我国高中生物学科核心素养培养的实践探索

摘   要： 在高中生物学科核心素养的培养过程中，教师面临生命观念与学科概念的建立、科学探究与实践能力的培养、社会责任意识的培养等方面的挑战。通过分析美国《下一代科学标准》中的高中生物学科核心素养实践相关内容，该研究提出需要明晰生命观念与学科概念之间的纵向联系，构建学科概念分级网状联结图谱，在明确“实践”内涵的基础上完成“探究”向“实践”的转型，构建基于科学与社会间明晰概念关系的深度学习以促成社会责任意识培养等实践路径。

关键词： 高中生物；课程标准；核心素养；NGSS

一、研究背景

教育部于2018年1月正式发布了普通高中课程方案和课程标准。之后国务院办公厅在2019年6月印发《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》，明确要求普通高中“2022年前全面实施新课程、使用新教材”。自此，“双新”教育改革正式拉开序幕。落实“双新”课程教学的重点在于培养学生的学科核心素养。《普通高中生物学课程标准》（以下简称“新课标”）将生物学科核心素养界定为生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四项内容。1 在对高中生物学科核心素养培养的实践探索中，笔者总结出教师面临的一些主要挑战，并结合美国《下一代科学标准》（Next Generation Science Standards，以下简称“NGSS”）给予的一些启示，望与同行研讨。

二、高中生物学科核心素养培养的实践挑战

1.非显性的大概念与生命观念匹配

新课标将生命观念定义为“对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法”。概念是指人们在认知活动中，对事物的一般本质特点进行抽象化，并加以归纳总结而成的思维方式。而大概念则是一种更上位的，具备认识论与方法论作用的概念，是学科思想与具体内容的联结枢纽。1 新课标中共提及4个生命观念，并提出必修的4个大概念与选修的6个大概念。通过分析可以发现，不同大概念往往可体现出相同的生命观念，例如必修1的大概念1“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”与选择性必修1的大概念1“生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态”都体现了结构与功能观；必修1的大概念2“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”与选择性必修2的大概念2“生态系统中的各种成分相互影响，共同实现系统的物质循环、能量流动和信息传递，生态系统通过自我调节保持相对稳定的状态”，都体现了物质与能量观，而新课标中并未将二者建立起直观的匹配关系。同时，新课标中大概念的表述较长，内容量大，一个大概念往往体现多种生命观念思想，例如，选择性必修1的大概念1同时包含结构与功能观、稳态与平衡观；选择性必修2的大概念2同时包含进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观。概念是被严格界定的、清晰的，而生命观念是内隐的、抽象的2，所以用非显性的方式来体现大概念与生命观念之间的联结不利于培养生命观念。

2.隐含式的学科概念联结

从事实性知识到概念再到观念，是建立生命观念的一般过程，而对概念之间相互联系的理解是形成生命观念的前提。3 新课标以模块主题为框架，采用大概念、重要概念和次位概念三级概念体系来组织教学内容。次位概念是形成重要概念和大概念的基础，而重要概念是大概念內涵的具体描述。从文本描述看，新课标中不同主题下的大概念毫无交集，但对各大概念下的重要概念及次位概念进行分析后可以发现，部分主题仍包含相同的重要概念思想。例如，必修2的大概念4虽然与选择性必修2的大概念2看似完全不同，但进一步分析可以发现，后者包含重要概念2.1“不同种群的生物在长期适应环境和彼此相互适应的过程中形成动态的生物群落”，及次位概念2.1.6“不同群落中的生物具有与该群落环境相适应的形态结构、生理特征和分布特点”，而该重要概念及次位概念实质上与必修2中大概念4的重要概念4.2“适应是自然选择的结果”及次位概念4.2.3“自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境”相一致。生物学的不同主题往往蕴涵相同的学科概念思想，而新课标以模块主题作为内容框架时，未能直观地反映同一主题下相同概念的交叠，这种隐含式的学科概念联结不利于学生构建完整的学科概念网络和形成生命观念。

3.“探究”与“实践”概念不明确

新课标中同时存在“探究”与“实践”这两种表述，但就两者的概念及相互关系并未给出明确的说明。新课标将“科学探究”作为生物学科核心素养的第三项内容，并明确将“科学探究能力”定义为“能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力”。由此可见，科学探究的过程便是像科学家一样，通过对自然现象进行分析与解释，从而获得新的知识。但就“实践能力”的定义，新课标却语焉不详，只在介绍科学探究的内容中提及学生应在探究过程中提高实践能力。同时在新课标培养理念的第三点“教学过程重实践”中提出“本课程高度关注学生学习过程中的实践经历，强调学生学习的过程是主动参与的过程，让学生积极参与动手和动脑的活动”。由此可见，“实践”是达成教学目标的一种手段，而“实践能力”则是完成科学探究的能力之一，其内涵与“操作”相似。新课标文本中共出现3处“科学实践”，且均以“通过科学实践解决现实生活问题”这一表述出现。同时，新课标第53页学业质量描述的4-1中包含内容“能够将科学、技术、工程学和数学（STEM）知识和能力综合运用在实践活动中，解决生活中的实际问题”。由上述两点可见，“实践”指向的是基于真实情境的复杂问题解决，实践过程需要运用跨学科知识与能力，而非单纯的“操作”或是科学探究的某个环节与能力，而这一结论与之前的理解相矛盾。缺乏对“探究”与“实践”概念的统一认识会造成对“科学探究、科学实践、探究实践、探究能力、实践能力、探究活动、实践活动”等名词的混用，不利于学术交流与指导教学活动的设计，而这也势必会阻碍学科核心素养的培养。

