感悟生命科學的理性

蘇明學

中學生物學教學到底要教給學生什么？高中畢業5年、10年或更長時間后，學生所留下的生物學教育烙印還有多深？中學生物學有哪些特殊的教育價值？這需要每位中學生物學教育工作者思考并做出回答，因為這關系到中學生物學教育的價值追求，關乎人才培養的規格等。作為胡玉華工作室的學員，筆者在經過一年的學習、培訓后，嘗試對上述問題進行反思和探討。

一、生物學中的那些“理”

“老師，我怎么感覺生物這門課像文科，需要記憶的東西太多……”這是筆者剛接手的部分高三學生的傾訴。如果教師的教學僅僅浮于具體的事實、瑣碎的知識點上，說事明理無法做到入木三分，沒有引導學生透過現象看本質，建立相應的核心概念，領悟其中的學科觀點，學生自然會覺得生物學只是大量知識的簡單堆積，學習方式也就只能靠機械記憶。

生物學有自己的道理，教師教學時自然要講理。那么，哪些是生物科學教育中必須讓學生知曉的“理”？筆者在反復研讀朱正威先生所著《我與中學生物科學教育》一書的基礎上，結合自己的思考，將生物學中的那些“理”，歸納如下。

第一，生命的活動在于生物大分子的運動及相互作用。盡管在元素水平上，生物界與非生物界具有統一性，沒有生命所特有的元素。但是在分子水平上，蛋白質、DNA、RNA等大分子是生命所特有的，稱為生物大分子。正是由于生物大分子的運動及其相互作用，遺傳信息才能從DNA流向RNA再到蛋白質，細胞的生命活動才能展現出來。

第二，生命活動是物質、能量、信息三位一體的運動和變化。生命活動的順利進行，離不開物質、能量和信息。其中，物質不僅是構建細胞等生命系統的“結構材料”，也是能量和信息的重要載體。能量是推動生命活動的動力，而信息則是調控生命活動以適應內外環境變化不可或缺的信號分子。從細胞的增殖、分化、凋亡等生命活動，到生物個體的生長、發育、繁殖，再到生態系統的生存、發展、成熟，無不依賴于物質、能量和信息三位一體的運動和變化。

第三，不同結構層次的生命系統具有共同的屬性。細胞、組織、器官、系統、個體、種群、群落、生態系統乃至生物圈均屬于不同結構層次的生命系統。不同尺度下的生命系統具有不同的結構，不同的結構完成不同的功能，但不同層次的生命系統又都具有共同的屬性。

首先，開放性。任何生命系統都時刻與所處的環境進行物質、能量和信息交換（見圖1），以維持自身的有序狀態和正常的生命活動。

其次，自主性。生命的自主性表現在生命系統的新陳代謝是靠自我完成的。它不斷從外界環境攝取物質和能量，用以構造自己;同時又不斷分解自身的成分，釋放能量，并將分解產物排出體外。這種自我完成的新陳代謝，即自我更新，一旦停止，生命也就隨之結束。

最后，適應性（穩態）。生命的適應性在于生命系統具有自動控制的能力，使之隨機應變地適應周圍環境的變化，以保持相對穩定的狀態，即穩態。

從以上的論述中可以看出，各個層次的生命系統都具有開放性、自主性、穩態等基本屬性，而生命系統穩態的維持無一例外地依靠系統內部的反饋調節機制。

二、凸顯理解的質而非信息的量

從知識教學的角度看，中學生物學教學追求的應是理解的“質”，而非信息的“量”。即教師要遵循“少而精”的教學原則，以學科思想和學科觀點統領教學內容，通過問題引領和學生活動等，最終使學生建構核心概念，領悟學科本質。

零散的事實與信息不僅容易被淡忘，也缺乏遷移應用的價值，而在諸多事實基礎上建構的核心概念，提煉的學科思想和學科觀點則具有強大的統攝性和廣闊的遷移力。正是學科思想、學科觀點和核心概念才使得生物學形散而神聚，它們恰恰也是生物學的靈魂。在生物學中，進化論思想和生態學思想相互交融構成了生物學特有的學科思想。其中，進化是統一生物學的主題，它能夠將生物學不同領域、不同層次的研究成果統一起來。而“結構決定功能”等生物學科觀點則為學科思想提供支持。

例如，在教學“探討細胞呼吸方式的進化歷程”時，教師可提出“有氧呼吸過程為什么會含有無氧呼吸的步驟？”這一問題，讓學生結合地球早期大氣中氧的缺乏以及原核細胞中沒有線粒體的事實，進行推測和分析。

該問題能夠驅動學生以進化的眼光重新審視有氧呼吸和無氧呼吸的過程，并適時滲透生物與環境相互影響、相互適應的生態學思想，通過描繪細胞呼吸方式進化的圖景等思維活動，極大地增進學生的理解力和分析力。

三、培養學生理性的思維方法

《普通高中生物課程標準（實驗稿）》指出，應著重發展學生的科學探究能力。教師在教學中應從以下兩點著手：一是充分挖掘生物科學史中的經典實驗的教學功能;二是踐行“在做中學”的國際理科教育的共識，讓學生從事部分或全程的科學探究活動，以訓練他們的科學探究技能（11項指標[1]）。

