学科前沿知识融入基础教育课堂教学路径研究——以初中生物课教学为例

刘美娇 史 远 李师鹏 张海军

（1.淮北师范大学 生命科学学院，安徽 淮北 235000；2.齐鲁师范学院 生命科学学院，山东 济南 250200；3.德州市第九中学，山东 德州 253000）

一、引言

20世纪中叶以来，生物学发展迅速，在很多领域取得了重大进步，生物学科的地位也逐渐凸显。随着基础教育课程改革的不断深入，新课程标准对教材的编制、教师的教学以及学生的发展都提出了更高的要求。2001年6月，我国颁布的《基础教育课程改革纲要（试行）》中指出：“改变课程内容过于注重书本知识的现状，加强课程内容与学生生活以及现代社会与科技发展的联系[1]7。” 《义务教育生物学课程标准（2011年版）》明确指出：“义务教育阶段生物课程力求更注重学生的发展和社会发展的需求，更多地反映生物科学和生物技术的最新进展[2]1-3。”《普通高中生物学课程标准（2017年版）》在课程内容的设计中，建议开设“社会热点中的生物学问题”“生物信息学与人类组学”等前沿领域的模块学习，旨在更好地为学生的全面发展和将来的职业选择奠定基础[3]34-50。生物学前沿知识是指近年来在生物科学领域取得的最新研究成果或正在进行的课题研究和未来的研究发展趋势[4]7。学习生物学前沿知识，可以让学生更好地了解生物学发展现状或趋势，对生物学科产生全面系统的认识。因此，在初中生物课堂教学中融入生物学前沿知识，可以更好地满足课程标准的期望和要求，更好地促进学生发展。

教育心理学中的学习动机理论指出，促进学习者对学习活动产生一定的内驱力，如兴趣、爱好、成就等，学习者便会不断努力达成目标[5]146。有效的教学才能促进学生学习和发展，教师在教学中也在不断探索便于学生接受和理解的教学内容和教学方式。教学活动中，教师应不断创设或引入学生感兴趣的学习活动和学习内容，激发学生产生内在的学习动机，提高学生的学习兴趣。此外，建构主义理论认为，知识不是固定不变的，学生的学习是学习者利用头脑中的已有经验，不断丰富和建构新知识的过程，强调知识的动态生成性[6]72-76。前沿知识的学习过程便是学生在已有认知的基础上，不断生成新知识的过程。因此，前沿知识的教学应充分遵循学生的认知特点和思维习惯。

二、生物学前沿知识融入初中生物课堂教学的意义

（一）增强学生学习生物学课程的兴趣，培养学生的科学素养

生物学前沿知识包含最新的科研成果和科研技术。教师在课堂教学中融入生物学前沿知识，既让学生收获丰富的生物学知识，也让其感受到科学世界的神奇与奥秘，拓展自身视野，增强生物学学习兴趣。教师在课堂教学中也会引导学生向科学家们学习，感受其身上具备的锲而不舍、知难而上的科学精神，体会其敏锐灵活、敢于质疑的科学思维，领会其严谨认真的科学态度等，并鼓励学生课下模仿科学实验进行探究活动，在前沿知识的探究学习中提高科学素养。

（二）培养学生的社会参与感、责任感和自信心

生物学是一门内涵丰富的自然科学，包括植物学、动物学、遗传学、生态学等诸多领域。教师在课堂教学中融入生物学前沿知识，可以让学生更好地了解当前生物科学的发展，引导学生了解世界上威胁人类社会和经济发展的诸如人口、粮食、健康、生态等领域的问题，让其深刻感受生物科学知识与人类生活的密切联系，提高其社会参与度和责任感。同时，向学生介绍我国科学工作者取得的最新科研成果，不仅让学生学习科学家们身上具备的科学精神，也能增强其民族自豪感和自信心。

（三）有助于打破学科壁垒，加强学科知识的融合

学生在学习生物学前沿知识时，深刻体会到许多科研成果的取得离不开团队中诸多科学家的共同努力。科学探究过程的顺利展开，需要充足的理论知识、科学思维、科学方法的支撑。科研团队人员并不局限于某一专业领域，运用的理论知识和探究方法也并不局限于某一学科。因此，生物教学中融入前沿知识，可以更好地打破学科壁垒，加强不同学科间知识的融合，促进学生的全面发展。

