朱 俊 丁奕然

(1 江蘇省奔牛高級(jí)中學(xué) 常州 213131； 2 東北師范大學(xué)教育學(xué)部 長(zhǎng)春 130024)

新版高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)所述“內(nèi)容聚焦大概念”的理念，是目前國(guó)際科學(xué)教育研究的熱點(diǎn)。一個(gè)大概念一般包含了若干個(gè)主要概念與次位概念，依據(jù)大概念生成“層層遞進(jìn)、逐步進(jìn)階”的邏輯理路進(jìn)行教學(xué)，將有利于學(xué)生所學(xué)知識(shí)的整合與提煉，進(jìn)而形成科學(xué)觀念并生成學(xué)科核心素養(yǎng)。目前，國(guó)際公認(rèn)的科學(xué)教育大概念有14個(gè)，包含了10個(gè)科學(xué)知識(shí)的大概念與4個(gè)科學(xué)本質(zhì)的大概念[1]。其中，10個(gè)科學(xué)知識(shí)的大概念中有4個(gè)與生命科學(xué)有關(guān)，這4個(gè)大概念已成為新版高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中必修部分的4個(gè)核心概念，自然成為目前生物學(xué)教學(xué)的研究熱點(diǎn)。相較之下，有助于學(xué)生形成生命科學(xué)的研究邏輯、哲學(xué)觀念與社會(huì)責(zé)任的科學(xué)本質(zhì)大概念研究卻極少有人涉及。

科學(xué)本質(zhì)的4個(gè)大概念不是孤立片面的表象，而是有機(jī)聯(lián)動(dòng)的整體構(gòu)象。其中，“科學(xué)是在究其所以，或是發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象的原因”是從科學(xué)研究的目的性出發(fā)，說明了蘊(yùn)含其中觀察科學(xué)世界，并用自身話語體系解釋科學(xué)現(xiàn)象的維度?！翱茖W(xué)上的解釋、理論和模型都是在特定的時(shí)期內(nèi)與可獲得的實(shí)證最為吻合的”是從科學(xué)研究的條件性出發(fā)，說明了蘊(yùn)含其中審辯科學(xué)解釋，并用邏輯遞推思考實(shí)證科學(xué)發(fā)現(xiàn)的維度。“將科學(xué)研究中得到的知識(shí)運(yùn)用于工程和技術(shù)，以創(chuàng)造服務(wù)于人類的產(chǎn)品”是從科學(xué)研究的價(jià)值性出發(fā)，說明了蘊(yùn)含其中應(yīng)用科學(xué)規(guī)律，并用勞動(dòng)實(shí)踐轉(zhuǎn)化生產(chǎn)科技產(chǎn)品的維度?！翱茖W(xué)的運(yùn)用常常會(huì)對(duì)倫理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治產(chǎn)生影響”則是從科學(xué)研究的人文性出發(fā)，說明了蘊(yùn)含其中把握科學(xué)倫理，并用道德原則具身體驗(yàn)科技雙刃的維度?？梢姡茖W(xué)本質(zhì)大概念從4個(gè)維度全方位、立體化地闡釋了科學(xué)教育應(yīng)當(dāng)形成的科學(xué)觀念。而本文研究旨在探討生物學(xué)教學(xué)中如何滲透科學(xué)本質(zhì)大概念的4個(gè)維度，以幫助學(xué)生逐步理解、尊重、敬畏并合理利用生命世界。

