指向科学本质大概念的中学生物学教学策略分析

朱 俊 丁奕然

(1 江苏省奔牛高级中学 常州 213131； 2 东北师范大学教育学部 长春 130024)

新版高中生物学课程标准所述“内容聚焦大概念”的理念，是目前国际科学教育研究的热点。一个大概念一般包含了若干个主要概念与次位概念，依据大概念生成“层层递进、逐步进阶”的逻辑理路进行教学，将有利于学生所学知识的整合与提炼，进而形成科学观念并生成学科核心素养。目前，国际公认的科学教育大概念有14个，包含了10个科学知识的大概念与4个科学本质的大概念[1]。其中，10个科学知识的大概念中有4个与生命科学有关，这4个大概念已成为新版高中生物学课程标准中必修部分的4个核心概念，自然成为目前生物学教学的研究热点。相较之下，有助于学生形成生命科学的研究逻辑、哲学观念与社会责任的科学本质大概念研究却极少有人涉及。

科学本质的4个大概念不是孤立片面的表象，而是有机联动的整体构象。其中，“科学是在究其所以，或是发现自然现象的原因”是从科学研究的目的性出发，说明了蕴含其中观察科学世界，并用自身话语体系解释科学现象的维度。“科学上的解释、理论和模型都是在特定的时期内与可获得的实证最为吻合的”是从科学研究的条件性出发，说明了蕴含其中审辩科学解释，并用逻辑递推思考实证科学发现的维度。“将科学研究中得到的知识运用于工程和技术，以创造服务于人类的产品”是从科学研究的价值性出发，说明了蕴含其中应用科学规律，并用劳动实践转化生产科技产品的维度。“科学的运用常常会对伦理、社会、经济和政治产生影响”则是从科学研究的人文性出发，说明了蕴含其中把握科学伦理，并用道德原则具身体验科技双刃的维度。可见，科学本质大概念从4个维度全方位、立体化地阐释了科学教育应当形成的科学观念。而本文研究旨在探讨生物学教学中如何渗透科学本质大概念的4个维度，以帮助学生逐步理解、尊重、敬畏并合理利用生命世界。

1 现象探究再归纳——梳理观察解释之维

对生命现象进行系统、详尽地观察是人类认识与了解自然界的首要条件。在完成这一过程后，人们往往会产生疑问： 是什么原因导致了该现象的发生。此时，如何解释生命现象就显得至关重要了。科学本质大概念的首条指出： 大多数的自然现象都不可能仅从一个角度去阐释表达，而且往往很多现象不一定能直接通过实验探究或观察推理进行解释，这时候需要尽可能地找寻相关的事实案例与客观现象，综合阐明各因素导致自然现象发生的原因。想要在生物学教学中达成这一目标，教师既不应该直接告诉学生结论，也不能仅仅让学生分析个别现象进行解释，而应当将相关现象的因素探究放到一起进行归纳，深入分析梳理从而达成真正意义上“究其所以”的观察解释。其实，当全部事实探究与提供的解释相互印证，且学生能在此基础上进行归纳梳理之时，也才能真正深入学科知识的本质内涵[2]。

例如，在高中生物学教材(必修1)“影响光合作用的条件”一节教学时，很多教师在教学中常常直接告诉学生结论，或由先前探究发现的光合作用过程进行分析，加以说明其中的多个影响因素。该过程是从知识到知识的思考过程，没有经历“现象探究——解释说明”的探究过程，也就无法让学生品读到科学是究其所以、发现原因的过程。在实际教学中，可以先给出阳生植物往往比阴生植物高大，低海拔地区的植物往往比高海拔地区的植物高大，施肥多的植物往往比施肥少的农作物长得更快等一些文字、图片或视频资料，让学生从不同的角度解释这些现象。之后，通过教师引导，学生明白有机物的积累是光合作用的最终表现之一，而刚才给出的众多自然现象指向了光强、温度与肥料等不同的因素。最后，再让学生归纳总结形成对影响光合作用条件的综合认识。

该教学方式尽可能地将相关的自然现象收集齐全，通过现象探究后再归纳，去梳理并得出较为正确、全面且合理的解释，从而启发学生对学科本质的感悟。

2 科学史料巧介入——品悟审辩实证之维

科学现象的解释往往仅在一定条件下或一定时期内十分合理，而当新的现象发现或无法解释之时，往往科学家就要去审视、思辩该解释的合理性与有效性，从而去完善、修正乃至重构更为普适与先进的科学理论。而科学本质大概念的第二条正说明了任何的科学理论都是在一定时期、范围与条件下才是有效的。因为，任何科学理论的解释说明不是数据、现象的自动呈现，而是基于人为理性、直觉与预测的相关解释，多在每一个人通过逻辑推理、实验检验或模型拟合等实证范式基础上不断丰盈、更迭的。之前的研究中已然表明： 科学史料的巧妙介入对于学生的科学思维提升与科学精神培育有着不可替代的作用[3]。因而，在生物学教学中应当以科学史的动态变化，让学生跟随科学家的脚步去审辩科学中难以解释的现象，以理解科学理论生成的实证范式和其固有的有限性。

