科幻作品中生命科学教育课程资源的开发研究

福建省晋江市紫峰中学 蔡宝惜 福建省晋江市养正中学 杜惠东 福建省晋江市紫峰中学 吴佐建

科幻，即科学幻想，是指以科学理论或科学技术为基本依据，对尚未实现或发现的事物进行的合理想象。科幻是科学进步的助推器，对培养人的创新精神具有很高的价值。将科幻应用于教育领域，不仅可以激发学生的学习兴趣，还能培养学生的创造力和想象力。科幻的载体包括文学作品、艺术作品、影视作品、游戏作品等各种文艺作品。这些载体中，蕴含着丰富的课程资源。形形色色科幻作品中关于生命的探索，深深地吸引着对世间万物、对生命充满好奇和热忱的青少年，为他们打开了一扇探索生命之奥秘的大门。本文旨在探索科幻作品中生命科学教育课程资源的开发和应用策略，在中学生物学课程的框架下促进学生的创新能力的发展。

一、科幻作品的种类及特点

1.文学作品。

文学作品是科学幻想的基本形式，基于想象的文本也是艺术创作、影视创作和游戏创作的基础。科幻小说是科幻文学作品的最主要的形式。科幻小说是基于科学进行想象创作的，包含科学的原理、合理的逻辑和人文的思考。例如，1978年美国科幻作家David Rorvik创作的科幻小说《自我的镜像:人的复制》（In His Image:The Cloning of a Man）讲述了一个美国富商，在记者和科学家的帮助下，以无性生殖的方法得到一个与他一模一样的复制品。在小说里，克隆人的过程应用了体细胞核移植技术、胚胎移植技术，同时也关注了人的生存和繁殖问题。小说中描述的克隆技术与克隆羊多莉所使用的技术几乎是完全一致的，这说明基于科学原理的想象，是有可能实现的。因此，优秀的科幻小说应是科学、逻辑和人文的统一。

2.艺术作品。

以科幻为主题的艺术作品中，科幻画是常见的形式。科幻画的应用广泛，例如科幻漫画、科幻小说插画、科幻电影海报、科幻电影或科幻动漫的分镜手稿等。科幻画以更加直观的方式对科学幻想进行呈现，往往蕴含着对科学技术的反思。例如，日本漫画家藤子·F·不二雄创作的科幻漫画《哆啦A梦》包含了很多与生命科学有关的内容：“地板上的稻田”、“动物逃脱形态药剂”、“国际保护动物喷雾器”、“人类制造机”、“器官出租手提袋”、“运动神经控制器”、“神奇盆栽”等。这些内容涉及生命科学的基本原理，又进行了合理的幻想，并开展贴近生活的叙事，对儿童的科学启蒙有一定的价值。

3.影视作品。

影视作品能更加直观、动态地表现出科学幻想。以科幻为主题的影视作品，包括科幻电影、科幻剧集、科幻动漫等。上文提到的科幻漫画《哆啦A梦》的同名影视化作品就是一部经典的科幻动漫。科幻电影通常采用科学幻想元素作为题材，在科学上的幻想性情景中进行叙事。例如，1997年由新西兰导演Andrew Niccol执导的电影《千钧一发》（GATTACA），讲述了在基因决定命运的未来世界，基因缺陷的文森特通过和基因完美的杰罗姆交换身份来实现自己的太空梦的故事，表现出了生物技术的伦理问题的关注。

4.游戏作品。

游戏作品的特点是能够和玩家实现交互，使玩家能够参与想象的过程。科幻游戏作品往往新奇有趣、富有想象空间、结局又出乎意料。例如，2021年由FatalCage制作的游戏《计量学:最终生命体形式》（Memetric:Final Lifeforms），设定了玩家的目标是在地球生物灭绝之后重新在地球上探寻、繁衍新生命。又如，2017年由Studio Wildcard制作发行的游戏《方舟：生存进化》（ARK:Survival Evolved），设定了一群醒来便出现在神秘海滩的人类为了生存而探索远古开放世界的游戏背景。

