论生物学能力结构与培养

各学科教学是否有效关键在于能否形成学生的各种学科能力，但能力并不是空洞的，总是要与特定的认知或者特定的活动联系在一起，其中一种显著的表现，就是和学科教学相联系，构成学生的学科能力。笔者把生物学能力概括为12种，按照各种能力的要求层次不同，分为基础、核心与高级能力三个层次。当然各种生物学科能力之间并不是独立的，而是相互关联，相辅相成，共同构成生物学能力结构体系，具体如图1。

一、 生物学基础能力

观察、识图、获取与处理信息，是人们了解生命现象、获取生物学知识的基本途径；语言表达和绘图是表达生物学观点的基本方法。观察在生物学研究上具有重大作用，如荷兰科学家列文·虎克用显微镜观察一滴池塘水，发现了微生物世界；英国胡克受列文·虎克的启示在显微镜下观察软木切片，发现了细胞；奥地利生物学家孟德尔观察杂交豌豆后代的性状，发现了遗传规律；达尔文在五年环球考察中，积累了丰富的动植物及大自然的观察资料，编写了《物种起源》。观察能力的培养可以从两方面着手：一是选择正确的观察方法，例如，对植物根尖的观察，先用肉眼观察幼根，根据颜色和透明程度区分根尖的四部分，然后再用放大镜观察根尖的根毛，最后用显微镜观察根尖的纵切片，认识根尖各区的细胞特点；二是训练良好的观察品质，观察品质是智能品质在观察活动中的具体体现，主要包括深刻性、灵活性、批判性、敏捷性、独创性。这些品质是衡量科学观察能力高低的重要标志，训练观察品质是培养科学观察能力的突破口。

近年来高考试题中文字说明类、实验设计类题目的增加，对生物学语言能力提出了更高的要求。在历年高考结束后，许多考生估分与实际分数总是出现较大的偏差，从阅卷中发现，主要由于这部分学生的语言表达能力薄弱，乃至缺失所致。主要表现在不知如何使用生物学术语表达，或者表达不规范。培养生物学语言表达能力的主要途径有：（1）精确地记忆“生物学术语”。例如“神经中枢”和“中枢神经”，“胚囊”和“囊胚”，文字位置不同，所表达的意思截然不同；“生长素”与“生长激素”相差一个字，但两者的化学本质、功能却是完全不同。（2）准确地表达“生物学知识”。如酶的概念包括三层含义：① 酶的产生部位（活细胞）；② 酶的作用（生物催化作用）；③ 酶的化学本质是有机物（蛋白质或RNA）。（3）学会运用“生物学语言思维”。生物学语言思维是以生物学语言为工具，运用逻辑形式进行思维活动。

生物图片能够形象、具体、程序地展示生物体形状、生命现象、生理过程和活动规律等，具有文字描述难以达到的效果。那么，如何提高识图能力呢？首先要掌握正确的识图方法，不同的生物图片，识图的要求不同，比如生物结构图，识图时一般从外到内、从整体到局部、从宏观到微观；对于生理图解，要关注生理过程的起点、过程、终点，反应底物、生成产物、反应条件、影响因素等；对于曲线图，不仅要关注坐标图的横坐标、纵坐标的含义及单位，而且还要关注曲线的变化规律及其条件因素等；对于遗传图解，不仅要关注交配方式、亲子代、基因型、表现型及比例等，而且要弄清相关过程的原理等等。绘图是学习生物学的一项基本技能。绘制简图的一般步骤是：（1）认真仔细观察；（2）图位布局合理；（3）勾画轮廓；（4）加工落实整个图形；（5）统一标注名称，正下方还要写出放大倍数；（6）整理清洁画面。获取与处理信息能力是培养学生自主学习能力的第一步，我们要学会从课外材料中获取相关的生物学信息，从对科学、技术和社会发展产生重大影响的生物学新进展中获取信息，从生物科学发展史中获取信息。