（四）丰富课堂教学内容，促进教师专业素养的提升

课堂教学中融入生物学前沿知识，会使课堂教学内容得到拓展，不再仅仅局限于教材，丰富了课堂教学内容。同时，教师在向学生介绍前沿知识之前，必须充分了解与教学内容相关的前沿知识，这就对教师的知识储备和科学素养提出了更高的要求，需要教师自觉丰富教学内容，运用有效的教学手段将这些知识传授给学生。因此，在课堂教学中融入前沿知识，在一定程度上对教师的素养提出了更高的要求，教师在扩充自身知识储备的同时，也在不断地提升自身的素养。

三、初中生物学课堂的教学现状

虽然生物学前沿知识在教学中发挥着重要作用，但在实践中发现，生物学前沿知识在初中生物教学中并未引起足够重视，在生物教学中的教育价值并未得到充分发挥。

（一）生物学科的前沿知识课堂融入有限，学生对课堂学习兴趣不强

结合心理学中关于认知发展阶段的特点，初中阶段的学生处于心智与身体快速成长时期，呈现出思维活跃、动手能力强的特点，对未知的事物具有强烈的好奇心和求知欲。而与之矛盾的是，受到知识储备、教学手段、多媒体技术、学时等条件的限制，很多前沿的生物学探究背景、实验和生物技术无法在初中课堂中呈现，加之生物学前沿知识大多涉及相对专业的生物学名词、术语、技术等要素，并且不同年级、不同阶段学生的认知水平存在差异，这些知识对于中学生来说有时也存在难以理解的困难，导致出现一些问题：一是教师讲授生物学课程时，存在照本宣科的现象，教师在学时有限的课堂教学中涉及到的前沿知识比较简单，在拓展深度和广度方面有限[7]148；二是初中生物教材中呈现的部分生物学结论或知识，有时并不能及时反映最新的生物科学发展情况，使得处于求知旺盛期的学生反而对生物学科的学习兴趣不强，其学习积极性和求知潜力未能得到充分激发和释放，导致学生对学科前沿知识了解有限，长此以往，不利于满足培养初中学生的科学素养及其发展的需要。

（二）学科壁垒现象普遍存在，学科融合难以实现

随着生命科学研究的不断进步，生物学研究的范围也在不断扩大，从宏观的动植物分类到微观的细胞、分子等各种领域。生物学科的学习不仅需要学生具备基本的生物学知识，还需要一定的数学、化学、物理、人文社科等学科知识，来帮助其更好地理解生物学现象或结论，引导学生了解一种科研成果的取得往往是多门学科交叉、多类知识融合、多种智慧碰撞的结果。然而，由于课程设置、教材内容等条件的限制，学科间壁垒现象普遍存在，仅从生物学的单一角度进行观察，导致学生或视野受限，或“知其然而不知其所以然”，往往局限于细节而忽略全局，对知识的理解和掌握缺乏系统性、宏观性，在一定程度上影响着课堂教学效果和对教材的掌握，也不利于培养和保护学生探究课本知识来龙去脉的兴趣和内驱力。因此，淡化其学科壁垒，加强跨学科融合，对丰富课堂教学内容、改善教学效果有着较大的想象空间和重要的实践价值。

（三）教师素养有待提升，教学质量有待加强

教师在课前备教材、备教法、了解学生情况，对教材内容进行充分把握，对学生认知情况充分了解，这都是上好一堂课的关键。而在具体教学过程中，由于教学视野不够开阔、教学方式不够灵活、教学手段相对单一、多媒体技术掌握不熟练、教师整体素养不高等情况的制约，初中生物教师往往对前沿的生物学知识以及涉及生物学方面的社会热点问题缺乏关注，课堂教学中缺乏相关知识储备，导致学生对生物学知识的发展和应用、前沿的生物学技术、生物学科研方面取得的最新或重大研究成果等了解不够。这必然对课堂教学质量有所影响，一定程度上制约着生物学科课堂教学效果，对整个生物学学科的教学质量和人才培养水平来说是不利的，教师职业素养的提升势在必行[8]91。

