得到的某種細菌對該類抗生素的耐藥率變化圖表，設置問題引導學生思考：這種細菌耐藥率的變化與抗生素的使用量之間是否存在關聯(lián)？依據(jù)是什么？請你從自然選擇的角度解釋細菌耐藥率升高的原因。同時，引導學生利用所學的自然選擇的相關知識去解釋細菌出現(xiàn)抗藥性這一生命現(xiàn)象，幫助其學會區(qū)分偽科學及排除偽科學的干擾。（3）讓學生針對“耐藥菌是普遍存在的嗎？”“耐藥菌的產(chǎn)生與抗生素濃度有關嗎？”等問題，分組探究不同種類、不同濃度的抗生素對細菌的選擇作用的實驗，并對實驗結果進行討論交流。此環(huán)節(jié)主要是從實踐出發(fā)，促使學生將所學的知識和實驗技能與真實情境聯(lián)系起來，這與STS教育強調(diào)要調(diào)動學生的學習積極性，并注重培養(yǎng)學生的實踐能力的核心要求相吻合。（4）解決細菌的抗藥性問題，滲透STS教育中“科學、技術最終都要服務于社會”的理念?？股睾图毦哪退幮苑路鹪谶M行一場進化的競賽，甚至還出現(xiàn)了超級細菌，病人感染超級細菌后會因為無藥可救而面臨死亡的威脅。針對這一現(xiàn)狀，你認為政府部門、醫(yī)療機構、普通民眾可以做些什么呢？學生通過對一系列問題的思考后，真正理解了“抗生素對細菌的逐代篩選可以促進細菌耐藥性的進化，濫用抗生素會導致耐藥菌增加”等知識，從而提出一些減少抗生素濫用的有效措施，如政府部門建立細菌耐藥監(jiān)測網(wǎng)，建立細菌耐藥預警機制；醫(yī)療機構真實、及時地通報臨床使用抗生素的數(shù)據(jù)，普及濫用抗生素對個人、社會和環(huán)境帶來危害的相關知識；人們就醫(yī)時如實告知病史、遵醫(yī)囑服用抗生素；等等。

STS教育倡導學生用已習得的自然選擇學說理論模型作為處理問題的工具，結合自身的知識儲備和實驗技能，科學解釋耐藥菌的進化過程，形成合理使用抗生素的意識。在多角度思考并解決濫用抗生素問題的過程中，“生物的多樣性和適應性是進化的結果”這一生命觀念已深深扎根在學生的腦海里。

二、在科學史教學中滲透STS教育，大力發(fā)展科學思維

生物科學探究史所表現(xiàn)的是在一定的科學、技術與社會發(fā)展背景下，生物學家的理性思考、研究方式、實踐經(jīng)歷等。科學思維的本質(zhì)是理論和證據(jù)的協(xié)調(diào)?？茖W思維可為科學探究提供內(nèi)在的邏輯支撐，而科學探究又進一步為科學思維的發(fā)展提供了過程性的論證支持與事實依據(jù)。在科學史教學中滲透STS教育，可以幫助學生更好地了解科學的事實與探索的歷程，使他們敢于提出問題，以發(fā)展的眼光來看待科學，逐步發(fā)展科學思維，解決人類社會發(fā)展進程中所面臨的現(xiàn)實問題。在科學史教學中滲透STS教育的具體流程如圖2所示。

筆者以探究遺傳物質(zhì)的科學史為主線，滲透STS教育。（1）回顧歷史，引發(fā)認知沖突。通過回顧孟德爾、摩爾根實驗和20世紀中期科學家發(fā)現(xiàn)染色體的主要成分等史料，拋出當時的主流觀點——蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)，引發(fā)學生的認知沖突。（2）提出問題，作出假設。學生通過格里菲思實驗初步得出的結論——加熱致死的S型細菌中只有DNA才是促使R型活菌轉(zhuǎn)化為S型活菌的轉(zhuǎn)化因子。（3）設計實驗。首先，引導學生思考：如果你做轉(zhuǎn)化實驗，應該如何設計實驗？如何控制自變量？可能會使用什么技術？其次，讓學生討論并陳述為何艾弗里實驗能證明DNA是使R型細菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。此環(huán)節(jié)主要是讓學生了解“科學的生物學結論必須有嚴格的科學實驗依據(jù)和嚴謹?shù)耐评怼?。?）反復論證。首先請學生闡述艾弗里的實驗結論沒有被科學界接受的原因，接著通過視頻展示噬菌體侵染大腸桿菌的過程，然后提問：選擇T2噬菌體作為實驗材料有何優(yōu)點？它的化學組成是什么？采用什么技術才能知道T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)外殼有沒有進入細菌？這兩種物質(zhì)如何區(qū)分？最后讓學生用紅筆畫出標記物質(zhì)，對T2噬菌體侵染細菌時進入到細菌中的物質(zhì)作出假設，并畫出被標記的噬菌體與細菌共培養(yǎng)、攪拌和離心后上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)位置的圖示（見圖3）。

此環(huán)節(jié)主要是重現(xiàn)科學家的推理論證過程，培養(yǎng)學生的科學思維。學生通過對比教材的實驗示意圖和手繪圖，能得出T2噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA，而不是蛋白質(zhì)。因為侵染細菌時只有噬菌體的DNA進入到細菌，且子代噬菌體含有親代噬菌體的DNA。（5）學以致用。讓學生將所學到的探究遺傳物質(zhì)的思路、技術路線、科學預測等知識運用到生產(chǎn)生活中，使學生深刻理解科學、技術與社會之間的緊密聯(lián)系。

學生在注重證據(jù)和邏輯的科學史學習中，能培養(yǎng)基于生物學事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、批判性思維等科學思維方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學社會議題，進行形成求真務實的科學態(tài)度和科學精神。

