指向科学本质的高中生物学教学探索

王丽

摘要：生物学科学素养的内涵之一是理解生物科学本质，现代科学本质观对科学知识、科学探究和科学事业进行了新的诠释。根据现代科学本质观，开展指向科学本质的生物学教学，构建科学本质教育的目标，实施融入科学本质的生物学教学策略，对于发展学生的生物学学科素养有着重要的作用。

关键词：科学本质；生物学；科学素养

中图分类号：G633.91 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2023）10-089-04

《普通高中生物学课程标准（2017年版，2022年修订）》（以下简称《课标》）教学与评价建议中明确提出，要注重生物科学史和科学本质的学习[1]。科学学科的学习需要逻辑思维，生物学也是如此。碎片式的知识学习难以帮助学生形成缜密的逻辑思维，无法培养学生的核心素养。指向科学本质的生物学教学，应让学生认识到生物学知识会随着研究的深入而深入。生物学研究需要依赖大量的观察和推论，生物学家采用基于实证的范式，创造性地开展工作。此外，科学的发展也会受到社会和文化的影响。教师应通过指向科学本质的生物学教学，引导学生更加深刻地认识科学知识产生的过程、主动地探究生物学有关的问题和理解与生物学有关的科学事业的本质。

一、科学本质的内涵

关于科学本质的内涵，可以从科学知识、科学探究和科学事业的本质三个方面分析。浙江师范大学蔡铁权等学者认为：科学知识是暂时的、可变的，具有持久性，科学知识经过不断的理论检验、修改、舍弃而趋于精确和真实；科学探究具有实证性、科学方法多元化等特征；科学事业的本质是指从事科学研究必须考虑伦理与道德原则，科学、技术和社会存在交互影响，科学家应该同时具备专家及公民的身份，能够利用科学思考的特性来解决公众事务[2]。

笔者认为，生物学科学本质能反映生物学知识的形成、生物学研究方法与过程、科学家研究生物学问题时所开展的创造活动以及生物学与社会的相互关系等，具有生物学本质观的人应该能够对生物学内在特性和外在表现进行解释。

二、指向科学本质的高中生物学教学的意义

科学是了解、认识世界的一种途径，培养学生生物学素养很重要的一个方面就是对科学本质的理解。在高中生物学教学中，加强对科学本质的理解，就是要实现从“知识本质观”到“探究本质观”的改变。指向科学本质的高中生物学教学，有助于引导学生从对科学理论的记忆转移到对科学方法的理解和运用上，培养学生的创新思维和批判精神，提升学习科学的能力。

（一）提升学生对科学本质的理解

高中生物学教学存在着一个不容忽视的现象，即学生学了三年生物学后，学到了很多的生物学知识，进行了大量的解题训练，掌握了一些基本的实验技能和科学研究的方法，然而似乎没有理解什么是科学，科学是怎么产生的。生物学作为科学课程之一，教学中必须提高学生对科学本质的理解，即生物学知识的形成需要证据判定。科学家为了获取证据，制造并利用显微镜等仪器，通过大量的观察、分析，获得丰富的证据；一个科学原理的诞生，可能是从古至今多位科学家进行反复质疑、理性辩论、实验验证、修正完善的结果。

（二）培养学生的生物学学科素养

生物学探究活动源于实践。布鲁纳倡导发现学习，主张学生像科学家那样去探究。施瓦布建立“实践课程范式”，强调课程不是脱离实践的理论知识，要以实践为最终旨归。指向科学本质的生物学教学，应该从知识学习升华至探究实践，不仅要获得细胞、遗传、进化等生物学方面的知识，还应该习得“关于自然科学的知识”。教学应遵从学生认知发展的逻辑，基于真实情境，突出问题探究，加强过程实践，寻找可靠证据，得出合理结论，让学科探究活动真实发生。教师可以向学生呈现生物学科学史，引导学生构建概念，引领学生科学探究，激发学生寻找证据，鼓励学生尝试建构模型，倡导合作学习等，为学生将来进行科学研究或者能基于科学的视角去学习和工作打下基础。

三、指向科学本质的高中生物学教学实践

在指向科学本质的高中生物学教学中，可把科学史等有关内容引入科学教育，促进学生对科学本质的理解，培养科学精神和创新能力；运用探究教学法，引导学生主动研究自然现象，自主构建科学概念，发展探究能力等；引导学生认同科学的认知过程需要搜集证据资料，提升思辨能力；组织学生有效合作，增强学生团队意识，鼓励学生交流和表达、批判，培育学生的生物学素养。

（一）关注科学史，培养科学本质观

生物科学史中涵盖了科学方法，呈现了生物科学研究的过程，体现了科学家探索的精神，对培养学生的科学思维具有重要的意义。在高中生物学教学的过程中，学生通过搜集和查阅与本节教学内容相关的生物科学史资料，厘清科学发展的顺序以及观点之间的邏辑关系，不但可以学习科学知识，还能了解科学本质。

例如，在学习“细胞质膜将细胞与外界环境分开”的内容时，科学家对细胞质膜成分和结构探索的科学史是体现科学本质观较好的教学材料。欧文顿根据500多种化学物质对细胞通透性的实验现象，推测细胞质膜的主要组成成分；1925年戈特和格伦德尔根据脂质在水面上铺展的面积与红细胞表面积的关系，推论出“细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层”。科学家在前人实验证据的基础上逐步完善对生物膜成分和结构的认识，不断提出假说，进行实验，提出质疑，再进行探究，以获得科学团体的普遍认可。从科学史中体会到各种科学家的实验历程，可以帮助学生了解：科学知识发生了什么改变？什么时候发生改变？在什么背景下发生改变？科学家如何解决过程中出现的问题？从而让学生了解科学知识是如何形成的。