四、学科前沿知识融入课堂教学的实现路径

根据初中生物教学现状，结合具体的教学实践，对生物学科前沿知识融入课堂教学提出如下可行性的实现路径：

（一）从学生角度，设置互动环节，点燃学生生物学的学习兴趣

教师在进行生物前沿知识教学时，可多设置学生感兴趣的互动环节，调动学生课堂参与的积极性，点燃其学习兴趣，促进课程的学习。例如，教师在讲授《人体的激素调节》这节课前，鼓励学生课下搜索了解有关“激素”的知识，从中挑选感兴趣的前沿知识点，如胰岛素、糖尿病等，通过设置“我是科学家”“我是医生”等角色扮演活动，让学生分别扮演不同的角色，分别介绍什么是糖尿病、糖尿病对身体健康会产生哪些危害、糖尿病的最新治疗方法等内容，满足学生的好奇心和求知欲，增强其深入学习的兴趣。

又比如在讲授《传染病及其预防》这节课时，可引用共同经历的新型冠状病毒肺炎为素材，布置一些小型话题给学生，分组展开“微讨论”。在课堂中，不同小组就“新冠病毒的变异性”“疫情防控措施”“新冠疫苗的研发”等话题展开讨论，各小组派代表依次发言，其他小组成员提出疑问，发言小组予以解答。通过对话和互动，激发学生运用所学知识展开思考和探讨的兴趣。有关新冠病毒知识的融入不仅可以引导学生关注身边的社会生活，还可以借助热点问题带领学生“沉浸式”体验社会参与感，也让学生们认识到今天的和平生活是由国家、社会工作者、医疗工作者和身边的亲人建筑起来的安全家园，爱国主义情感得到升华，对生活和社会的理解变得生动而深刻。

因此，生物课堂教学中，将教材内容与学科前沿知识、社会热门话题相结合，不仅可以丰富课堂活动、增加课堂趣味性，还使学生通过了解课本以外的“周边”知识，学习用科学、客观的角度看待各种生命现象，激发深入了解课程内容的兴趣，深刻感受到生物学知识、生物技术与人类生活的密切关系，学会科学看待生物世界，增强其对生物世界的认知和体验，培养其家国情怀[9]11。

（二）从课堂角度，开展探究式学习，破解学习壁垒

探究式学习是发挥学生主观能动性、激发潜能的有效学习方式。例如，在讲授《消化与吸收》这节课题时，学生只了解到消化液中“酶”参与食物的消化过程，实际上，酶参与食物消化的催化作用，还涉及化学学科范畴，同时，酶的活化与催化作用，还需要一定的数学基础和物理知识，但受限于课程内容和教学任务，这些在生物教材中均未涉及。由此，教师可尝试开展主题为“酶是如何发挥作用”的探究式学习，引导学生课下自主查询资料，了解催化剂、活化能等化学名词和作用原理，将生物、化学、数学、物理等学科知识相融合，破解学习壁垒，同时在过程中提升学生的自主探究能力。

不仅自然科学之间存在“跨界”，学习和掌握知识有时还需要社会科学来“帮忙”。与前沿知识一样，生物科学史中也蕴含着科学家的科学故事和科学探究历程，反映着科学家们的“大”智慧，在生物课程中进行前沿知识的教学，要充分利用好科学“史”这一资源。在教学中，教师可尝试改变重结论、轻过程的传统教学方式，将生物科学史和前沿知识相结合，鼓励学生主动探究，了解课堂知识背后科学家们的故事，了解科研进程的艰辛，学习其科学思维和科研态度，培养科学素养和科研精神。例如，教师在讲授《遗传与变异》这章内容时，通过研究遗传学的发展，将教材中“孟德尔遗传定律”这一科学史资料与遗传学前沿知识联系，让学生既了解科学家孟德尔的科学故事，又了解到遗传学的研究成果已广泛应用于农学、医学、微生物学等多个领域，使人文社会科学知识与自然科学知识自然联结。同时，通过展现孟德尔遗传定律历经35年后才被科学界证实的历史事实，引导学生学习和体会孟德尔等科学家身上具备的科研精神和意志品质，这对培养学生的科学素养具有积极意义。