經典實驗是科學家在探索生命奧妙的歷程中所做的富有創新性的工作。生命科學史上的每一次重大發現、每一個新的突破，無不凝聚著科學家辛勤的汗水、智慧的結晶。因此，經典實驗具有如下教學功能：追溯生物學概念、原理、規律衍生的軌跡，從而達到深刻理解的目的;領悟科學家如何提出問題，尋找證據，不斷深入解決問題的思路和方法，從而理解科學探究的本質;展現科學家求實創新、不畏權威和艱難的探索過程，培育學生的科學精神和科學態度。因此，經典實驗教學能夠將知識、能力和情感態度與價值觀三維課程目標有機地結合起來，從而全面提升學生的科學素養。

例如，在學習“‘基因在染色體上的假說是如何被證明的？”這一問題時，教師可以把教學目標鎖定在培養學生的理性思維方式上。帶領學生走進摩爾根的精神世界，讓學生了解他如何經歷對孟德爾定律普適性和薩頓假說的懷疑，對果蠅白眼性狀如何遺傳的好奇，到根據果蠅性別決定的背景知識對伴性遺傳現象做出假設，以及設計測交、反交實驗進行檢驗的過程，在過程中讓學生領會“科學是格物致知的一種途徑，其基本特點是：以懷疑作審視的出發點，以實證為判斷的尺度，以邏輯為辯論的武器” [2]的內涵。

生物學教師應捫心自問：我能作為生物科學界在課堂上的代表嗎？現在很多師范院校偏重師范性，而輕視學術性，所培養的中學生物學教師因而缺乏研究能力[3]。當教師都不具備科學探究的思想和能力時，怎么能保證他教出的學生具有探究精神和創新素質呢？所以提高生物教師的科學素養是刻不容緩之事。

四、培育學生理性的精神氣質

理性是自然科學的靈魂，是人性的底蘊[4]。在生物科學教育中，不僅要向學生傳授知識，培養其能力，還應發掘生物學科中蘊含的精神資源，培養學生理性的精神氣質，使其養成客觀求實的科學態度和理性求真、批判創新的科學精神。

例如，在教授“探討孟德爾發現遺傳規律的成功因素”時，教師向學生提出了“你認為孟德爾堅持8年豌豆雜交試驗的動力是什么？”“孟德爾是如何擯棄當時盛行的‘融合遺傳觀點，提出‘顆粒遺傳理論的？”兩個問題，可謂別具特色。前者可以讓學生真切感受孟德爾是為追求真理而從事研究，而不是以科學發現以外的其他因素為目的，后者能夠培養學生的批判創新精神，讓學生領悟到科學正是在質疑、創新中不斷發展的。

五、領略生物科學的理性美

生物科學教育中可以讓學生審視美、鑒賞美。如同藝術追求的是和諧美，生物科學則重在理性美，這種理性美集中表現在它的統一美和嚴密美。

德國植物學家施萊登和動物學家施旺聯合創立細胞學說，揭示了生物體結構的統一性;20世紀60年代著名細胞生物學家H.Ris將種類繁多的細胞劃分為原核細胞和真核細胞兩大類型，龐雜的細胞世界立刻變得那么整潔和統一;達爾文創立的進化論統一了生物學的各個研究領域;遺傳密碼的破譯，使得繽紛多彩的生命在分子水平上得到了完美的統一……這些科學史實無不揭示著生物學的統一美。小小的細胞卻能進行如此復雜的生命活動，奧妙全在于它那嚴整有序的結構;囊泡及囊泡的運輸是內膜系統的“無臂延伸”，其過程就像航運一樣：在碼頭上裝貨，離岸、起錨、遠航，在胞質的海洋中把特定的貨物運向指定的彼岸，到岸后拋錨停靠，卸貨清倉，船體又融回內膜，變回原來的存在形式。

科學發現的過程同樣充滿了嚴密美。例如，混沌的遺傳現象，由于孟德爾的精確—以數學統計為基礎，孟德爾的堅韌—歷時8年的雜交試驗，孟德爾的假設—可見的性狀為不可見的遺傳因子控制，孟德爾的驗證—不可見的因子又變為可見的性狀，而真相大白，其思維的精巧，推理的縝密，實證的嚴謹，充分展示了生物科學的理性美[5]。

生物學作為一門自然科學，不僅有著邏輯關系的知識體系，還有一套獨特的思維方式和探究方法，蘊含著豐富的精神資源和美學價值。中學生物學教師應該努力開啟教學智慧，引領學生沐浴生命科學的理性光輝。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部. 普通高中生物課程標準（實驗稿）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2003： 8.

[2]朱正威， 趙占良. 普通高中課程標準實驗教科書生物必修2遺傳與進化[M]. 北京： 人民教育出版社， 2007： 128.

[3][4]劉德華. 點擊學校課程—走在十字路口的科學教育[M]. 福州： 福建教育出版社， 2001： 11-35.

[5]朱正威. 我與中學生物科學教育[M]. 北京： 北京教育出版社， 2000： 35-87.

（作者單位：北京理工大學附屬中學）

（責任編輯：任媛媛）