二、科幻作品的筛选原则

1.符合课程的基本价值。

一方面，生物学课程的价值指向是提升学生的生物学核心素养。在选择科幻作品时，要有助于学生形成生命观念，有助于提升学生的科学思维能力，为学生提供科学研究的范式，有助于培养学生严谨的科学态度和强烈的社会责任感。例如，社会责任是生物学学科核心素养的重要组成。很多科幻作品会以人类破坏自然之后可能导致的后果为题材进行创作，以此作为警示教育的素材，有利于形成关爱自然、和谐发展的价值观。另一方面，生物学课程作为一门科学课程，有科学性及正确价值观的导向要求。因此，在对科幻作品进行选择时，要注意科幻作品的价值观是否符合课程的价值观。特别是在选择一些国外制作的科幻作品时，更要注意这个问题。有些科幻作品并不是基于科学原理展开，存在科学性方面的不足，也不是适宜作为教育资源。因此，在选择科幻作品时，要注意科学性和价值观的统一，以期符合学科的需要、学生发展的需要和社会的需要。

2.符合课程的内容要求。

课程标准的内容规定了学生学习内容的深度和广度。科幻也并非天马行空地想象。在课程框架下选择科幻作品必然要符合课程标准关于内容的要求。在选择科幻作品时，要注意科幻作品的科学性，分析其中的科学原理，突出对生命科学未来的预见性。根据课程的内容要求，将科幻内容与课程内容进行有机融合，既不能加重学生的学习负担，又要能准确突出课程标准的内容要求，使科幻作品能真正起到有利于教学的效果。这里要注意的是，对科幻作品的处理要发挥教师的主观能动性。有些科幻作品虽然存在部分内容超出课程标准要求的情况，但是其中的一部分内容若与课程内容相关，通过教师的二次加工也能够满足教学的需要。

3.符合学生的认知能力。

情境信息对知觉的加工有显著影响，适当难度的科幻作品能推动教学，难度与认知能力不匹配的科幻作品反而对教学有阻碍作用。科幻作品是充满想象力的。这使得有些科幻作品中可能充斥着晦涩难懂或生搬硬造的科学词汇。在学生所掌握的科学原理较少的情况下，所涉及的想象内容要避免脱离学生的认知能力。否则，在教学中应用这些科幻作品时，可能导致低效、甚至无效，给学生带来更多一时无法解决的困惑。对于这部分科幻作品中合理的部分，也需要进行适度的二次加工，降低难度，使之更容易理解，有利于推进教学。

4.符合学生的发展需求。

科幻作品的价值在于发展学生的想象力和创新能力。因此，所选择的科幻作品，不仅仅是作品本身的想象，而更应该强调作品本身给学生的思维带来的启发。从这个角度看，科幻作品的思想性尤为重要。所选择的科幻作品要能用于开展提升学生思维品质的教学活动，以利于教学情境的创设、教学设计的推进，从而促进学生的发展。

三、科幻作品的加工策略

1.直接呈现。

对于一些简短的科幻小说，或者是单幅的科幻画，在切合教学内容的情况下，可直接呈现。在教学中，也可选择科幻小游戏与学生进行互动，增强课堂的互动性。对于一些容量较大的作品，可作为课后拓展的内容，布置学生利用课余时间完成观看。这些科幻作品，除了它自身的可读性、可观性强以外，其所蕴含的生物知识的丰富性，都需要给学生足够的时间和空间去挖掘、去思考、去理解。

2.图文并茂。

科幻作品可用文字辅助图片的形式将科幻情境表现出来，减少学生理解的难度。对于一些冗长的科幻小说，可对其进行适度的加工，将其核心内容和重要的插画结合起来，既保留了科幻的核心，也使得其容量更符合课堂教学的实际。对于影视作品和游戏作品，也可以选择其中切合教学目标和学习目标的部分内容用文字的形式进行描述、介绍，以此作为教学情境。

3.制作微课。

制作微课是科幻作品加工的重要策略。结合教学目标和学习目标制作微课，能够增强教学的直观性，有效吸引学生的注意。制作微课的过程是对科幻作品进行了一次筛选和再次创作的过程。因而，微课上的内容设计相对于原本的科幻作品，必然是精炼、简约的，更加贴合教师的教学目标和学生的学习目标。从科幻作品的角度看，影视作品和游戏作品中有丰富的动态元素，更加适合以微课的形式呈现。影视作品具有直观形象的特点，能可直接对影视作品的片段进行截取，也可制作影视作品的解说视频。

四、科幻作品在教学中的应用

将科幻作品作为一种课程资源进行开发，挖掘其中适用生命科学教育的科幻教育课程资源，并以课程标准的大概念教学为体系建立的科幻教育的课程资源库。现在以“人工合成生命的探索”为例，从资源库中选取合适的材料经过适当加工后进行教学设计，说明科幻作品在教学中的应用。

