滲透生物學(xué)科思想方法 培養(yǎng)高中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

李戇敏

G633.91

“生物學(xué)科思想”是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)生物的活動(dòng)中運(yùn)用科學(xué)方法的思想意識(shí)，是對(duì)生物的本質(zhì)、特征和價(jià)值的基本認(rèn)識(shí)。

它蘊(yùn)含兩個(gè)層次的含義：

一是能充分認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)生物知識(shí)的意義，并自覺激發(fā)自己學(xué)習(xí)生物的興趣；二是能掌握學(xué)習(xí)生物科學(xué)的一些基本思想方法。

學(xué)科知識(shí)、學(xué)科能力、學(xué)科思想是學(xué)科體系的三個(gè)要素，而學(xué)科思想則是一個(gè)學(xué)科的靈魂。

生物新課程更加關(guān)注學(xué)科思想的滲透，在繼承原有學(xué)科思想的基礎(chǔ)上，吸收了許多當(dāng)代生物科學(xué)新的思想、原理和方法，以期對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成產(chǎn)生更積極的影響。

一、系統(tǒng)論的思想

系統(tǒng)論的核心思想是系統(tǒng)的整體觀念。貝塔朗菲強(qiáng)調(diào)，任何系統(tǒng)都是一個(gè)有機(jī)的整體，它不是各個(gè)部分的機(jī)械組合或簡(jiǎn)單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立狀態(tài)下所沒有的性質(zhì)。

例如，必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能中，不同生物種群甚至生物個(gè)體都是生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)元素，它不能獨(dú)立與這個(gè)系統(tǒng)起作用，在生態(tài)系統(tǒng)中它有特殊的結(jié)構(gòu)地位和營養(yǎng)級(jí)別，也有它的生態(tài)位。某一種群的變化，都會(huì)在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生擾動(dòng)，直到系統(tǒng)通過自身的調(diào)節(jié)產(chǎn)生新的平衡。

二、信息論的思想

信息論最早是由香農(nóng)提出的，其定義之一是關(guān)于信息量度量和信息編碼、信號(hào)處理和分析的科學(xué)理論。

例如，必修2《遺傳與進(jìn)化》中遺傳因子的發(fā)現(xiàn)，基因和染色體的關(guān)系，DNA分子的結(jié)構(gòu)，中心法則中包含的DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、RNA的復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄，基因的本質(zhì)和變化（生物的變異），人類的基因組以及現(xiàn)代生物進(jìn)化理論中的共同進(jìn)化。

三、控制論的思想

控制論是由諾伯特·維納提出的，是研究動(dòng)物（包括人類）和機(jī)器內(nèi)部的控制與通信的一般規(guī)律的學(xué)科?？刂普摰幕舅枷胧欠答仯刂普撌顷P(guān)于反饋的科學(xué)。

例如，必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中就體現(xiàn)出的穩(wěn)態(tài)的思想，所謂穩(wěn)態(tài)是指機(jī)體依賴調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)抗內(nèi)外環(huán)境變化的影響，維持內(nèi)環(huán)境等生理指標(biāo)、生命現(xiàn)象處于動(dòng)態(tài)平衡的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)，種群數(shù)量的變化，群落的演替，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)等都是通過反饋來調(diào)節(jié)的。生物個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)是不同層次的生命系統(tǒng)，任何系統(tǒng)的存在和發(fā)展都需要保持穩(wěn)態(tài)。

四、哲學(xué)思想

哲學(xué)是科學(xué)的世界觀和方法論，是人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的思想武器，一個(gè)人在成長(zhǎng)過程中也在逐步建構(gòu)自己的哲學(xué)思想，某個(gè)人的行為和思維方式，總是直接或間接地受某種哲學(xué)思想的支配。

高中生物學(xué)教材不僅承載著豐富的教學(xué)內(nèi)容，而且蘊(yùn)涵著許多深刻的哲學(xué)思想。例如，遺傳和變異就是典型的對(duì)立統(tǒng)一觀點(diǎn)。有意識(shí)地將哲學(xué)思想滲透到教學(xué)中，不僅可以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，還能培養(yǎng)文理兼長(zhǎng)的人才。