三、在生態(tài)學教學中滲透STS教育，培養(yǎng)學生社會責任意識

作為生物學學科核心素養(yǎng)在價值層面的追求，社會責任表現(xiàn)了學生相信科學、善待生命、保護環(huán)境、健康生活、造福人類的態(tài)度和價值觀，反映了學生解決問題的意識和能力，以及學以致用的學業(yè)水平，是學生個人成長和社會進步的正能量。由此可見，培養(yǎng)學生社會責任意識與STS教育理念不謀而合。生態(tài)學是研究生物與環(huán)境之間關系的科學，是生物學的重要分支，也是生態(tài)文明建設的科學支撐。新教材編寫的生態(tài)學內(nèi)容與生活實際、生產(chǎn)實踐聯(lián)系緊密，旨在引導學生應用所學的生態(tài)學知識解決現(xiàn)實問題，培養(yǎng)學生的社會責任意識和社會擔當能力，使學生形成人與自然和諧共處、可持續(xù)發(fā)展的觀念。在生態(tài)學教學中滲透STS教育的具體流程如圖4所示。

人教版高中生物學選擇性必修2“生態(tài)工程”一節(jié)中介紹了我國生態(tài)學巨匠馬世駿院士提出的“自生、循環(huán)、協(xié)調(diào)、整體”的生態(tài)工程基本原理，這是使STS教育的價值追求得以實現(xiàn)的典例。具體教學流程如下：（1）教師展示我國珠江三角洲一帶水鄉(xiāng)發(fā)展的水陸物質(zhì)和能量交換型生態(tài)工程——桑基魚塘，并補充有關廣東桑基魚塘的起源材料：早在明朝初年，南海、中山、順德一帶就因地勢低洼，農(nóng)民因地制宜將低洼地挖深為塘，把泥土堆于四周成基。池塘養(yǎng)魚，基上栽果或栽桑，形成所謂的“果基魚塘”或“?；~塘”。至嘉靖隆慶年間，商品經(jīng)濟快速發(fā)展，國內(nèi)的蠶絲及紡織品大量遠銷外洋，刺激了佛山等地蠶桑生產(chǎn)的發(fā)展，植桑養(yǎng)蠶比種植水稻獲利更大且集約化程度更高，因此部分果基魚塘逐漸向桑基魚塘轉(zhuǎn)化。到清朝初期，南海、順德等地興起了“廢稻樹?！薄皬U田筑塘”的熱潮。據(jù)《高明縣志》記載：將洼地挖深，泥復四周為基，中凹下為塘，基六塘四，基種桑，塘養(yǎng)魚，桑葉飼蠶，蠶屎飼魚，兩利俱全，十倍禾稼。這種農(nóng)、桑、魚、畜緊密結合的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，是中國水鄉(xiāng)人民在土地利用方面的一種創(chuàng)造，也是中國古代勞動人民建立的人工生態(tài)農(nóng)業(yè)的開端。此環(huán)節(jié)主要是引導學生感受并領悟中國古代勞動人民順應自然、因地制宜的思想和智慧（通過桑茂、魚肥、蠶壯的良性循環(huán)提高能量利用率，使人與自然和諧發(fā)展），以激發(fā)學生的愛國情感和民族自豪感。（2）教師引導學生在畫出桑基魚塘模式的食物鏈（網(wǎng)）的基礎上分析討論該模式應用了哪些生態(tài)工程原理，且是如何體現(xiàn)的。此環(huán)節(jié)主要是引導學生利用所學的生態(tài)學知識解決現(xiàn)實問題，做到理論與實踐相結合，加深學生對生態(tài)工程價值和意義的理解。（3）教師追問：如今順德、南海等地是否還有與果（桑）基魚塘類似的生態(tài)工程？如果沒有，請你設計一個適用于當?shù)氐娜斯ど鷳B(tài)種植園規(guī)劃圖。此環(huán)節(jié)既能讓學生通過搜集資料，了解果（桑）基魚塘等生態(tài)工程消失的原因，也能讓學生通過設計生態(tài)種植園體會農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展與經(jīng)濟水平、國家政策、當?shù)厮翚夂蛑g的關系，從而促使學生樹立人與自然和諧共處的觀念、形成生態(tài)意識，參與環(huán)境保護實踐。

在生態(tài)學教學中融合STS教育，通過對桑基魚塘的興起和式微的探究，滲透中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，體現(xiàn)了自然科學和人文科學從不同的領域和視角對國家前途命運和人類社會發(fā)展的影響，激發(fā)了學生利用生物科學技術進行生態(tài)文明建設的熱情和使命感，培養(yǎng)學生關心國家和人類社會發(fā)展的責任感。

綜上，教師應將STS教育融入高中生物學課堂教學的各個環(huán)節(jié)中，結合具體事例特別是我國和學校所在地區(qū)與學生現(xiàn)實生活相關的情境，引導學生關注科學、技術在實際生活中的應用，重視科學知識的實踐價值。STS教育能使高中生物學教學適應科學、技術與社會的發(fā)展需求，能有效培養(yǎng)學生理性思考、科學解釋和決策現(xiàn)實生活中的生物學問題的能力，是培養(yǎng)生物學學科核心素養(yǎng)的重要途徑。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 劉恩山，曹保義.普通高中生物學課程標準（2017年版）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2018.

［2］? 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準：2017年版［M］.北京：人民教育出版社，2018．

［3］? 王健.基于學生核心素養(yǎng)的生物學科能力研究［M］.北京：北京師范大學出版社，2018.

（責任編輯 黃春香）

［基金項目］廣東省廣州市青少年科技教育項目“人工智能高中生態(tài)種植園的開發(fā)實踐”（KP 市 2023067）。