人教版生物学教材中学科核心素养的呈现与教学建议——以必修1第五章为例

刘 杨 李守德 李高峰

(1.陕西师范大学生命科学学院，陕西 西安 710119；2.青岛第二中学，山东 青岛 266061)

“教材建设是教育发展的核心议题，是实现立德树人的重要依托，体现了国家意志及权力事项。”[1]基于核心素养的课程改革，激发了新一轮的课程标准、教材的修订。新教材中“学科核心素养”是如何呈现的？教师应该如何有效地利用教材实施教学？本文拟选择人教版《普通高中教科书·生物学·必修1分子与细胞》(以下简称“必修1”)中第五章“细胞的能量供应和利用”为研究对象，回答上述两大问题。

一、生物学科核心素养的基本内涵

生物学学科核心素养是指学生接受生物学教育的过程中逐步形成的适应社会发展和促进个人进步的正确价值观、必备品格和关键能力，主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。

1.生命观念

生命观念是学生学习过程中，在头脑中形成的基于生物学视角对客观事物的抽象性认知，是一系列意识、思维和观念，主要包括结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等要素。

2.科学思维

思维是对客观事物概括的反映，以感觉、知觉和表象为基础，是一种高级的认知过程。[2]科学思维是基于推理、论证等形式，在人脑中形成的尊重事实和证据的思维认知，对事物的本质属性、内在规律及事物间关联的概括性反映。科学思维主要包括归纳概括、模型与建模、科学推理、科学论证等要素。

3.科学探究

科学探究是指学生借鉴科学家的行为方式来探索生活中生物学问题、现象的过程。在此过程中，学生能够提升求知欲，学会探究的技能和思路，增强实践操作能力。科学探究主要包括问题、证据、解释和表达等要素。

4.社会责任

社会责任是指学生运用生物学知识解决生活生产问题的担当和能力，其需要两个基础：一是学生需具备正确的科学本质观，能做出理性解释和判断；二是学生需正确认知“科学—技术—社会—环境”四者的关系，具备生态意识、健康生活和可持续发展的观念。

二、新教材中核心素养的呈现

1.遵循生物学概念的进阶性，促进学生生命观念的建立

生命观念的构建需要基于对生物学概念、原理、规律的学习和内化。为了促进学生深入理解概念与规律，教材首先编写“5.1降低化学反应活化能的酶”“5.2细胞的能量‘货币’ATP”，让学生初步构建细胞代谢反应中需要的催化物以及形成的直接供能物质，为后续学习建立进阶路径；随后再由“5.3细胞呼吸的原理和应用”“5.4光合作用与能量转化”给出重点知识——为机体提供能量的两大代谢反应；有效地将重难点内容进行分散，有梯度地降低学生的认知难度，增强“细胞的生存需要能量和营养物质”这一大概念的系统性和整体性。

此外，第五章概念体系的编排有助于学生形成“结构与功能观”“物质与能量观”“稳态与平衡观”以及“进化与适应观”等生命观念。具体而言，酶的本质与其特性的关系、ATP具有高能磷酸键而拥有直接供能的功能、呼吸作用与线粒体结构的关系、叶绿体的结构是进行光合作用的基础，可以引导学生形成“结构与功能观”；ATP与ADP相互转化且处于动态平衡，才能保证机体正常运行，促进学生形成“稳态与平衡观”；ATP的能量供应机制普遍存在于生物界，可以助推学生形成“进化与适应观”。细胞代谢产生ATP为机体的各项生命活动提供能量，而ATP的合成主要源自于细胞呼吸作用，即细胞进行呼吸作用分解有机物，释放有机物中储存的化学能以不断合成ATP，而有机物中的化学能最终源于光能，是由绿色植物进行光合作用，利用叶绿体捕获和转化光能的，以上反应均需要酶的催化作用。以上过程充分呈现了“物质可循环，能量不可循环”的客观规律，能够引导学生形成“物质与能量观”。