4.科学与社会之间的概念关系不明晰

很多教师认为，在生物学科中落实社会责任的培养较为容易，因为其似乎天然编码于我们的学科基因中。在学习不同人体系统时，通过探讨不同疾病的发生机制，几乎所有学生都会自然而然地产生对健康文明生活方式的认可与崇尚，更会主动向家长及朋友传递有关知识与理念。在学习生态系统主题时，结合大家身边的现实案例，如雾霾问题等，学生迅速建立起了生态意识，认识到保护环境的重要性，从而认同与支持国家的相关政策法规。新课标将“社会责任”定义为“基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，做出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力”。由此可见，在学习生物知识的过程中，学生会自然地就个体行为和社会活动做出理性的解读与评判，但社会责任的培养绝不能流于赞同与复述观点。深度学习要求学习者构建完整的知识体系，并有效迁移、应用到真实问题的解决中，是促进教学目标达成的一种有效方式。实现深度学习的基础便在于学习者能够对复杂概念实现深度理解，对内在含义实现深度掌握，对知识信息实现深度加工。1如何真正培养学生解决社会生产、生活问题的担当和能力，其实很多一线教师没有明确的解决思路。因此，在教育实践中，科学与社会之间的概念关系较为模糊和笼统，这影响了深度学习的开展，也有碍社会责任培养的最终落实。

三、NGSS中的高中生物学科核心素养实践相关内容

1.学科概念的构建

美国NGSS对课程内容的介绍分别采用了学科核心概念与学习主题这两种不同的框架模式，前者便于师生构建完整的概念与知识体系，后者促进教科书编撰与教学组织。如表1所示，NGSS亦体现了明晰的概念分级体系，共提出4个学科核心概念，并进一步细化为多个子概念2，旨在使师生明晰核心概念的知识体系。而且，NGSS中每个学习主题所包含的核心概念与子概念存在重叠，呈现出一种清晰的网状联系。总结而言，NGSS构建了一个有结构、有组织、有联系的学科概念图谱（见表1）。

2.科学与工程实践能力的培养

基于美国《科学教育框架》1，NGSS将“科学与工程实践”作为首要的关键词列入标准中，直接取代了之前的“科学探究”，提出一个高质量的科学教育必须做到三个维度，即科学与工程实践、学科核心概念及跨学科概念的整合。NGSS明确提出8项科学与工程实践能力，即提出问题和定义问题，开发和使用模型，计划和开展调查，分析和解释数据，运用数学和计算思维，构建解释和设计解决方案，根据证据进行辩论，获取、评估和交流信息。围绕这8项科学与工程实践能力，NGSS针对每个学科核心概念提出了多个预期表现，以此评价学生的学习成果。“探究”与“实践”一脉相承，有很多相似之处，但也有很多不同，例如“实践”更关注具体的学生活动，兼具跨学科特性，且更有利于实现对学科知识与技能的内化等。但综合而言，实践活动的根本特点是基于真实情境的问题解决，过程体现工程素养。2 故而，NGSS还介绍了工程设计素养的3项主要内容，即定义问题、开发可能的解决方案、改进设计。

3.社会责任意识的培养

NGSS将科学、技术、社会及环境的联系作为重要的培养内容，并提出两个核心概念，即：（1）科学、工程与技术的相互依赖；（2）工程、技术与科学对社会及自然世界的影响。同时，NGSS进一步将这两个核心概念分解为多个子概念，对有关知识做出非常细致与全面的梳理（见表2）。

四、高中生物学科核心素养培养的实践路径

1.明晰生命觀念与学科概念之间的纵向联系

生命观念虽是隐性的、抽象的，但是可教可学。其教学需要做到显性地呈现生命观念的形成过程，注重循序渐进，关注概念之间的联系和观念的融合。新课标中未能直观呈现出大概念与生命观念的纵向联系，且大概念内容量大，往往包含多个生命观念，其实质上体现出了生命观念群的特点。在实践教学中，教师需要解析所有大概念所包含的生命观念，同时效仿NGSS的特点，梳理生命观念、大概念及重要概念之间的直观纵向联系。这样有助于建立明晰的教学培养步骤，并最终落实对生命观念的培养。