二、生物学核心能力

生物学实验能力划分为三个要素：基本实验方法与技能、验证与探究实验能力和评价实验能力。这三个要素之间层层递进，相辅相成，互相影响，共同构成实验能力。（1）基本实验方法与技能。高中生物学的基本实验方法有显微镜观察法、同位素标记示踪法、对照实验法、杂交实验法、模拟实验法、纸层析法、比色法等。实验技能包括仪器的操作、搜集数据、条件控制、观察、调查、绘图等，主要有显微镜使用的基本技术、临时装片的制作、恒温技术、研磨与过滤技术、无关变量控制、生物绘图等。（2）验证与探究实验能力。中学生物教学中常把验证前人或他人的理论或实践称为验证性实验，验证自己提出的理论或假说称为探究性实验。（3）评价实验能力。对于实验设计方案的评价，应该从实验名称、实验目的、实验原理、实验对象、实验条件、实验材料、用具装置、实验步骤、实验现象、实验结果的假设和预期、实验结果的分析与讨论等角度展开评价；对实验操作技能的评价，首先需要设计实验操作检核表等工具，列出需要检核的项目及操作行为要点，然后，观察同伴实验的操作或自我实验行为进行评价，并予以记录。例如，设计观察叶绿体实验操作检核表，对他人或自己的实验操作进行评价，如表1。

发展探究能力就是教给学生自主探索自然界和现实生活中科学问题的方法和技能。探究过程一般都包括：提出问题、做出假设（猜想）、制订计划、实施计划、得出结论、交流和表达。根据探究活动的难易程度以及学生参与程度的不同，一些学者将探究活动分成不同的层次，如表2。其中“0”层次探究活动，就是我们通常所说的验证性实验，“6”层次属于最高级别的探究，即完全探究（或全程探究），“0—6”层次之间属于不同层次的中间探究活动。

表2：探究活动的层次[1]

注：“+”表示活动设计中已提供，“—”表示设计活动未提供需学生完成

生物学思维能力是所有生物学能力的核心。生物学科特色的思维主要有三种：一是类比推理，如细胞学说的建立、渗透作用、生物体如何维持pH稳定、推断基因在染色体上的过程、DNA的双螺旋结构、兴奋的传导和基因工程及应用等都在相关的科学研究的过程中运用了类比推理。二是假说演绎，假说的形成主要依靠猜测和论证，如生命起源各种假说。三是系统分析，如生物膜系统、生态系统等。

理解能力的核心是思维能力，根据考试大纲对理解能力的界定，理解能力体系主要包含三个基本组成要素：识记理解、重述理解和运用理解。而识记理解、重述理解和运用理解这三个要素既是递进又是包含关系，比如高考在考查运用理解的同时，实际上也考查了识记理解和重述理解的能力。一般来说，能力要求分类是按照其考查的最高能力来划分的。生物学理解能力的培养主要从三个方面着手：一是理解所学生物学知识的要点（包括内涵、外延、使用条件等），把握知识间的内在联系，利用概念图等技术形成知识的网络结构。二是学会用文字、图表以及数学方式等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容，学会文字、图、表之间的信息转换。三是学会运用所学的生物学知识与观点，通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理，做出合理的判断或得出正确的结论。