1.教学目标。

“人工合成生命的探索”一节主要围绕培养学生的生物学学科核心素养进行教学设计。主要教学目标包括：生命观念——运用系统的观点理解生命的物质性和有序性；科学思维——运用类比推理的思考可能存在的生命形式；科学探究——尝试分析科学史中人工合成生命的探索历程；社会责任——针对人工合成生命的中伦理问题发表观点。其中，“生命观念”教学目标是本节课的重点和难点。

2.教学过程。

整节课的教学设计，在突出重点的同时，利用各种课程资源进行教学活动，完成本节课其他维度的教学目标。本节课的“生命观念”教学目标，包含着三个层次。围绕“生命观念”的三个层次，开展逐级递进的教学的同时，实现科学探究、科学思维和社会责任的发展。

第一个层次，理解生命的物质性。在教学中，选取了动漫《哆啦A梦》中的“人类制造机”作为科幻情境，通过设计系列问题，让学生分析其中的原理，明确组成细胞的元素都是来源于自然界，没有一种化学元素是生命所特有的。并进一步提出问题：那么是不是意味着通过人工组合这些化学元素就能够创造生命了呢？按照组成细胞的元素在细胞中的比例，将相应的化学物质放入试管，能否创造出相应的细胞呢？通过提问，启发学生进行思考。

组成细胞的中化学元素中，碳是核心元素。那外星人是不是一定也以碳作为核心元素呢？通过分析各种化学元素的性质，展示各种硅基生命等有关的科幻画，引导学生通过类比推理提出生命的各种可能性。最后，向学生推荐刘慈欣的小说《乡村教师》作为课后拓展阅读的材料，启发学生对碳基文明和硅基文明的冲突的想象。

第二个层次，理解生命的有序性。在理解生命物质性的基础上，进一步引导学生深入探讨“人类制造机”中最需要突破的技术问题，是解决元素排列的有序性。从而，让学生认识到任意堆砌的元素和化合物并不能组装出细胞。组成细胞的元素和化合物并不是随机组成细胞，而是在一定的空间和时间条件下的有序有机整体。

在合理想象的同时，结合科学史及科技进展向学生介绍人工合成生命的相关研究，分析其中的科学探究过程。展示“世界上第一个人工合成的蛋白质——牛胰岛素”的文本材料，引导学生分析1965年我国科学家人工合成蛋白质的思路和意义。紧接着，展示“2002年美国科学家人工合成脊髓灰质炎病毒”的材料，引导学生分析科学技术的伦理问题。

第三个层次，理解生命的系统性。在此基础上，选取美国作家詹姆斯·达什纳创作的科幻小说《移动迷宫：致命追捕》中有关人工合成病毒的情境，设计问题串引导学生进行思考：人工合成蛋白质是否意味着人工创造生命？人工合成病毒是否意味着人工创造生命呢？从生命的系统性进行分析，病毒没有细胞结构，要依赖活细胞进行繁殖。这就意味着，病毒虽然也具有有序性，也可以理解为系统，但不属于生命系统。

在此基础上，展示“20世纪90年代美国科学家人工合成支原体”、“2018年我国科学家创建单条染色体的酵母菌”等材料。进一步向学生提出问题：人工合成生命的研究有什么意义？这些研究成果是否意味着人工合成生命的设想已经实现？你赞成进行人工合成生命的研究吗？

3.教学反思。

通过对以上教学分析，科幻作品在生物学教学中主要由以下作用：一是创设情境。本节课通过选取了动漫《哆啦A梦》中的“人类制造机”、科幻小说《移动迷宫：致命追捕》等作为情境，围绕“人工合成生命的探索”，通过想象和现实交织开展教学，使生物学课堂更加富有生命力。二是激发兴趣。本节课所选取的科幻作品，切合学生的认知水平，有效激发了学生的学习兴趣，使学生能够积极投入学习，培养学生的创造力和想象力。三是引发思考。通过科幻情境设置系列问题推进教学是本节课的特色。此外，在本节课的教学过程中，通过展示各种硅基生命等有关的科幻画启发学生进行思考，也取得比较好的效果。四是拓展视野。在教学中推荐《乡村教师》作为课后拓展阅读的材料，拓展学生的视野。

综上所述，对科幻作品中的生命科学课程资源进行开发，构建符合教学实际的课程资源库，在中学生物学教学中将科幻作品有机结合到课程标准要求的内容之中，对实现课堂教学目标有所助益，并能够促进学生的发展。在今后的教学中，笔者将进一步探索科幻作品应用于生物学教学的案例，推动课程资源库的应用和充实。