2.构建学科概念分级网状联结图谱

生命观念建立在相关概念网络的基础上，是学科概念充分发展的形式。教师可效仿NGSS，以锚定点重新梳理新课标中所有分级概念及关键事实的内容，明确体现概念之间纵向和横向的联系，构建指向生命观念的学科概念分级网状联结图谱。这样有助于在教学中实现跨单元、跨主题、跨教材及跨年级的概念联结，帮助学生理解生命本质，建立完整的知识与概念体系，并最终形成生命观念。

3.明确“实践”内涵，完成“探究”向“实践”的转型

新课标明确指出，生物学科核心素养是学生在解决真实情境中问题时所表现出来的价值观、必备品格与关键能力。这说明相较于以解释自然现象为目的的科学探究，旨在解决真实问题的科学实践更符合生物学科核心素养的培养要求。科学实践所描述的学生的活动，具有“重复行为使其熟练，深入学习使其成为习惯，应用知识使其达成目标”的含义1，能够帮助学生深入理解学科核心概念，锻炼和发展科学思维。鉴于教师缺乏对“探究”与“实践”的统一认识，而科学探究又不能完全匹配生物学科核心素养的培养要求，故而厘清“实践”内涵，使教学由“探究”向“实践”转型至关重要。教学中教师可以借鉴NGSS所构建的实践能力体系与工程设计要素，指导具体科学实践活动的设计、实施和评价，从而助力生物学科核心素养的落实。

4.厘清概念关系，以深度学习促成社会责任意识培养

深度学习要求学生能够构建起对科学、技术、工程、社会与环境之间概念关系的清晰认识，并将其内化于心，外践于行。在课堂教学中教师可以借鉴NGSS，将表2中的每一个子概念融入教学内容，并通过实际案例帮助学生建立直观理解，促进知识内化。培养社会责任意识仅靠课堂上的讨论与呼吁是远远不够的，在学生明晰概念知识后，教师便需要创设情境，给予学生对知识进行迁移与运用的机会。此时可在家庭与社区等非正式的学习环境中创设真实问题，引导学生进一步构建对科学、技术、工程、社会与环境之间概念关系的深刻认识，激发学生造福社会的使命感，达成社会责任意识的培养。

五、结语

生命观念是构建生命本质概念网络的线索，所以梳理出清晰而直观的、指向生命观念的概念图谱尤为重要。社会责任是科学思维与科学探究能力的具体行为表现，其实质指向的是解决实际问题的科学实践能力。生物学科核心素养的培养，要求教师明晰“实践”的概念与内涵，厘清科学与社会之间的概念关系，引导学生在真实情境中锻炼科学思维、跨学科思维与实践能力等，并最终实现所学知识与技能的外化，主动投身到造福社会的伟大事业中。新课标的提出建立在国内外生物学教育研究成果的基础上，而生物学科核心素养的内容更充分体现了生物学教学研究的前瞻性。方向决定道路，目标指引行动。一线教师需要勤学善思，坚持不懈地探索生物学科核心素养的培养路径。

Practical Exploration of Cultivating Core Literacy of High School Biology

— Based on Sino-US Biology Curriculum Standards Comparison

YAO Shenghua

（Shanghai High School， Shanghai， 200231）

Abstract： When the teachers cultivate the students core literacy of biology in high schools， they face such challenges as establishing life concepts and disciplinary ideas， cultivating scientific inquiry and practical abilities， and developing their awareness of social responsibility. With the analysis of relevant content of Next Generation Science Standards （NGSS）， this research has made the following proposals： clarifying the vertical relationship between life concepts and disciplinary ideas， building a hierarchical network of disciplinary ideas， accomplishing the transformation from “inquiry” to “practice” based on a clear understanding of the connotation of “practice”， and encouraging deeper learning to foster social responsibility based on clear conceptual relationships between science and society.

Key words： high school biology， curriculum standards， core literacy， NGSS

作者簡介：姚昇华，上海市上海中学一级教师，硕士，主要从事中学生物教学研究。

1  中华人民共和国教育部：《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》，人民教育出版社2020年版，第4-5页。

1  王喜斌：《学科“大概念”的内涵、意义及获取途径》，《教学与管理》2018年第24期，第86-88页。

2  谭永平：《生物学学科核心素养：内涵、外延与整体性》，《课程·教材·教法》2018年第8期，第86-91页。

3  谭永平：《发展学科核心素养——为何及如何建立生命观念》，《生物学教学》2017年第10期，第7-10页。

1  张浩，吴秀娟：《深度学习的内涵及认知理论基础探析》，《中国电化教育》2012年第10期，第7-11页，第21页。

2  National Research Council， Next Generation Science Standards： For States， by States， Washington， D.C.， America： National Academies Press， 2013， pp.103-116.

1  National Research Council， A Framework for K-12 Science eEducation： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas， Washington， D.C.， America： National Academies Press， 2012， p.29.

2  卢姗姗，毕华林：《从“科学探究”到“科学实践”——科学教育的观念转变》，《教育科学研究》2015年第1期，第65-70页。

1  Bybee R. W.， “Scientific and Engineering Practices in K-12 Classroom”， Science Teacher， Vol. 78， no. 9（2011）， pp.34-40.