教材注重在生活生产类、科学实验类的真实情境中呈现重要概念，并提出环环相扣的进阶性问题，设计多样化的探究类、实践类、思考类的学习活动，引导学生在对概念、规律的认知过程中逐步自主构建生命观念，整体设计符合学生的认知发展规律。

2.多元化栏目的设置，助推学生科学思维发展

(1)注重“模型与建模”思维的训练。模型是科学家和工程师对所研究系统理解的一种外显表示形式，用来与他人交流观点，帮助解释问题。所以，模型分析及建构是培养科学思维的重要途径，可以锻炼学生分析、抽象和概括等思维。新教材不仅在正文中强调模型的分析和建构，还在“思考·讨论”“练习与应用”等栏目中对“模型与建模”思维的培养进行有效的引导和强化。诸如，“5.1降低化学反应活化能的酶”中，图5-1、5-2、5-3的模型分析，有助于学生较为容易地理解酶降低活化能的作用以及酶活性受温度、pH的影响。“5.3细胞呼吸的原理和应用”的“练习与应用”栏目中，教材设置了习题，要求学生分析曲线图中气体交换的相对值和氧气浓度之间的关系以作答。“5.4光合作用与能量转化”的“思考·讨论”栏目中，教材要求学生“尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系”，强化了学生模型建构思想的理解与运用。

(2)强调科学论证思维的培养。无论科学家发现知识或建立理论，还是工程师寻找解决问题的最佳答案，都依赖于论证技能。[3]科学论证是培养学生科学思维的重要途径，可以引导学生学会如何提出、支持、评价和修正观点。新教材非常注重学生科学论证思维的培养。例如，“5.1降低化学反应活化能的酶”中，教材设置了探究活动“影响酶活性的条件”，组织学生通过观察法、实验法来探究pH对酶活性的影响，要求学生回答一系列具有“科学论证”性质的问题，如“哪支试管中的酶活性最高？你是怎样得出这一结论的”“听取其他小组的质询，进行必要的答辩、反思和修改”。再如，“5.3细胞呼吸的原理和应用”中，教材专门设置了“思维训练”栏目，为学生提供科学家提出的“内共生学说”，要求学生判断提供的哪些证据支持这一论点，这系统地培养了学生运用证据和逻辑评价论点的科学思维。

(3)提倡创新性思维的形成。创新性思维有助于学生基于对科学知识的深入思考，在新情境中创造性地迁移应用。新教材提倡学生创新性思维的培养，设置了许多旁栏来引导学生运用知识思考、解决生活中的问题。例如，“5.1降低化学反应活化能的酶”中，教材设置了“与社会的联系”栏目，要求学生思考：“用酶来水解淀粉生产葡萄糖有什么优越性，还有哪些产品可以用酶法生产？”同样，“5.4光合作用与能量转化”中，教材设置了开放性习题，要求学生积极主动思考：“与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？又面临哪些困难？你对植物工厂的发展前景持什么观点？”

3.科学史与探究实验并重，提高学生科学探究能力

科学史蕴含着丰富的探究思路和方法，可为学生探究能力的培养提供良好的素材。[4]另外，学生想要真正习得科学探究的基本思路和方法，还需切身体验观察、提问、实验设计、方案实施、整理结果、交流与探讨等探究过程。可见，科学史的研读与探究实验的实施是培养学生科学探究能力的两条重要途径。新教材将科学史和探究实验互为犄角，促进学生科学探究能力的提升。例如，“5.1降低化学反应活化能的酶”中，教材系统地叙述了关于酶本质的探索历程，包括不同观点的争论、假设与验证，引导学生构建“科学知识是在不断的批判与修正中得到的”这一科学本质观。“5.4光合作用与能量转化”中，教材设置了光合作用的探索科学史，其中恩格尔曼实验中实验材料的选取、变量的控制、对照的设置等有助于学生探究意识的提升、探究方法的习得。此外，第五章设置了较多便于高中生开展的探究实验，如“探究酵母菌细胞呼吸的方式”“探究环境因素对光合作用强度的影响”“绿叶中叶绿素的提取和分离”等。探究实验的设置，一方面可以训练学生的操作技能，提高学生的动手实践能力；另一方面可以引导学生领悟“控制变量”“设计对照实验”“观察对比”等探究思路和方法。

