STS视域下的生物学课堂教学流程设计

杨丽娇　严慧

［摘 要］《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》在内容要求和教学提示中多层面、多角度地强调了科学、技术和社会的相互关系教育（STS教育）的重要性。STS教育的主要思想是让学生把对自然界的理解与实际生活相结合，这说明STS教育与生物学课程目标达成之间存在密切关系。文章尝试对STS 视域下的不同生物学课堂教学的流程进行设计，使其最终指向学生生物学学科核心素养的培育。

［关键词］STS教育；生物学；课堂教学；流程设计

［中图分类号］    G633.91        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）14-0082-03

STS教育作为国际科学教育改革的新理念，突出科学、技术与社会之间的关系，旨在通过教育教学引导学生客观判断科学发现和技术发明给社会带来的正负面效应，其本质是提高学生的科学素养。新教材中不乏STS教育的素材，如“科学·技术·社会”“与生物学有关的职业”“与社会的联系”等，这些素材有助于学生体会生物学知识向社会应用方面迁移的可行性和重要性，但究竟该如何利用这些STS教育素材使之有效服务生物学课堂教学，助力学生生物学学科核心素养的提升，就十分考验生物学教师的教学设计能力了。本文对STS 视域下的不同生物课堂教学流程设计进行了有益尝试，使其最终指向学生生物学学科核心素养的培育。

一、在探究教学中渗透STS教育，有效促成生命观念的形成

STS教育强调将所学概念和技能作为处理问题的工具，鼓励学生运用学科知识解释现象或解决问题。显然，在探究教学中渗透STS教育能有效促成生命观念的形成。在探究教学中渗透STS教育的具体流程如图1所示。

生命观念中最具生物学属性、最具统领作用的是进化与适应观。与学生一起探讨耐药菌的出现与抗生素滥用之间的关系是渗透STS教育、有效促进学生形成进化与适应观的良好素材。以下是具体的教学流程：（1）导入社会性议题：碳青霉烯类抗生素是一类抗菌谱广、抗菌活性强、稳定性高且毒性低的β-内酰胺类抗生素，它是治疗严重细菌感染的最重要的抗菌药物之一，然而随着该类抗生素在临床治疗中的大剂量和不合理应用，碳青霉烯类耐药病原菌已普遍存在。此环节以细菌的抗药性这一既熟悉又困惑的社会性议题为背景，激发学生的求知欲，提高学生的课堂参与度和关注度。（2）呈现碳青霉烯类抗生素2005—2008年在某医院住院患者中的人均使用量，以及从患者体内分离得到的某种细菌对该类抗生素的耐药率变化图表，设置问题引导学生思考：这种细菌耐药率的变化与抗生素的使用量之间是否存在关联？依据是什么？请你从自然选择的角度解释细菌耐药率升高的原因。同时，引导学生利用所学的自然选择的相关知识去解释细菌出现抗药性这一生命现象，帮助其学会区分伪科学及排除伪科学的干扰。（3）让学生针对“耐药菌是普遍存在的吗？”“耐药菌的产生与抗生素浓度有关吗？”等问题，分组探究不同种类、不同浓度的抗生素对细菌的选择作用的实验，并对实验结果进行讨论交流。此环节主要是从实践出发，促使学生将所学的知识和实验技能与真实情境联系起来，这与STS教育强调要调动学生的学习积极性，并注重培养学生的实践能力的核心要求相吻合。（4）解决细菌的抗药性问题，渗透STS教育中“科学、技术最终都要服务于社会”的理念。抗生素和细菌的耐药性仿佛在进行一场进化的竞赛，甚至还出现了超级细菌，病人感染超级细菌后会因为无药可救而面临死亡的威胁。针对这一现状，你认为政府部门、医疗机构、普通民众可以做些什么呢？学生通过对一系列问题的思考后，真正理解了“抗生素对细菌的逐代筛选可以促进细菌耐药性的进化，滥用抗生素会导致耐药菌增加”等知识，从而提出一些减少抗生素滥用的有效措施，如政府部门建立细菌耐药监测网，建立细菌耐药预警机制；医疗机构真实、及时地通报临床使用抗生素的数据，普及滥用抗生素对个人、社会和环境带来危害的相关知识；人们就医时如实告知病史、遵医嘱服用抗生素；等等。