（二）重视科学探究，充分理解科学本质

科学探究是科学工作的核心和基本范式。高中生物学的理论知识大多建立在科学探究和实验的基础上，并且与实际生活联系密切。在高中生物学教学中，针对高中生的动手和动脑能力都比较强的情况，教师要尽可能地为学生提供多种探究机会，让学生亲身经历收集资料、整理分析，最终得到完整解释的过程。鼓励学生积极进行实验探究，是指向科学本质教学的较好的策略。

例如，关于“基因突变”一节的教学，教师提出“基因突变一定会引起生物性状的改变吗？”教师呈现资料：血红蛋白在红细胞中起着运输氧气的重要作用，下列是与血红蛋白合成相关的基因中的一段序列（-GGGCTTCTTTTT-）（如图1），利用软磁铁模型构建，探究基因发生下列变化以后，血红蛋白会发生怎样的变化？1.根据上述提供的DNA序列，用标有碱基和氨基酸的软磁贴将转录和翻译的相关过程在黑板上展示出来；2.将给出的这段DNA序列中的6号位点的A-T碱基对替换成 G-C 碱基对，并对替换后的DNA序列进行转录和翻译，用碱基和氨基酸的磁贴在黑板上展示出来；3.给出的这段DNA序列中的5号位点的A-T碱基对替换成T-A碱基对后，对替换后的DNA序列进行转录和翻译，并用碱基和氨基酸的磁贴在黑板上展示出来；4.给出的这段DNA序列中的4号位点的G-C碱基对被T-A碱基对替换后，氨基酸序列会受到怎样的影响呢？5.如果以上DNA序列缺失1个或3个碱基对，对缺失后的DNA进行转录和翻译，氨基酸序列会发生怎样的改变？6.如果以上DNA序列增添1个或3个碱基对，对增添后的DNA进行转录和翻译，氨基酸序列会发生怎样的改变？

上述探究活动针对的问题是“同种物质多种变化所导致的结果是否一样”，结论反映了科学知识不是一成不变的。这样的教学，使学生对基因突变相关知识的掌握不断深入和完善，是科学本质渗透的有力途径。

（三）积极寻找证据，力求科学解释

科学解释的形成基于对所收集到的数据与已有知识的综合[3]。高中生物学教学中采用论证式教学的基本形式，让学生参与论证的过程，有利于强化学生的科学本质观，增强学生对科学本质的理解。

例如，科学家们针对“基因在哪里？”这一科学议题，收集各种相关的证据，利用科学的方法做出假设、解释、实验，最终得到“基因位于染色体上”这一被普遍认可的结论。科学家们尊重科学事实、敢于质疑，在彼此思维共享与交锋的过程中，不断修正、完善科学知识，其中萨顿的假说、摩尔根的果蝇杂交实验最为经典。对“基因位于染色体上”这一节的教学内容，可以采用如下的论证式教学模式（如图2）。

没有一成不变的结论，也没有一成不变的科学方法。科学家在从事科学探究的过程中，不断质疑，不断寻找新的证据。通过论证式教学，经过有目的地寻找、有逻辑地整理和分析后，才能形成完整的科学解释，得到令人信服的推测或结论。在此教学中，教师引导学生理解科学知识的形成是基于实证的，以促进学生对科学本质的理解。

（四）开展合作学习，协作完成任务

科学作为人类的重要事业，受到人类社会、文化、伦理、道德等多方面的影响，科研工作需要团队合作。现代科学本质观认为科学知识需要由科学共同体来确认。为培养学生的合作能力，在高中生物教学中适时开展合作学习必不可少。

例如，在进行“生态系统的能量流动”的教学时，可将学生分成4人1组，分别对1条含有4个营养级的食物链中的能量流动情况进行分析。每组在卡纸上用文字和箭头的方式绘制出各个营养级能量的输入、传递、转化、散失情况。小组分析结束后，再进行小组之间的交换，完成小组之间的评价和完善。比如第一小组原来分析的是第一营养级，接下来可以评价第二小组对第二营养级的分析是否合理，从而进行组间的交流和完善。最后各组将任务完成情况进行交流和展示，教师进行点评和完善，将各组相应的营养级分析图在大黑板上展示出来，呈现完整的生态系统的能量流动过程。构建学生之間的互动教学模式，能够使学生既关注自己的思考，也关注他人的思考，取长补短，相互纠正，形成认同，为将来从事科学事业打下良好的基础。

指向科学本质的教学对学生了解科学知识形成的过程、承认科学的客观性、掌握科学方法、培养科学思维等方面都有很好的促进作用。教师对科学本质教学观念理解的程度将直接影响生物学学科的教学效果。科学本质教学方法研究不应仅仅停留在理论探讨层面，而应向教学实践的层面不断迈进。

参考文献：

[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）[M].北京：人民教育出版社，2020：11.

[2]蔡铁权，陈丽华.体现科学本质的科学教学[J].全球教育展望，2012（10）：85.

[3]刘恩山.中学生物学教学论[M].北京：高等教育出版社，2020：27.

责任编辑：赵赟