4.全方位显化教学，引导学生树立社会责任

新教材注重全方位、多角度培养学生的社会责任。首先，通过弘扬中华民族传统文化培养学生的社会责任。例如，“5.1降低化学反应活化能的酶”中，教材提及“我国早在夏禹时代就掌握了酿酒技术；1716年《康熙字典》收录了酶字，解释为‘酒母也’”，引导学生，增强学生的民族自豪感。其次，通过“科学·技术·社会”“与社会的联系”“思考·讨论”等内容培养学生的社会责任。例如，教材在“5.1降低化学反应活化能的酶”的“科学·技术·社会”栏目和“5.3细胞呼吸的原理和应用”和“思考·讨论”栏目中，分别列举了酶和细胞呼吸在生产生活中的应用，帮助学生认识生物学技术给人们日常生产生活带来的便利，引导学生从中体会并认同生物学造福于人类、提高生产效率、推动社会发展的观点。最后，教材基于科学史显性地引导学生学习科学家的精神和品质。例如，“5.1降低化学反应活化能的酶”中，教材向学生提问：“萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他取得成功靠的是什么样的精神品质？”“‘在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。’谈谈你对马克思这句话的理解。”

三、教学建议

教材是学科知识的载体，是教与学活动的文本素材，再优质的教材也需要教师精细地加工与处理、深度地挖掘与运用，才能展示出其真正的魅力与价值。[5]所以，为了拉近学科知识与学生经验之间的距离，教师需要基于课程理念，依据课程目标和学科核心素养的要求，结合具体学情创造性地实施教学。

1.深化概念教学，注重生物学知识生成过程的教学

“新课标”强调教学内容要聚焦大概念，“让学生能够深刻理解和应用重要的生物学概念”[4]。因此，教师在教学过程中不能只关注学生概念掌握的结果，而是要更注重学生构建概念及概念间关系的过程，引导学生领悟概念背后蕴含的生命观念。教师需要创设生活化的问题情境，在情境中设置与重要概念相关的问题，逐步引导学生通过问题解决认知概念的内涵；进一步将新知加以拓展、整合和升华，引导学生在头脑中与旧知进行认知关联，建立概念与概念之间的联系，形成概念体系，为生命观念的形成打下基础。

2.注重实验探究，将科学思维和科学探究相互交织在一起

生物学是一门以实验为基础的学科，实验探究是引导学生构建知识体系、形成科学思维、习得探究方法与技能、增强实践能力的重要途经。教材中的“思考·讨论”“探究·实践”等是以二维的文本形式呈现，教师在教学过程中应该以真实的情境立体再现，组织学生积极地、全方位地参与其中。一方面引导学生科学准确地操作，锻炼动手实践能力；另一方面要强化对学生思维的引导和方法的指导，让学生明晰操作背后的原理和注意事项，将科学思维和科学探究相互交织在一起。另外，教师要积极组织学生开展动手、观察类的校园实践活动以及以问题解决为要点的探究类活动。通过这些活动，教师要注重引导学生习得自主学习、自主探究的方法与能力，为学生的终身学习服务。

3.挖掘学科育人素材，促进学生社会责任的形成

习近平总书记指出：“各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。”生物学学科育人价值就是思政教育的集中体现。教师在备课时要充分挖掘教材中的育人素材，并在教学过程中通过多元化教学策略将生物学知识、生物科学史、生物学社会议题背后蕴含的科学态度、人文精神、社会责任感充分地呈现出来，显性地组织学生感知、内化、表征，引导学生提升自身品格，建立科学的生命观，形成正确的世界观。