STS教育倡导学生用已习得的自然选择学说理论模型作为处理问题的工具，结合自身的知识储备和实验技能，科学解释耐药菌的进化过程，形成合理使用抗生素的意识。在多角度思考并解决滥用抗生素问题的过程中，“生物的多样性和适应性是进化的结果”这一生命观念已深深扎根在学生的脑海里。

二、在科学史教学中渗透STS教育，大力发展科学思维

生物科学探究史所表现的是在一定的科学、技术与社会发展背景下，生物学家的理性思考、研究方式、实践经历等。科学思维的本质是理论和证据的协调。科学思维可为科学探究提供内在的逻辑支撑，而科学探究又进一步为科学思维的发展提供了过程性的论证支持与事实依据。在科学史教学中渗透STS教育，可以帮助学生更好地了解科学的事实与探索的历程，使他们敢于提出问题，以发展的眼光来看待科学，逐步发展科学思维，解决人类社会发展进程中所面临的现实问题。在科学史教学中渗透STS教育的具体流程如图2所示。

笔者以探究遺传物质的科学史为主线，渗透STS教育。（1）回顾历史，引发认知冲突。通过回顾孟德尔、摩尔根实验和20世纪中期科学家发现染色体的主要成分等史料，抛出当时的主流观点——蛋白质是遗传物质，引发学生的认知冲突。（2）提出问题，作出假设。学生通过格里菲思实验初步得出的结论——加热致死的S型细菌中只有DNA才是促使R型活菌转化为S型活菌的转化因子。（3）设计实验。首先，引导学生思考：如果你做转化实验，应该如何设计实验？如何控制自变量？可能会使用什么技术？其次，让学生讨论并陈述为何艾弗里实验能证明DNA是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。此环节主要是让学生了解“科学的生物学结论必须有严格的科学实验依据和严谨的推理”。（4）反复论证。首先请学生阐述艾弗里的实验结论没有被科学界接受的原因，接着通过视频展示噬菌体侵染大肠杆菌的过程，然后提问：选择T2噬菌体作为实验材料有何优点？它的化学组成是什么？采用什么技术才能知道T2噬菌体的DNA和蛋白质外壳有没有进入细菌？这两种物质如何区分？最后让学生用红笔画出标记物质，对T2噬菌体侵染细菌时进入到细菌中的物质作出假设，并画出被标记的噬菌体与细菌共培养、搅拌和离心后上清液和沉淀物中的放射性物质位置的图示（见图3）。

此环节主要是重现科学家的推理论证过程，培养学生的科学思维。学生通过对比教材的实验示意图和手绘图，能得出T2噬菌体的遗传物质是DNA，而不是蛋白质。因为侵染细菌时只有噬菌体的DNA进入到细菌，且子代噬菌体含有亲代噬菌体的DNA。（5）学以致用。让学生将所学到的探究遗传物质的思路、技术路线、科学预测等知识运用到生产生活中，使学生深刻理解科学、技术与社会之间的紧密联系。

学生在注重证据和逻辑的科学史学习中，能培养基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、批判性思维等科学思维方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题，进行形成求真务实的科学态度和科学精神。

三、在生态学教学中渗透STS教育，培养学生社会责任意识

作为生物学学科核心素养在价值层面的追求，社会责任表现了学生相信科学、善待生命、保护环境、健康生活、造福人类的态度和价值观，反映了学生解决问题的意识和能力，以及学以致用的学业水平，是学生个人成长和社会进步的正能量。由此可见，培养学生社会责任意识与STS教育理念不谋而合。生态学是研究生物与环境之间关系的科学，是生物学的重要分支，也是生态文明建设的科学支撑。新教材编写的生态学内容与生活实际、生产实践联系紧密，旨在引导学生应用所学的生态学知识解决现实问题，培养学生的社会责任意识和社会担当能力，使学生形成人与自然和谐共处、可持续发展的观念。在生态学教学中渗透STS教育的具体流程如图4所示。

