基于生物科学素养的创新能力培养

丁燕平

摘 要：创新能力是素质教育的重要培养目标，学生所具有的生物科学素养是生物学教学中培养学生创新能力的基础。本文从掌握生物科学史实和科学方法，重视实验教学、实践活动和习题设计五个方面阐述了生物学教学中培养学生创新能力的一些策略。

关键词：生物科学素养；生物学教学；创新能力；培养

《普通高中生物课程标准》指出：“生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观。”[1 ]由此可知，由生物学知识、能力、情感态度与价值观三者结合而成的便是生物科学素养。我们可以从生物学基础知识，科学探究方法与技能，科学态度和科学的世界观，科学、技术与社会（STS）四个维度来理解生物科学素养 [2 ]。换句话说，生物科学素养应当以科学知识与技能、科学方法、科学态度、科学精神和科学价值这五个方面为主要的教育内容。而“创新是科学精神的灵魂，是构成科学素养的重要因素” [3 ]。科学素养的提升和创新精神的培养又是生物课标重点强调的内容。因此学生所具有的生物科学素养是生物学教学中培养学生创新能力的基础。

生物学教材中包含有丰富的对学生进行创新教育的素材：如探究性实验、科学史、科学方法等。学生通过学习生物课程，不仅提高了自身的生物科学素养，更重要的是树立了创新意识。这对他们今后的学习和工作，甚至个人的终身发展，都将产生积极而深远的影响。下面从五个方面谈谈生物学教学中培养学生创新能力的一些策略。

1 学习科学史实，增强创新意志

人们在创新过程中展现出来的刻苦、顽强、勇于冒险、实事求是的精神就是创新意志。没有优秀的创新意志，再独特的创新也将前功尽弃。

生物科学史的知识是学生具有生物科学素养的一项重要内容。平时教师可以结合教学内容，介绍科学家的事迹和科学史，让学生明白：要想有所创造，必须具有良好的科学品质和崇高的科学精神。比如，通过学习细胞学说的建立过程、生物膜结构的探索历程、促胰液素的发现等内容，我们可以悟出科学是在实验和争论中前进的；科学工作者既要继承前人正确的科研成果，又要富有质疑和创新精神，身体力行，锲而不舍，努力推动科学的进一步发展。

此外，在学习相关内容时，介绍孟德尔经过八年的不懈努力，提出遗传的两大基本规律；历经五年的航海旅行，达尔文提出以自然选择学说为基础的生物进化理论。通过这些人物精神来激励学生养成热爱科学，勇于探索的良好品质和坚强的创新意志。

2 掌握科学方法，实现科学创新

“授之以鱼不如授之以渔”，对学生而言，方法远重要于知识本身。生物科学方法又是现代学生具有生物科学素养的一个基本要求。为此教师要积极引导学生参与知识形成过程的认识，学习前人研究生物的一些科学方法，帮助学生实现科学创新。

毫无疑问，欲有效开展科学探究活动，降低创新成本，提高创新质量，前提是必须掌握适宜的科学方法。蕴含着生物科学方法的教材内容比比皆是：彰显科学探究一般方法的“生长素的发现”；突出实验设计原则和科学研究一般思路的“光合作用的发现史”；展示建构模型方法的“流动镶嵌模型”的构建等等。教师要引导学生通过阅读、观看课件或实践，让学生跨越时空，重温科学家的探究历程，潜移默化地接受这些科学方法，为今后的创新奠定基础。如教师在引导学生模拟参与孟德尔的豌豆杂交实验中，可遵循“学习—实践—创新”的思路，让学生一边重温科学家“发现问题—推理假设—实验验证”的活动，一边完成学习任务，并借此初步认识假说—演绎法。

当然，教师还可尝试让学生在解决问题中更好地掌握生物科学方法。笔者曾要求学生画出动（植）物细胞有丝分裂（或减数分裂）某个时期示意图、光合作用示意图、中心法则图解、遗传图解等，促进学生深入了解模型方法。要求学生回答：“怎样证明光合作用产生的O2来自水，而不是来自CO2？”、“如何通过噬菌体侵染细菌的实验，证明噬菌体的遗传物质是DNA？”等问题来检验他们对同位素标记法和科学实验方法的掌握情况。

3 立足实验教学，激发创新潜能

生物学科以实验为灵魂和基础。实验能力是反映学生实验素养高低的重要指标。实验教学可以有效提高学生的实验能力和创新能力。特别是探究性实验和设计类实验，在激发学生的创造热情和创新意识上是其它实验无法超越的。

教学中，教师要尽量用探究性实验代替验证性实验，在设计、操作、分析中让学生体会“科研”的感觉。例如，将验证性实验“唾液淀粉酶遇高温会变性失活”改为“探究唾液淀粉酶在不同温度下活性的变化”的探究性实验；将验证性实验“萌发的种子呼吸作用产生了CO2”改为“探究萌发的种子的呼吸方式”的探究性实验等等。

