援引经典科学史阐释科学本质的维度内涵

孟凡龙 崔鸿 倪忠春

摘要基于“光合作用的发现史”中丰富的科学本质内涵，依托《普通高中生物学课程标准（2017年版）》，深度阐述科学知识的本质、科学探究的本质和科学事业的本质三个维度中各个要素的本质内涵，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，进而提升学科核心素养。

关键词 科学本质 科学史 光合作用 发现史

中图分类号C633.91

文献标志码B

科学是一个建立在可检验的解释和对客观事物的形式、组织等进行预测的有序的知识的系统，是使主观认识与客观实际实现具体统一的实践活动。对于什么是科学本质（ Nature of science，NOS），科学家、科学哲学家、科学教育者等还没有达成一致的认识，它通常指“科学的认识论，科学是一种认识世界的方式，是在科学知识发展过程中固有的信念和价值”。综观国内外学者对科学本质范畴和内涵的界定，虽然在具体的表达和侧重点上有所差异，但大致可认为科学本质包括三个维度：科学知识的本质、科学探索的本质和科学事业的本质。

McComas和Olson从科学哲学、科学史、科学社会学以及科学心理学4个学科的角度对5个国家的8个课程标准中有关科学本质的陈述进行分析。结果显示这些文件中对科学本质有较为一致的观点，认为上面谈到的4个学科都与科学本质有关系，其中科学史所占的比例最大，如图1所示（说明：不同的圆代表不同的学科，其大小则代表对科学本质贡献的多少）。准确理解科学本质与科学史的关系，基于科学史的教学可以更好地促进学生对科学本质的理解，建立正确的科学本质观。

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）在“实施建议”中明确提出：“学习生物科学史能使學生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的思路和方法，学习科学家献身科学的精神，这对提高学生的生物学学科核心素养很有意义。对科学本质的学习有助于学生建立生物学观念，了解科学知识产生的特点，把握自然科学的特点，并以此来辨别现实生活中的科学和非科学，从而促进生物学学科核心素养的达成。”

1 科学知识的本质维度

科学知识是对客观世界的如实反映，主要包括科学事实、科学定律、科学假说、科学理论等。在新课标中对科学知识本质的描述主要有：课程性质中的“生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学。生物学的发展需要许多人的共同努力和不断探索”;实施建议中的“科学是一个发展的过程。科学知识可能随着研究的深入而改变。理论和定律赋予科学解释的能力，但两者不尽相同”。

“光合作用的发现史”内容对应的是《必修1·分子与细胞》中的“概念2细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖（大概念）”“2.2细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域（重要概念）”“2.2.3说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能（次位概念）”。在新课标的教学提示中指出“探究不同环境因素对光合作用的影响”，在学业要求中提出“从物质与能量视角，探索光合作用与呼吸作用，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化（生命观念、科学思维、科学探究）”，在学业质量水平4中指出“能运用结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观分别阐释叶绿体结构和功能之间的关系、光合作用的物质和能量的偶联机制、细胞稳态与个体稳态协调调节等;能运用进化与适应观阐释叶绿体中的化学反应本质，以及与细胞内外其他结构环境的关系，深入理解生物的统一性、独特性和复杂性;在新的问题情境中，能以生命观念为指导，解释生命现象，学会迁移应用，探究生命活动的规律，构建科学的自然观;基于上述观念，能够将科学、技术、工程学和数学综合运用在实践活动中，解决生活中的实际问题，形成正确的价值观、人生观和世界观”（表1）。

2科学探究的本质维度

科学探究是用以获得知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。新课标中对科学探究本质的描述主要有：课程性质中的“在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识”;基本理念中的“通过探究性学习活动或完成工程学任务，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力，培养创新精神”;教学建议中的“组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键，科学工作依赖观察和推论、科学工作采用基于实证的范式、科学是创造性的工作、科学工作中要高度关注主观因素的影响。”“光合作用发现史”中多位科学家的经典实验有助于学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的思路和方法，学习科学家献身科学的精神，提升学生的生物学学科核心素养（表2）。

3科学事业的本质维度

科学是一项复杂的社会性活动，必须考虑伦理的原则。科学被组织成系统的学科知识并在各种公共机构中进行传播，科学家以专家和公民双重身份参与公众事务。新课标中对科学事业本质的描述主要有：课程性质中的“生物学正在对社会、经济和人类生活产生越来越大的影响”;教学建议中的“落实科学、技术和社会相互关系的教育——科学会受到社会和文化的影响”。“光合作用发现史”中科学家们的实验背景的多元化彰显了科学与道德规范、技术社会的深度融合，也体现了科学家们作为国家公民的责任与担当（表3）。

在生物学教学中运用科学史进行科学本质的显性教学，所选择的生物学史料并不需要对科学本质的很多方面都有涉及，一次教学不可能让学生获得很多有关科学本质的认识。因此，教师在每一次的教学中要设定合理适当的科学本质教学目标。教师可以对学生科学本质观的培养作整体设计，在具体每一次的教学活动中，教师应根据所选择的生物学史实特点和教学条件，重点培养学生对科学本质某一方面或者某几个方面的理解。同时，教师需要充分挖掘教科书中所涉及的生物学史中蕴含的科学本质内涵，在教学中展现科学发现的真实面貌，突出科学知识发展的过程及其影响，使学生体会并领悟到科学的本质。

生物学是自然科学中的一门基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学。它不仅是一个结论丰富的知识体系，也包括了人类认识自然现象和规律的一些特有的思维方式和探究过程。生物学课程既要让学生获得基础的生物学知识，又要让学生领悟生物学家在研究过程中所持有的观点以及解决问题的思路和方法。生物学课堂上，教师要引导学生主动地参与学习，使学生在亲历科学探究的过程中习得科学知识，并进行有效的科学实践，建立对科学事业的认识，深度理解科学的本质。指向科学本质的生物学科学史教学需要从科学知识、科学探究、科学事业维度深度阐述各个要素的本质内涵，在教学过程在不断渗透，进而使学生养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，提升科学素养，发展终身学习及创新实践能力。

参考文献：

[1]高育蒙.高中生物学中HPS教育对学生科学本质观的影响[D].金华：浙江师范大学，2012.

[2]王健，刘恩山.“科学本质”的研究及其进展[J].生物学通报，2007，（6）：38-40.

[3]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018： 60.