五、生物學(xué)科思想方法示例

實(shí)驗(yàn)探究是針對(duì)研究目的，在人為控制條件的基礎(chǔ)上，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行干預(yù)或處理后，觀測(cè)所產(chǎn)生效應(yīng)的研究方法。該過程包括提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等（圖1）。

案例：探究鉛中毒對(duì)大鼠學(xué)習(xí)記憶的影響。

步驟一：提出問題，做出假設(shè)。

汽車尾氣及工廠排放出的廢氣使空氣中聚集大量的鉛塵，鉛塵懸浮物離地面大約0.8 m，因此鉛會(huì)輕易地通過呼吸道和消化道進(jìn)入兒童體內(nèi)；另外兒童喜食的膨化食品、經(jīng)常用的蠟筆、鉛筆和一些色彩特別鮮艷的圖書、餐具以及用油漆刷過的積木等玩具，都含有鉛的成分，經(jīng)常接觸鉛的孩子行為活動(dòng)能力減慢。由該背景作出假設(shè)：鉛中毒可能影響動(dòng)物的神經(jīng)活動(dòng)。

步驟二：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施。

選擇大鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分為四組，設(shè)置三個(gè)醋酸鉛溶液飲用水平：0.05、1、2 g·L-1，對(duì)照組飲用蒸餾水。連續(xù)飼喂60 d后，進(jìn)行水迷宮實(shí)驗(yàn)，在池水中加入少量墨水使大鼠無法看到水下隱蔽平臺(tái)。讓大鼠從四個(gè)方向入水點(diǎn)入水，訓(xùn)練其尋找水面下隱蔽平臺(tái)。重復(fù)訓(xùn)練4 d后撤去平臺(tái)。

本實(shí)驗(yàn)醋酸鉛染毒組為實(shí)驗(yàn)組，飲水組為對(duì)照組，測(cè)定從入水點(diǎn)到原平臺(tái)水域的時(shí)間用以反映大鼠學(xué)習(xí)記憶的能力。如果條件許可，還可測(cè)定腦組織勻漿鉛含量及乙酰膽堿酯酶（AchE）活性。

步驟三：記錄與整理數(shù)據(jù)。

本實(shí)驗(yàn)可能受到的影響因素很多，大鼠的個(gè)體差異、水浴溫度、入水方向、人為操作與觀察角度的變化等因素均可能干擾大鼠尋找平臺(tái)。為減少誤差，由同一人采用固定的操作模式，大鼠訓(xùn)練時(shí)不要有人在場(chǎng)，在另一處用視頻探頭跟蹤觀察。應(yīng)盡可能采集足夠的樣本數(shù)量，及時(shí)記錄并整理。

步驟四：分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否支持假設(shè)。

飲用水中醋酸鉛濃度越高，大鼠到達(dá)原平臺(tái)水域的時(shí)間越長(zhǎng)，說明鉛中毒可能影響大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，支持假設(shè)。

該活動(dòng)涉及到生命周期、環(huán)境控制、變化緩慢等問題，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散度比較大，得出結(jié)論并非易事，。在討論交流的過程中，學(xué)生認(rèn)識(shí)到對(duì)于復(fù)雜的生命系統(tǒng)的研究，不能只進(jìn)行單因子分析，還應(yīng)分析無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，揭示控制條件與觀測(cè)結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系必須有大量的樣本支持，該活動(dòng)的結(jié)果表現(xiàn)為統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的規(guī)律。

該案例為2013年全國高考福建生物卷第27題的背景，其中所蘊(yùn)含的生物學(xué)科思想和方法非常豐富，校本選修活動(dòng)借鑒該背景開展實(shí)驗(yàn)探究，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力和勇于探索的科學(xué)精神。

總而言之，學(xué)科思想方法的教育理念對(duì)教師的專業(yè)素養(yǎng)與引導(dǎo)水平提出了更高的要求，教師有意識(shí)地通過生物學(xué)科知識(shí)引發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生在“方法”或“哲學(xué)”層面上認(rèn)識(shí)生命運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律，是生物課程教育價(jià)值的重要體現(xiàn)。