1 現(xiàn)象探究再歸納——梳理觀察解釋之維

對(duì)生命現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)、詳盡地觀察是人類認(rèn)識(shí)與了解自然界的首要條件。在完成這一過程后，人們往往會(huì)產(chǎn)生疑問： 是什么原因?qū)е铝嗽摤F(xiàn)象的發(fā)生。此時(shí)，如何解釋生命現(xiàn)象就顯得至關(guān)重要了?？茖W(xué)本質(zhì)大概念的首條指出： 大多數(shù)的自然現(xiàn)象都不可能僅從一個(gè)角度去闡釋表達(dá)，而且往往很多現(xiàn)象不一定能直接通過實(shí)驗(yàn)探究或觀察推理進(jìn)行解釋，這時(shí)候需要盡可能地找尋相關(guān)的事實(shí)案例與客觀現(xiàn)象，綜合闡明各因素導(dǎo)致自然現(xiàn)象發(fā)生的原因。想要在生物學(xué)教學(xué)中達(dá)成這一目標(biāo)，教師既不應(yīng)該直接告訴學(xué)生結(jié)論，也不能僅僅讓學(xué)生分析個(gè)別現(xiàn)象進(jìn)行解釋，而應(yīng)當(dāng)將相關(guān)現(xiàn)象的因素探究放到一起進(jìn)行歸納，深入分析梳理從而達(dá)成真正意義上“究其所以”的觀察解釋。其實(shí)，當(dāng)全部事實(shí)探究與提供的解釋相互印證，且學(xué)生能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納梳理之時(shí)，也才能真正深入學(xué)科知識(shí)的本質(zhì)內(nèi)涵[2]。

例如，在高中生物學(xué)教材(必修1)“影響光合作用的條件”一節(jié)教學(xué)時(shí)，很多教師在教學(xué)中常常直接告訴學(xué)生結(jié)論，或由先前探究發(fā)現(xiàn)的光合作用過程進(jìn)行分析，加以說明其中的多個(gè)影響因素。該過程是從知識(shí)到知識(shí)的思考過程，沒有經(jīng)歷“現(xiàn)象探究——解釋說明”的探究過程，也就無法讓學(xué)生品讀到科學(xué)是究其所以、發(fā)現(xiàn)原因的過程。在實(shí)際教學(xué)中，可以先給出陽(yáng)生植物往往比陰生植物高大，低海拔地區(qū)的植物往往比高海拔地區(qū)的植物高大，施肥多的植物往往比施肥少的農(nóng)作物長(zhǎng)得更快等一些文字、圖片或視頻資料，讓學(xué)生從不同的角度解釋這些現(xiàn)象。之后，通過教師引導(dǎo)，學(xué)生明白有機(jī)物的積累是光合作用的最終表現(xiàn)之一，而剛才給出的眾多自然現(xiàn)象指向了光強(qiáng)、溫度與肥料等不同的因素。最后，再讓學(xué)生歸納總結(jié)形成對(duì)影響光合作用條件的綜合認(rèn)識(shí)。

該教學(xué)方式盡可能地將相關(guān)的自然現(xiàn)象收集齊全，通過現(xiàn)象探究后再歸納，去梳理并得出較為正確、全面且合理的解釋，從而啟發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)科本質(zhì)的感悟。

2 科學(xué)史料巧介入——品悟?qū)忁q實(shí)證之維

科學(xué)現(xiàn)象的解釋往往僅在一定條件下或一定時(shí)期內(nèi)十分合理，而當(dāng)新的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)或無法解釋之時(shí)，往往科學(xué)家就要去審視、思辯該解釋的合理性與有效性，從而去完善、修正乃至重構(gòu)更為普適與先進(jìn)的科學(xué)理論。而科學(xué)本質(zhì)大概念的第二條正說明了任何的科學(xué)理論都是在一定時(shí)期、范圍與條件下才是有效的。因?yàn)椋魏慰茖W(xué)理論的解釋說明不是數(shù)據(jù)、現(xiàn)象的自動(dòng)呈現(xiàn)，而是基于人為理性、直覺與預(yù)測(cè)的相關(guān)解釋，多在每一個(gè)人通過邏輯推理、實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)或模型擬合等實(shí)證范式基礎(chǔ)上不斷豐盈、更迭的。之前的研究中已然表明： 科學(xué)史料的巧妙介入對(duì)于學(xué)生的科學(xué)思維提升與科學(xué)精神培育有著不可替代的作用[3]。因而，在生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)當(dāng)以科學(xué)史的動(dòng)態(tài)變化，讓學(xué)生跟隨科學(xué)家的腳步去審辯科學(xué)中難以解釋的現(xiàn)象，以理解科學(xué)理論生成的實(shí)證范式和其固有的有限性。