人教版高中生物学选择性必修2“生态工程”一节中介绍了我国生态学巨匠马世骏院士提出的“自生、循环、协调、整体”的生态工程基本原理，这是使STS教育的价值追求得以实现的典例。具体教学流程如下：（1）教师展示我国珠江三角洲一带水乡发展的水陆物质和能量交换型生态工程——桑基鱼塘，并补充有关广东桑基鱼塘的起源材料：早在明朝初年，南海、中山、顺德一带就因地势低洼，农民因地制宜将低洼地挖深为塘，把泥土堆于四周成基。池塘养鱼，基上栽果或栽桑，形成所谓的“果基鱼塘”或“桑基鱼塘”。至嘉靖隆庆年间，商品经济快速发展，国内的蚕丝及纺织品大量远销外洋，刺激了佛山等地蚕桑生产的发展，植桑养蚕比种植水稻获利更大且集约化程度更高，因此部分果基鱼塘逐渐向桑基鱼塘转化。到清朝初期，南海、顺德等地兴起了“废稻树桑”“废田筑塘”的热潮。据《高明县志》记载：将洼地挖深，泥复四周为基，中凹下为塘，基六塘四，基种桑，塘养鱼，桑叶饲蚕，蚕屎饲鱼，两利俱全，十倍禾稼。这种农、桑、鱼、畜紧密结合的农业生态系统，是中国水乡人民在土地利用方面的一种创造，也是中国古代劳动人民建立的人工生态农业的开端。此环节主要是引导学生感受并领悟中国古代劳动人民顺应自然、因地制宜的思想和智慧（通过桑茂、鱼肥、蚕壮的良性循环提高能量利用率，使人与自然和谐发展），以激发学生的爱国情感和民族自豪感。（2）教师引导学生在画出桑基鱼塘模式的食物链（网）的基础上分析讨论该模式应用了哪些生态工程原理，且是如何体现的。此环节主要是引导学生利用所学的生态学知识解决现实问题，做到理论与实践相结合，加深学生对生态工程价值和意义的理解。（3）教师追问：如今顺德、南海等地是否还有与果（桑）基鱼塘类似的生态工程？如果没有，请你设计一个适用于当地的人工生态种植园规划图。此环节既能让学生通过搜集资料，了解果（桑）基鱼塘等生态工程消失的原因，也能让学生通过设计生态种植园体会农业生产发展与经济水平、国家政策、当地水土气候之间的关系，从而促使学生树立人与自然和谐共处的观念、形成生态意识，参与环境保护实践。

在生态学教学中融合STS教育，通过对桑基鱼塘的兴起和式微的探究，渗透中华优秀传统文化，体现了自然科学和人文科学从不同的领域和视角对国家前途命运和人类社会发展的影响，激发了学生利用生物科学技术进行生态文明建设的热情和使命感，培养学生关心国家和人类社会发展的责任感。

综上，教师应将STS教育融入高中生物学课堂教学的各个环节中，结合具体事例特别是我国和学校所在地区与学生现实生活相关的情境，引导学生关注科学、技术在实际生活中的应用，重视科学知识的实践价值。STS教育能使高中生物学教学适应科學、技术与社会的发展需求，能有效培养学生理性思考、科学解释和决策现实生活中的生物学问题的能力，是培养生物学学科核心素养的重要途径。

［   参   考   文   献   ］

［1］  刘恩山，曹保义.普通高中生物学课程标准（2017年版）解读［M］.北京：高等教育出版社，2018.

［2］  中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准：2017年版［M］.北京：人民教育出版社，2018．

［3］  王健.基于学生核心素养的生物学科能力研究［M］.北京：北京师范大学出版社，2018.

（责任编辑 黄春香）

［基金项目］广东省广州市青少年科技教育项目“人工智能高中生态种植园的开发实践”（KP 市 2023067）。