例如，在高中生物学教材(必修3)“激素调节”一节教学时发现，较多教师对于“促胰液素发现”的科学史是简单讲解，告知学生沃泰默与促胰液素发现的失之交臂，告诫学生在生物学的研究中不能囿于定式。该过程仅让学生了解了表象答案，并没有让其深入理解科学本质所在。其实，教师可先将沃泰默的实验过程制作成Flash，让学生随着沃泰默的探究过程理解其是循着前人“神经调节刺激胰液分泌”的假设进行研究，采用稀盐酸刺激并加之是否切除通向小肠神经的方法控制变量，期望以实验探究的方式证明神经调节在胰液分泌中发挥的作用。教师可带领学生思考沃泰默为何不相信自己的研究结果，且认为是“顽固的神经反射”这一问题，进而告诉他们由于当时的科学理论无法解释该现象，而其又不相信自身的实验结果，才与激素调节的发现擦肩而过。最后，教师应当让学生总结提炼出沃泰默没有成功的原因： 其既没有审辩该现象与已有理论间的冲突，更没有提出全面的解释加以实证说明。

通过此类教学过程可明确科学史料不能仅是摆在课堂上，而需要巧妙介入并深挖科学史，让学生学会像科学家一样思考去品悟科学本质的审辩实证之维。

3 情境迁移处内化——理解生产应用之维

科学知识应用于生产生活的具体实践，会帮助人类创造技术产品并更好地服务于人们的生活。科学本质大概念的第三条就指出： 科学、技术与工程三者之间存在紧密联系，有些领域中科学会优先于技术发展，而另一些领域中技术也可能优先于科学发展。试想如果没有科学知识的充盈丰沛，又怎能指导人们设计出更好的技术结构；同样，没有技术革新带来的硬件设备升级换代，也不可能会出现科学中的巨大发现。两者相辅相成、共同进步。而工程学的实践则让两者能够批量、迅速地为人们生产出更多优质、符合人们生活应用所需的商品。若想在生物学教学中让学生理解生产应用的这一维度，情境教学不失为是一种有效的方法。情境教学因其在激发学生兴趣、关联现实生活中具有独特优势，而备受中学教师的青睐与实践[3]。在具体教学中可用情境的迁移，让学生在了解科学技术原理的基础上，内化理解其为人类物质文明进步注入的强大动力。

例如，在“诱变育种”一节教学时，教师可摆脱原有对青霉素生产“单纯讲授、一带而过”的常态。可使用青霉素发现与使用的科学小故事作为先行组织者材料，进行多次情境迁移帮助学生理解科学本质的生产应用之维。首先，告诉学生我国古人利用酱上的青色霉菌涂在伤口上以防感染；其次，用一小则短视频介绍一下弗莱明发现青霉素的过程；再则，让学生阅读教材上诱变育种批量生产青霉素的内容；最后，再让学生了解因青霉素过敏反应频发，继而让人们去开发新的抗生素。这使学生从土方法(技术)的应用情境，转移至抗生素的科学知识发现情境，从科学方法的进步促进工业生产的情境，迁移至技术中存在不良影响需要投入研发的情境。

通过一系列的情境迁移，让学生深刻地理解了科学与技术的相互促进、和谐共融以及两者与工程应用的交织，从而深入内化吸收科学本质的生产应用之维，明确其在人类社会进步的巨大作用。

4 两难空间中具身——体验伦理道德之维

科学技术的进步往往在给人类带来幸福生活的同时，也同样对政治经济、生态环境与伦理道德带来了许多弊端。正因如此，国际科学教育界近年来对科学技术导致的社会性议题教学与研究也日渐关注，该议题的存在往往让人类陷入了科技发展与生态伦理的两难空间的抉择。科学本质大概念的最后一条，则说明科技进步带来了资源消耗、生态竞争与触碰伦理等情况，面对这一情况如何做出科学决策至关重要。而科学决策的评价标准并不是科学技术知识的先进与否，而是伦理道德是否符合标准。在生物学教学中，不妨让两难空间进入课堂，让学生通过具身的体验决策，从真正意义上理解这一大概念的伦理道德之维。其实，两难空间不仅让人们看到了冲突，还看到了主体与其他利益相关者之间的相互关系、权力协商与自我定位，有助于人们思考个体行动的复杂性[4]。

例如，在高中生物学教材(选修3)“设计试管婴儿”一节教学时，给学生设置如下的一个两难空间让其进行选择： 你是一位基因编辑科学家，某对夫妇想让你帮助他们设计一个没有先天性遗传病、免疫力较强的试管婴儿。此时，你给予的回答是什么？让学生在思考后自行做出选择，并由观点一致的学生相互交流后推选代表进行辩论发言。此教学过程没有采用直接向学生灌输设计试管婴儿优劣势的内容，而是让学生在科技造福人类与伦理道德准则的两难空间中，科学分析与辩论中认识到设计试管婴儿固然有帮助人类更好地延续后代的效果，但同样是人类对自我欲望的满足，早期对他人生命的加工、改造与亵渎，已经丧失人本伦常。

该教学过程让学生具身体验到了科技知识的巨大能动性，也明白其双刃剑之称的具体含义，真正体验到了科技工作者应当在科学研究、生产应用中权衡利弊、坚守伦理道德的底线。

如何深入挖掘学科的育人价值成为目前生物学教学的关键。生物学科的教学不能仅仅局限于掌握学科知识的大概念，进而构建学科体系、获取学科思维。更应当通过必修模块与选修模块的整合、凝练与提升习得科学本质的大概念，从而真正意义上让学生获取科学观念。