渗透生物学科思想方法 培养高中学生科学素养

李戆敏

G633.91

“生物学科思想”是人们在认识生物的活动中运用科学方法的思想意识，是对生物的本质、特征和价值的基本认识。

它蕴含两个层次的含义：

一是能充分认识学习生物知识的意义，并自觉激发自己学习生物的兴趣；二是能掌握学习生物科学的一些基本思想方法。

学科知识、学科能力、学科思想是学科体系的三个要素，而学科思想则是一个学科的灵魂。

生物新课程更加关注学科思想的渗透，在继承原有学科思想的基础上，吸收了许多当代生物科学新的思想、原理和方法，以期对学生科学素养的形成产生更积极的影响。

一、系统论的思想

系统论的核心思想是系统的整体观念。贝塔朗菲强调，任何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的性质。

例如，必修3《稳态与环境》生态系统的结构和功能中，不同生物种群甚至生物个体都是生态系统中的一个元素，它不能独立与这个系统起作用，在生态系统中它有特殊的结构地位和营养级别，也有它的生态位。某一种群的变化，都会在整个系统内产生扰动，直到系统通过自身的调节产生新的平衡。

二、信息论的思想

信息论最早是由香农提出的，其定义之一是关于信息量度量和信息编码、信号处理和分析的科学理论。

例如，必修2《遗传与进化》中遗传因子的发现，基因和染色体的关系，DNA分子的结构，中心法则中包含的DNA的复制、转录、翻译、RNA的复制和逆转录，基因的本质和变化（生物的变异），人类的基因组以及现代生物进化理论中的共同进化。

三、控制论的思想

控制论是由诺伯特·维纳提出的，是研究动物（包括人类）和机器内部的控制与通信的一般规律的学科。控制论的基本思想是反馈，控制论是关于反馈的科学。

例如，必修3《稳态与环境》中就体现出的稳态的思想，所谓稳态是指机体依赖调节机制，对抗内外环境变化的影响，维持内环境等生理指标、生命现象处于动态平衡的相对稳定状态。人体内环境稳态的调节，植物生长发育的调节，种群数量的变化，群落的演替，生态系统稳态的调节等都是通过反馈来调节的。生物个体、种群、群落、生态系统是不同层次的生命系统，任何系统的存在和发展都需要保持稳态。

四、哲学思想

哲学是科学的世界观和方法论，是人类认识世界和改造世界的思想武器，一个人在成长过程中也在逐步建构自己的哲学思想，某个人的行为和思维方式，总是直接或间接地受某种哲学思想的支配。

高中生物学教材不仅承载着丰富的教学内容，而且蕴涵着许多深刻的哲学思想。例如，遗传和变异就是典型的对立统一观点。有意识地将哲学思想渗透到教学中，不仅可以提高学生分析问题、解决问题的能力，还能培养文理兼长的人才。

五、生物学科思想方法示例

实验探究是针对研究目的，在人为控制条件的基础上，对研究对象进行干预或处理后，观测所产生效应的研究方法。该过程包括提出问题、作出假设、设计实验方案、实施实验、分析实验结果等（图1）。

案例：探究铅中毒对大鼠学习记忆的影响。

步骤一：提出问题，做出假设。

汽车尾气及工厂排放出的废气使空气中聚集大量的铅尘，铅尘悬浮物离地面大约0.8 m，因此铅会轻易地通过呼吸道和消化道进入儿童体内；另外儿童喜食的膨化食品、经常用的蜡笔、铅笔和一些色彩特别鲜艳的图书、餐具以及用油漆刷过的积木等玩具，都含有铅的成分，经常接触铅的孩子行为活动能力减慢。由该背景作出假设：铅中毒可能影响动物的神经活动。

步骤二：设计实验方案并实施。

选择大鼠为实验对象，分为四组，设置三个醋酸铅溶液饮用水平：0.05、1、2 g·L-1，对照组饮用蒸馏水。连续饲喂60 d后，进行水迷宫实验，在池水中加入少量墨水使大鼠无法看到水下隐蔽平台。让大鼠从四个方向入水点入水，训练其寻找水面下隐蔽平台。重复训练4 d后撤去平台。

本实验醋酸铅染毒组为实验组，饮水组为对照组，测定从入水点到原平台水域的时间用以反映大鼠学习记忆的能力。如果条件许可，还可测定脑组织匀浆铅含量及乙酰胆碱酯酶（AchE）活性。

步骤三：记录与整理数据。

本实验可能受到的影响因素很多，大鼠的个体差异、水浴温度、入水方向、人为操作与观察角度的变化等因素均可能干扰大鼠寻找平台。为减少误差，由同一人采用固定的操作模式，大鼠训练时不要有人在场，在另一处用视频探头跟踪观察。应尽可能采集足够的样本数量，及时记录并整理。

步骤四：分析实验结果是否支持假设。

饮用水中醋酸铅浓度越高，大鼠到达原平台水域的时间越长，说明铅中毒可能影响大鼠的学习记忆能力，支持假设。

该活动涉及到生命周期、环境控制、变化缓慢等问题，实验数据的离散度比较大，得出结论并非易事，。在讨论交流的过程中，学生认识到对于复杂的生命系统的研究，不能只进行单因子分析，还应分析无关变量对实验结果的影响，揭示控制条件与观测结果的对应关系必须有大量的样本支持，该活动的结果表现为统计学意义上的规律。

该案例为2013年全国高考福建生物卷第27题的背景，其中所蕴含的生物学科思想和方法非常丰富，校本选修活动借鉴该背景开展实验探究，有利于培養学生科学探究的能力和勇于探索的科学精神。

总而言之，学科思想方法的教育理念对教师的专业素养与引导水平提出了更高的要求，教师有意识地通过生物学科知识引发学生思考，让学生在“方法”或“哲学”层面上认识生命运动的一般规律，是生物课程教育价值的重要体现。