例如，在高中生物學(xué)教材(必修3)“激素調(diào)節(jié)”一節(jié)教學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)，較多教師對(duì)于“促胰液素發(fā)現(xiàn)”的科學(xué)史是簡(jiǎn)單講解，告知學(xué)生沃泰默與促胰液素發(fā)現(xiàn)的失之交臂，告誡學(xué)生在生物學(xué)的研究中不能囿于定式。該過程僅讓學(xué)生了解了表象答案，并沒有讓其深入理解科學(xué)本質(zhì)所在。其實(shí)，教師可先將沃泰默的實(shí)驗(yàn)過程制作成Flash，讓學(xué)生隨著沃泰默的探究過程理解其是循著前人“神經(jīng)調(diào)節(jié)刺激胰液分泌”的假設(shè)進(jìn)行研究，采用稀鹽酸刺激并加之是否切除通向小腸神經(jīng)的方法控制變量，期望以實(shí)驗(yàn)探究的方式證明神經(jīng)調(diào)節(jié)在胰液分泌中發(fā)揮的作用。教師可帶領(lǐng)學(xué)生思考沃泰默為何不相信自己的研究結(jié)果，且認(rèn)為是“頑固的神經(jīng)反射”這一問題，進(jìn)而告訴他們由于當(dāng)時(shí)的科學(xué)理論無法解釋該現(xiàn)象，而其又不相信自身的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，才與激素調(diào)節(jié)的發(fā)現(xiàn)擦肩而過。最后，教師應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生總結(jié)提煉出沃泰默沒有成功的原因： 其既沒有審辯該現(xiàn)象與已有理論間的沖突，更沒有提出全面的解釋加以實(shí)證說明。

通過此類教學(xué)過程可明確科學(xué)史料不能僅是擺在課堂上，而需要巧妙介入并深挖科學(xué)史，讓學(xué)生學(xué)會(huì)像科學(xué)家一樣思考去品悟科學(xué)本質(zhì)的審辯實(shí)證之維。

3 情境遷移處內(nèi)化——理解生產(chǎn)應(yīng)用之維

科學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)生活的具體實(shí)踐，會(huì)幫助人類創(chuàng)造技術(shù)產(chǎn)品并更好地服務(wù)于人們的生活?？茖W(xué)本質(zhì)大概念的第三條就指出： 科學(xué)、技術(shù)與工程三者之間存在緊密聯(lián)系，有些領(lǐng)域中科學(xué)會(huì)優(yōu)先于技術(shù)發(fā)展，而另一些領(lǐng)域中技術(shù)也可能優(yōu)先于科學(xué)發(fā)展。試想如果沒有科學(xué)知識(shí)的充盈豐沛，又怎能指導(dǎo)人們?cè)O(shè)計(jì)出更好的技術(shù)結(jié)構(gòu)；同樣，沒有技術(shù)革新帶來的硬件設(shè)備升級(jí)換代，也不可能會(huì)出現(xiàn)科學(xué)中的巨大發(fā)現(xiàn)。兩者相輔相成、共同進(jìn)步。而工程學(xué)的實(shí)踐則讓兩者能夠批量、迅速地為人們生產(chǎn)出更多優(yōu)質(zhì)、符合人們生活應(yīng)用所需的商品。若想在生物學(xué)教學(xué)中讓學(xué)生理解生產(chǎn)應(yīng)用的這一維度，情境教學(xué)不失為是一種有效的方法。情境教學(xué)因其在激發(fā)學(xué)生興趣、關(guān)聯(lián)現(xiàn)實(shí)生活中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，而備受中學(xué)教師的青睞與實(shí)踐[3]。在具體教學(xué)中可用情境的遷移，讓學(xué)生在了解科學(xué)技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，內(nèi)化理解其為人類物質(zhì)文明進(jìn)步注入的強(qiáng)大動(dòng)力。

例如，在“誘變育種”一節(jié)教學(xué)時(shí)，教師可擺脫原有對(duì)青霉素生產(chǎn)“單純講授、一帶而過”的常態(tài)。可使用青霉素發(fā)現(xiàn)與使用的科學(xué)小故事作為先行組織者材料，進(jìn)行多次情境遷移幫助學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)的生產(chǎn)應(yīng)用之維。首先，告訴學(xué)生我國(guó)古人利用醬上的青色霉菌涂在傷口上以防感染；其次，用一小則短視頻介紹一下弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素的過程；再則，讓學(xué)生閱讀教材上誘變育種批量生產(chǎn)青霉素的內(nèi)容；最后，再讓學(xué)生了解因青霉素過敏反應(yīng)頻發(fā)，繼而讓人們?nèi)ラ_發(fā)新的抗生素。這使學(xué)生從土方法(技術(shù))的應(yīng)用情境，轉(zhuǎn)移至抗生素的科學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)情境，從科學(xué)方法的進(jìn)步促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的情境，遷移至技術(shù)中存在不良影響需要投入研發(fā)的情境。