三、生物学高级能力

模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。按照呈现形式不同，生物模型的分类可以概括如图2。

课程标准[2]很重视模型和模型方法，教材中许多生物学的形态结构、生理过程、原理定律都以模型方式呈现，而且要求学生进行一些生物模型的建构活动，如要求“制作DNA双螺旋结构模型”“设计并制作生态瓶”等。建模是在问题情境中形成实体、符号或抽象表征的过程或产物。生物建模过程实际上是一种创造性的脑力劳动过程，观察和实验是构造生物模型的基础，抽象分析和形象想象是构造生物模型的基本手段。综合运用能力是将各种学习获得能力进行综合运用，根据综合运用能力所处的学科位置可以将其划分为学科内综合能力、学科间综合能力。学科内综合能力可以是模块内的，也可以是模块间的综合。学科间综合能力就是结合化学、物理、数学等理科学科的知识解决生物学问题能力。欲提升综合运用能力，首先需要建构网络化的知识结构；其次需要在生产、生活实际问题中把握事物的本质，检索出解决实际问题的相关知识和办法；还有在解决问题时，要对事物的认识综合、全面和深刻，思维条理清晰、流畅，推理过程严密，判断准确。生物实践活动主要包括观察测量、栽培、饲养、动手制作、调查研究、参观实习、探究活动、实验研究等活动，它们具有较强的操作性、实践性、探究性、创新性、开放性、趣味性等特点。根据生物实践活动项目和活动领域大致可以将它划分为四个类型：主题探究类研究性学习、实际应用的设计性活动、以社会考察为主的体验性学习活动、社会参与的实践性学习活动。这些活动既可以在课堂中进行，也可以在课外开展。创新能力对高中生而言，最关键的是突出科学批评精神和创新思维品质的培养。例如，在学习细胞结构与功能时，课本提供的只有一种细胞亚显微结构模型，其实我们在观测微观生命活动时，不能同时观测到相应的结构，而能观测到的结构都是死的，这就是生物学中的测不准原理。提出这类问题，对我们的理性思维很有好处，除了提高科学批评精神，还能提高科学评价能力。又如，传统的生物学认识模式以归纳为主，生物学的许多概念都是实物概念，如细胞、器官、动物、植物、微生物、病毒等，它们都是通过归纳从实物中抽象出来，由此形成的一种传统的观点：人们只有通过观察和实验才能认识生命现象，然后归纳才能得出生命活动的规律。然而，现代生物学的发展，从孟德尔的遗传因子假说到摩尔根的基因论，从薛定谔关于遗传密码的假说到分子遗传学中心法则的建立，无不证明了“假说检验”这种科学认识模式的价值。现在我们知道，科学研究不是从观察开始，而是从问题开始的，这就是创新思维。

参考文献：

[1] 缪仁票.论高中生物学概念教学[J].课程·教材·教法，2006（11）：70.

[2] 刘恩山.普通高中生物课程标准（实验）解读[M]. 南京：江苏教育出版社，2003：73.

三、生物学高级能力

模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。按照呈现形式不同，生物模型的分类可以概括如图2。

课程标准[2]很重视模型和模型方法，教材中许多生物学的形态结构、生理过程、原理定律都以模型方式呈现，而且要求学生进行一些生物模型的建构活动，如要求“制作DNA双螺旋结构模型”“设计并制作生态瓶”等。建模是在问题情境中形成实体、符号或抽象表征的过程或产物。生物建模过程实际上是一种创造性的脑力劳动过程，观察和实验是构造生物模型的基础，抽象分析和形象想象是构造生物模型的基本手段。综合运用能力是将各种学习获得能力进行综合运用，根据综合运用能力所处的学科位置可以将其划分为学科内综合能力、学科间综合能力。学科内综合能力可以是模块内的，也可以是模块间的综合。学科间综合能力就是结合化学、物理、数学等理科学科的知识解决生物学问题能力。欲提升综合运用能力，首先需要建构网络化的知识结构；其次需要在生产、生活实际问题中把握事物的本质，检索出解决实际问题的相关知识和办法；还有在解决问题时，要对事物的认识综合、全面和深刻，思维条理清晰、流畅，推理过程严密，判断准确。生物实践活动主要包括观察测量、栽培、饲养、动手制作、调查研究、参观实习、探究活动、实验研究等活动，它们具有较强的操作性、实践性、探究性、创新性、开放性、趣味性等特点。根据生物实践活动项目和活动领域大致可以将它划分为四个类型：主题探究类研究性学习、实际应用的设计性活动、以社会考察为主的体验性学习活动、社会参与的实践性学习活动。这些活动既可以在课堂中进行，也可以在课外开展。创新能力对高中生而言，最关键的是突出科学批评精神和创新思维品质的培养。例如，在学习细胞结构与功能时，课本提供的只有一种细胞亚显微结构模型，其实我们在观测微观生命活动时，不能同时观测到相应的结构，而能观测到的结构都是死的，这就是生物学中的测不准原理。提出这类问题，对我们的理性思维很有好处，除了提高科学批评精神，还能提高科学评价能力。又如，传统的生物学认识模式以归纳为主，生物学的许多概念都是实物概念，如细胞、器官、动物、植物、微生物、病毒等，它们都是通过归纳从实物中抽象出来，由此形成的一种传统的观点：人们只有通过观察和实验才能认识生命现象，然后归纳才能得出生命活动的规律。然而，现代生物学的发展，从孟德尔的遗传因子假说到摩尔根的基因论，从薛定谔关于遗传密码的假说到分子遗传学中心法则的建立，无不证明了“假说检验”这种科学认识模式的价值。现在我们知道，科学研究不是从观察开始，而是从问题开始的，这就是创新思维。