（三）从教师角度，扩充知识储备，创新教学手段，提升职业素养

生物学前沿知识更新较快，涉及很多专业名词和术语，对于中学生来说比较晦涩、难以理解，需要教师加以筛选和整合，前沿知识的教学对教师的素养提出了更高要求。

第一，要树立终身学习的理念，不断丰富和提高自身的知识储备。为了更好地呈现课堂教学内容，使生物课堂更加充实而富有意义，教师可将与本节内容相关的学科前沿知识融入课堂教学中。近年来，随着科学研究和技术的不断进步，科研人员也在诸多领域不断取得新的突破和成就，生物学前沿知识不断丰富。而前沿知识包含着最新的学术研究成果、取得突破的生命科学技术等内容，这些内容大多来自于期刊、数据库、网络媒体、生物学权威杂志等，教科书中却很少涉及。这就要求教师在上课之前，充分利用纸质材料和网络资源，搜索了解与课程内容相关的前沿知识，充实自身的知识储备，以便更好地将生物学前沿知识融入课堂教学中。例如，教师在讲授《细胞的分裂与分化》这节课题时，可以补充常见癌症的最新研究进展，课堂中向学生适当拓展，帮助其科学客观地看待这类严重危及人类健康的疾病，引导学生战胜恐惧心理，学会感悟生命。

第二，创新课堂教学手段，生动呈现前沿知识。教科书很难及时地反映出最新的科学成就和生物技术，而网络关于前沿知识的报道也是鱼龙混杂，学生很难进行自主地筛选和利用[10]10-11。因此，教师进行前沿知识教学时，应创新教学手段，灵活采用多种教学方式，如通过视频、动画、微课、开发网络资源等方式，对前沿素材进行加工处理，便于学生更好地理解和感受生物科学的神奇与奥秘。如果学生对某一前沿知识比较感兴趣，教师还可以鼓励其充分利用互联网资源，简要了解该领域的主要研究和最新进展[11]143。除此之外，教师也可以充分利用身边的资源，如当地的大学、科技馆、博物馆等，带领学生参观学习，直观感知前沿生物仪器与技术；如果条件具备，还可以邀请从事相关研究的学生家长或专家学者进校做相应的专题讲座，更好地进行前沿教学。例如，教师在讲授《生物学的研究工具》这节课题时，教材中重点介绍了光学显微镜这一中学生物课堂中常用的研究工具，教师可以通过多媒体课件播放视频或呈现图片的方式，或让有条件的同学到当地大学的实验室进行实地参观，了解更多先进的科学研究工具。

虽然教师在搜索扩充前沿知识时，一定程度上增加了自身的工作量，但从教师长远发展来看，及时关注生物学发展状况、了解生物学前沿知识、提升自身知识储备，能够促进教师快速成长为知识型、技能型、研究型的教育者，从而更有利于提升其职业素养。

五、生物学前沿知识融入课堂教学效果的评价

（一）学生问卷调查

在教学实践中，对任教4个班共计198名学生进行前沿教学效果评价的问卷调查，发放并回收问卷198份，回收率100%，问卷结果如表1。

调查结果显示：大部分同学认同前沿知识教学，肯定了其在教学中的重要价值，认为教师在课堂教学中融入生物学前沿知识，可以扩充知识储备、拓宽视野，增强生物学的学习兴趣，提高其社会参与感和责任感；同时生物学前沿知识一定程度上丰富了课堂内容，增加了课堂的趣味性，培养了学生的自主学习能力和探究能力。

（二）教师课堂观察

为较为全面地了解前沿知识融入课堂教学的效果，教师认真观察学生的课堂行为表现，课堂观察记录表如表2。

表2 前沿教学课堂观察情况记录表

教师课堂观察的结果与学生问卷反馈的情况基本一致，可见，教师采用灵活多样的方式将生物学前沿知识融入课堂教学中，不仅会提高生物课堂教学质量，一定程度上还会促进学生的生物学习和科学素养的形成。

六、小结与展望

虽然《课程改革纲要》和《课程标准》中均体现出前沿知识在课程教学中的重要价值，但并未提出明确具体的要求，这就为一线教师进行前沿教学提供了较大的想象和发挥空间[12]51。本文提出的前沿教学的实现路径，在教学实践中取得了良好的效果，虽然实践研究是针对初中生物课程展开的，但对其他学科和高中生物开展前沿教学仍可提供一定的参考。

前沿知识是一项重要的课程资源，课堂教学中融入前沿知识对于教师成长、学生发展、课堂教学等都具有十分重要的意义。一线教师在教学中可不断创新教学形式，挖掘和整合多样的前沿知识素材，探索行之有效的教学方式，将前沿知识恰当融入课堂教学中，力求在提高学生科学素养的同时，不断充实和完善自我，实现教学相长的良好效果。