通過一系列的情境遷移，讓學(xué)生深刻地理解了科學(xué)與技術(shù)的相互促進(jìn)、和諧共融以及兩者與工程應(yīng)用的交織，從而深入內(nèi)化吸收科學(xué)本質(zhì)的生產(chǎn)應(yīng)用之維，明確其在人類社會(huì)進(jìn)步的巨大作用。

4 兩難空間中具身——體驗(yàn)倫理道德之維

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步往往在給人類帶來幸福生活的同時(shí)，也同樣對(duì)政治經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境與倫理道德帶來了許多弊端。正因如此，國(guó)際科學(xué)教育界近年來對(duì)科學(xué)技術(shù)導(dǎo)致的社會(huì)性議題教學(xué)與研究也日漸關(guān)注，該議題的存在往往讓人類陷入了科技發(fā)展與生態(tài)倫理的兩難空間的抉擇?？茖W(xué)本質(zhì)大概念的最后一條，則說明科技進(jìn)步帶來了資源消耗、生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)與觸碰倫理等情況，面對(duì)這一情況如何做出科學(xué)決策至關(guān)重要。而科學(xué)決策的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不是科學(xué)技術(shù)知識(shí)的先進(jìn)與否，而是倫理道德是否符合標(biāo)準(zhǔn)。在生物學(xué)教學(xué)中，不妨讓兩難空間進(jìn)入課堂，讓學(xué)生通過具身的體驗(yàn)決策，從真正意義上理解這一大概念的倫理道德之維。其實(shí)，兩難空間不僅讓人們看到了沖突，還看到了主體與其他利益相關(guān)者之間的相互關(guān)系、權(quán)力協(xié)商與自我定位，有助于人們思考個(gè)體行動(dòng)的復(fù)雜性[4]。

例如，在高中生物學(xué)教材(選修3)“設(shè)計(jì)試管嬰兒”一節(jié)教學(xué)時(shí)，給學(xué)生設(shè)置如下的一個(gè)兩難空間讓其進(jìn)行選擇： 你是一位基因編輯科學(xué)家，某對(duì)夫婦想讓你幫助他們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)沒有先天性遺傳病、免疫力較強(qiáng)的試管嬰兒。此時(shí)，你給予的回答是什么？讓學(xué)生在思考后自行做出選擇，并由觀點(diǎn)一致的學(xué)生相互交流后推選代表進(jìn)行辯論發(fā)言。此教學(xué)過程沒有采用直接向?qū)W生灌輸設(shè)計(jì)試管嬰兒優(yōu)劣勢(shì)的內(nèi)容，而是讓學(xué)生在科技造福人類與倫理道德準(zhǔn)則的兩難空間中，科學(xué)分析與辯論中認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)試管嬰兒固然有幫助人類更好地延續(xù)后代的效果，但同樣是人類對(duì)自我欲望的滿足，早期對(duì)他人生命的加工、改造與褻瀆，已經(jīng)喪失人本倫常。

該教學(xué)過程讓學(xué)生具身體驗(yàn)到了科技知識(shí)的巨大能動(dòng)性，也明白其雙刃劍之稱的具體含義，真正體驗(yàn)到了科技工作者應(yīng)當(dāng)在科學(xué)研究、生產(chǎn)應(yīng)用中權(quán)衡利弊、堅(jiān)守倫理道德的底線。

如何深入挖掘?qū)W科的育人價(jià)值成為目前生物學(xué)教學(xué)的關(guān)鍵。生物學(xué)科的教學(xué)不能僅僅局限于掌握學(xué)科知識(shí)的大概念，進(jìn)而構(gòu)建學(xué)科體系、獲取學(xué)科思維。更應(yīng)當(dāng)通過必修模塊與選修模塊的整合、凝練與提升習(xí)得科學(xué)本質(zhì)的大概念，從而真正意義上讓學(xué)生獲取科學(xué)觀念。