生物课堂渗透科学创新教育的思考与实施策略

潘宝平，车未艾，关妍妍

当前，我国基础教育处于改革的关键时期，正在推行的《中学生物新课程标准》中要求学生不仅掌握生物学的科学知识，更需要了解科学发现的过程并培养其科学创新精神。近年来，国内学者设计出了许多卓有成效的课堂教学方法,引导学生体验科学家发现的历程，激发学生的科学探索精神。但是，由于目前国内中学普遍受到设备条件、师资水平、实验经费及学生课业负担等诸多条件的限制，使得真正的科学研究不可能在中学开展。如何培养出新一代科学创新人才，已成为当今国内基础教育和高等教育共同面临的重要问题。[1]

一、科学教育的核心内容

(一)形成科学共同体理念

科学教育的一个核心内容是建立科学共同体(science community)的理念。建构主义有关科学研究原形发展理论认为：“要区分模仿科学家的科学活动与真正的科学研究的差别，要使学生摆脱课堂中模拟‘实验室中的科学家’的错觉。因为科学研究活动并不是单个科学家在实验室中完成的认知发现，而是在一个科学共同体中推进的科学知识的不断完善过程。”[2](P100～108)建构主义还指出：“科学发现应该是一种高层次的大众建构过程，即每个研究者的成果都应该在这个共同体中公开，并且每个人又都受益于其他研究者的成果。并且不断在他人研究成果的基础上重新审视旧问题和提出新问题。”在这个共同体中每个研究者都要遵守公认的行为规范并维护共同的道德准则，其中，该公共知识空间可以是文献、教材、图书资料和网络科学信息等，而作为成员的每个学习者都应该将自己的想法或见解通过讨论、论坛等方式贡献到公共知识空间中。目前，在国内中学生物课的教学中，教师一般较为关注每个学生的参与度和探究过程，希望学生像生物学家那样研究生物，像物理学家那样研究物理等，即强调学习者的个人兴趣需要、技能发展和学习效果，而相对忽视了科学活动中的社交结构，尤其不重视公共知识空间资料的来源、资料的使用要求及每个人的行为规范等问题，长此以往则会偏离科学知识大众建构条件而形成不完整的科学教育。

(二)培养学生的问题意识

21世纪是生命科学高速发展的时期，更应该是高层次生物学人才辈出的时代。众所周知，科学发展的原动力是不断创新，而创新则来源于求异思维，需要科学家在已有的知识空间中提出新的问题或见解，进一步探索解决新问题的答案。国内学科教育专家曾经指出：“科学的一个重要特点是在自我更正的过程中积累。”[3]著名学者李政道在中国科大演讲时曾说：“最重要的是提出问题，否则，将来就做不了一流工作。”因此，早期培养学生独立思考并主动提出问题的意识是构建求异思维的基础，也是中学科学创新教育的重要任务之一。而能够提出合乎逻辑的问题不仅需要学生较完整地理解公共科学知识，更需要其具备重新审视传统理论的意识和胆识。目前国内一些中学课堂中，有相当一部分教师乐于设计一套“程序”，让学生“钻”进去。教师要提哪些问题都已定好，很少给学生留出一块自由的天空。课堂气氛虽然热热闹闹，但学生通常只能回答教师提出的问题，没有自己的思维活动空间。看似活跃，其实是由幕后操纵者来控制，学生无法表达自身的想法。[4]这种教学显然不能培养学生的科学创新能力。

(三)回归科学研究原型

生物学是实验性科学，其自身科学体系中的原理及定律均来自实验探索。因此，作为当前培养基础人才的中学生物实验教学必不可少，它不但能够让学生体会科学探究的过程，更重要的是使学生真正回归到自然本身去认识自然。然而，近年来随着现代教育技术在我国的快速发展，多媒体手段大大丰富了课堂教学的情境，使得教师很简捷地将科学发现历史的场景和典型的科学研究路径展现在课堂上。这种直观模拟通过空间和时间的穿越拉近了相关知识与学习者的距离，使复杂而漫长的科学历程清晰地回放在学习者的眼前，尤其对某些中学在实验条件下不能完成的实验，具有事半功倍的效果。但由此带来的问题也逐步呈现，许多教师为了简化课前准备或加快教学进度，以媒体展示来替代真实实验的现象比比皆是，甚至一些必修实验及课上的演示小实验也用课件完成，完全违背了生物学教学的基本属性。许多学者认为过度使用这些教学模拟不能真正展示出科学家艰辛的科研劳动，还会使学生形成错误的概念，把科学发展的艰难历程曲解为奇思妙想或偶然发现，不利于学生了解现实科学研究的艰苦和挫折。国内一些重点大学的教授甚至认为，作为理科杰出性人才的培养，有必要从中学阶段就开始进行真正地科研训练，让他们亲身接触各种实验以体验科学研究的过程。在中学得到基本培训后考入大学，随后走进教授的科研实验室，在导师的熏陶下学会真正地科研创新工作，为其今后成为学科拔尖人才提供坚实基础。