参考文献：

[1] 缪仁票.论高中生物学概念教学[J].课程·教材·教法，2006（11）：70.

[2] 刘恩山.普通高中生物课程标准（实验）解读[M]. 南京：江苏教育出版社，2003：73.

三、生物学高级能力

模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。按照呈现形式不同，生物模型的分类可以概括如图2。

课程标准[2]很重视模型和模型方法，教材中许多生物学的形态结构、生理过程、原理定律都以模型方式呈现，而且要求学生进行一些生物模型的建构活动，如要求“制作DNA双螺旋结构模型”“设计并制作生态瓶”等。建模是在问题情境中形成实体、符号或抽象表征的过程或产物。生物建模过程实际上是一种创造性的脑力劳动过程，观察和实验是构造生物模型的基础，抽象分析和形象想象是构造生物模型的基本手段。综合运用能力是将各种学习获得能力进行综合运用，根据综合运用能力所处的学科位置可以将其划分为学科内综合能力、学科间综合能力。学科内综合能力可以是模块内的，也可以是模块间的综合。学科间综合能力就是结合化学、物理、数学等理科学科的知识解决生物学问题能力。欲提升综合运用能力，首先需要建构网络化的知识结构；其次需要在生产、生活实际问题中把握事物的本质，检索出解决实际问题的相关知识和办法；还有在解决问题时，要对事物的认识综合、全面和深刻，思维条理清晰、流畅，推理过程严密，判断准确。生物实践活动主要包括观察测量、栽培、饲养、动手制作、调查研究、参观实习、探究活动、实验研究等活动，它们具有较强的操作性、实践性、探究性、创新性、开放性、趣味性等特点。根据生物实践活动项目和活动领域大致可以将它划分为四个类型：主题探究类研究性学习、实际应用的设计性活动、以社会考察为主的体验性学习活动、社会参与的实践性学习活动。这些活动既可以在课堂中进行，也可以在课外开展。创新能力对高中生而言，最关键的是突出科学批评精神和创新思维品质的培养。例如，在学习细胞结构与功能时，课本提供的只有一种细胞亚显微结构模型，其实我们在观测微观生命活动时，不能同时观测到相应的结构，而能观测到的结构都是死的，这就是生物学中的测不准原理。提出这类问题，对我们的理性思维很有好处，除了提高科学批评精神，还能提高科学评价能力。又如，传统的生物学认识模式以归纳为主，生物学的许多概念都是实物概念，如细胞、器官、动物、植物、微生物、病毒等，它们都是通过归纳从实物中抽象出来，由此形成的一种传统的观点：人们只有通过观察和实验才能认识生命现象，然后归纳才能得出生命活动的规律。然而，现代生物学的发展，从孟德尔的遗传因子假说到摩尔根的基因论，从薛定谔关于遗传密码的假说到分子遗传学中心法则的建立，无不证明了“假说检验”这种科学认识模式的价值。现在我们知道，科学研究不是从观察开始，而是从问题开始的，这就是创新思维。

参考文献：

[1] 缪仁票.论高中生物学概念教学[J].课程·教材·教法，2006（11）：70.

[2] 刘恩山.普通高中生物课程标准（实验）解读[M]. 南京：江苏教育出版社，2003：73.