教师也可以通过改造、创设一些实验，鼓励学生运用已学知识去设计实验并积极探索，从而激发学生的创造潜能。如在实验“质壁分离和复原”前，教师先提出：（1）课本上如果选用大于或小于0.3g/ml的蔗糖溶液来做实验，行不行？并说明理由。（2）用适宜浓度的KNO3溶液（尿素溶液、乙醇溶液、葡萄糖溶液等）进行实验，将观察到什么现象？为什么？（3）有无其它实验材料替代紫色洋葱鳞片叶的外表皮？（4）在证明植物细胞的吸水与失水上有没有更简单的实验？在以上问题串的激发下，学生的思维被调动起来，提出了多种富有创造性的想法，通过讨论和实验检验，发现有些想法还颇有实用价值。在做完实验后，教师可让学生参照本实验的原理、方法，设计实验测定某成熟植物细胞的细胞液浓度范围或比较不同植物细胞的细胞液浓度大小。学生独立思考后，组织他们分组讨论，然后提问不同小组的学生阐述各自的实验方案，最后教师进行点评，师生共同确定最优方案。学生可以再到实验室通过动手操作来进行验证。如此教学有利于提高学生的科学探究能力、交流合作能力、创新能力等多方面的能力。

4 开展实践活动，提升创新水平

我们知道，创新成果固然重要，但创新实践过程更重要。学生要想印象深刻并体验到创新乐趣，只有通过亲自实践。实践精神是学生追求生物科学素养的一个重要方面。笔者在教学过程中尽可能给学生留出充裕的时间，去开展观察、实验等实践活动，使学生有充分的看、想、说、练的机会，从而有效地保证学生尝试创新和提升素养的时空。

比如，学习了“生态系统的稳定性”这节内容后，笔者要求学生采取小组合作的形式设计并制作生态瓶，然后观察瓶中哪种生物先死亡，哪种生物后死亡，并分析其主要原因。再思考怎样改进实验装置，才能推迟瓶中生物的死亡时间，才能让瓶中生态系统的稳定性进一步提高。学生接受任务后，兴趣很高，动脑动手，交流合作，努力创新，积极实践。最后，笔者拿出一节课时间进行各小组间经验交流，并推出最佳设计方案。这样学生通过思考、设计、观察、分析、交流等一系列实践活动，思维深度得到了充分的挖掘，不仅更好地理解了生态系统稳定性的原理，还提升了实践精神和创新水平。

5 重视习题设计，训练创新思维

采用超常规的、独特的、全新的方法来解决问题的思维过程就是创新思维。它是创新能力的前提和基础。教师通过精心编制生物习题，训练学生审题、析题、答题能力，强化学生合作意识，促进学生养成严谨求实、一丝不苟的科学态度，这也是生物科学素养的一个重要教育内容。

例如，笔者在自由组合定律教学之后，让学生完成一道习题：用具有两对相对性状（控制两对相对性状的基因位于非同源染色体上）的纯合子豌豆作亲本杂交，问F2中表现型不同于亲本的个体占多少比例？学生由于受到课本中孟德尔豌豆杂交实验模式的影响而产生思维定势，只考虑一种情况（即设亲本基因型为YYRR×yyrr），得出答案为。此时笔者要求学生再认真审题、思考，终于有部分学生想到另一种情况（即设亲本基因型为YYrr×yyRR），得出答案为。接着笔者又“趁热打铁”，再问：“刚才你们是怎样算出的？”学生的解法有：（1）把表现型与亲本不同的各种基因型所占比例相加，即YYRR+ YyRR +YYRr+YyRr+yyrr=++++=；（2）把表现型与亲本不同的各类基因型所占比例相加，即Y R + yyrr= +=；（3）先求F2中表现型与亲本相同的个体所占比例，即Y rr+yyR =+=，再求F2中表现型与亲本不同的个体所占比例：1-=。这时教师指出解法一比较复杂，解法二虽较简便，但在有多对性状时容易出错。解法三简捷、实用、正确率高，且更具有创造性。

可见，教师在习题教学中应注意帮助学生树立目标意识，引导学生挖掘习题内涵，突破常规，养成严谨的学习态度和“又好又快”的思维习惯，激发学生思维的创造性与灵活性。

总之，素质教育的核心和教育工作者面临的伟大使命是培养学生的创新能力。在生物学教学中，为了培养出具有生物科学素养的创新人才，我们需要深入理解生物科学素养的内涵，认真挖掘生物科学素养的教育内容，充分调动学生的积极性，引导学生大胆创新，勇于实践。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003：2.

[2]刘恩山，汪忠.普通高中生物课程标准（实验）解读[M].南京：江苏教育出版社，2004：62-67，228-230.

[3]夏卫娟.新课程理念下如何提高学生生物科学素养[J].中学生物学，2009，25（5）：63-64.