二、生物科学教育的实施策略

笔者通过比较国内外中学理科教学的过程，提出几点建设性的意见，旨在为一线生物教师提供科学创新训练的补偿性措施。

(一)训练创新潜质

教师在中学生物教学中，在保证课程知识内容学习的前提下，要把培养学生主动提出问题的意识摆在一个重要的位置。在课堂中至少要把握以下环节：首先，要善于创设民主宽松的课堂氛围，设置学生主动提出问题的情境，允许学生提出和保留个人见解。其次，要有足够的课堂讨论空间，教师的总结性语言也要留有一定开放性，不需要过度地进行结论性评价，因为科学发展也是在不断自我否定的。再次，教师要学会利用各种科学史料引导学生产生求异思维，不仅局限于课本的统一答案。只有让学生自己发现问题、学会思考问题、形成主动自觉的问题意识，才是培养学生创新品质的重要前提。

例如，在人教版高中《生物》(2)第3章《DNA是主要的遗传物质》的教学中，教师在引入艾弗里(O.Avery,1944)等的转化实验时，特别需要指出当时艾弗里提出的肺炎球菌转化因子实验，未能引起科学界的足够重视，因为许多人怀疑转化因子中起作用的是蛋白质，认为只是艾弗里当时的实验未能检测出来，使学生对实验产生潜在质疑；随后分析赫尔希与蔡斯(A.D.Hershey & M.Chase,1952)的噬菌体侵染实验，让学生通过观察噬菌体的增殖过程，逐步揭示DNA应该是主要的遗传物质，但教师在归纳问题时还要提出普鲁西纳(S.B.Prusiner,1982)提出的朊病毒(Prion)概念，因为该发现当时在生物界又引起了轩然大波，有许多人怀疑该病原物中应该还有遗传物质——核酸，只是普鲁西纳未能检测出来。这种异向质疑能够使学生体会到科学发展过程中的否定之否定规律[5](P161)，形成科学探索无止境的创新意识。

(二)了解科学规则

目前国内学校的学生一般在大学高年级甚至研究生学习阶段才接触到科学共同体的理念。如在科研选题、论文答辩、文章发表、基金申请、专利申报等时都要参考其他研究者的文献成果，并且都要接受同行专家的评议。这时学生方真正体会到科学领域要有自己的思想，同时必须接受同行的监督。有关科学共同体教育在国外中学(甚至小学)教学中已经出现，如国外中学每个学期需要学生有独立完成的专题报告、阶段小论文、研讨会发言等。其中各个环节均要求学生自行查阅参考资料，标注引用文献，阐述自己和别人的观点，提出个人的不同见解等，这些环节也是国内中学科学教育需要弥补的部分。因此，教师在组织中学生进行探究式学习过程中，不仅要关注每个学习者的探究活动，而且要有意识地逐步建构学生的科学知识共同体理念，搭建学生学习的交流空间，利用民主的课堂氛围让学生有机会公开自己的见解，并能够相互点评、置疑、改进、丰富和汇总，最好能延伸出新的科学问题，使学生在公共知识空间增长的同时得到自身知识增长。

另外，诚信是衡量一个社会文明与进步程度的重要标志[6](P1)，中学生正处在道德判断和行为规范形成的关键时期，因此，对中学生的科学道德意识的引导也是生物课堂教学需要贯彻的内容之一。

(三)强化实验教学

生物学作为实验性科学，在现行的中学生物教学中，除课程指定的必要实验外，有条件的学校可以增设一些反映现代生物技术的基础实验，如DNA的酶切与电泳观察、随机引物的PCR扩增、紫外分光光度计检验核酸等，这类实验有助于学生理解高中课本中抽象的微观知识。另外，一些随堂演示实验在教学中也经常起到事半功倍的作用。如初中生物《动物的运动》一节中进行鸡翅解剖，能够揭示动物肌肉间的拮抗作用及其与骨的连接方式；《绿色植物与生物圈水循环》一节用有色溶液培养菠菜、芹菜等植物，能够直接显示植物吸水、运输和蒸腾过程等，这些直观的实验演示是课堂语言不能替代的。

总之，中学生物教师要正确把握学科知识与能力教育和科学思想教育的相互关系，在生物课程的教学中将二者相互穿插并有机地结合在一起，在完成课程教学目标时要兼顾学生科学思维训练，教学中切勿疏漏科学规则教育，尽最大可能地开设实验，以培养出新世纪的生命科学创新型人才。

参考文献：

[1] 潘宝平，黄辉，闫春财等.生物学创新人才培养的理论与实践探索[J].高校生物学教学研究，2013(2).

[2] 高文，徐斌艳，吴刚.建构主义教育研究[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3] 刘恩山，夏晓烨，张海和等.中学生物学教学论(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4] 刘可翔.提出问题比解决问题更重要[J].山东教育科研，2002(7).

[5] 潘宝平，张富国.生物新课程与学科素质培养[M].北京：中国纺织出版社，2002.

[6] Francis L.Macrina.科研诚信(第3版)[M]. 北京：高等教育出版社，2011.