科學本質觀下的生物教學實踐

摘要：敘述了建構主義下科學本質的內涵、生物教學中凸顯科學本質的意義，以及從三個方面提出在生物教學中如何體現“定量化”這一科學特征，讓學生認識科學本質。

關鍵詞：科學本質；定量化；實踐

科學本質的教育是近年來世界范圍內科學教育界關注的熱點問題之一，現行的《普通高中生物課程標準》強調了學生對科學本質的認識。然而現行情況不容樂觀，部分學生對生物學科產生了“半文半理”的印象，歸其緣由是教師在教學過程中失去了自然科學應具備的特征，課堂教學停留在背概念、用概念的層面。生命科學是一門自然科學，教師在教學中要體現科學的本質和特征，方能提高學生的科學素養，實現科學教學的核心目標。

一、 建構主義下的科學本質觀

建構主義主張科學的本質即科學探究，它認為科學的本質不在于掌握真理本身，而在于探索真理的過程，在于探索真理背后科學家的探究精神，科學家的一系列的思維方法。科學知識可變，但知識背后的思維品質、探究方法和創新精神卻是永恒的。在探索自然界的過程中，科學家們使用了一些特有的方法來觀察、思考和求證，并形成了自然科學的如下特征：定量化（精確的測量）、嚴格細致的觀察、對照實驗、量化的預期、用實驗檢驗預期和假設、科學在自我更正的過程中積累和進步、科學過程。

二、 生物教學凸顯科學本質的意義

“十三五”規劃提出要深化教育改革，把增強學生社會責任感、創新精神、實踐能力作為重點任務貫徹到國民教育全過程，現行的《普通高中生物課程標準》也明確將提高生物科學素養作為課程的基本理念之一。提高科學素養，增強學生創新精神和實踐能力，生物學科作為科學課程必須承擔的責任就是凸顯科學本質，實踐科學過程，理解科學特征。

三、 科學本質觀下的生物教學實踐

目前，有的理科課堂教學是現有知識的機械接受和提取應用，在這樣的教學模式下學生的科學素養、創新精神無從談起。劉恩山教授指出：“科學教育以兩方面的認識為基石：一方面是對兒童的特點和他們的學習規律的認識，另一方面是對科學的性質、特點和思維方法的認識。”作為一名科學教師，首要是清晰地定位科學的性質和特點，并以此指導生物學科的教與學。在生物學科教學中，有很多途徑可以滲透科學的本質教育，如探究性學習、生物學史教學以及STS教學等，但不管以何種途徑，教師都要極盡所能讓學生感受到自然科學的各種特征，包括定量化。定量化是科學的基本特征之一，科學依賴于定量化的工作、依賴于精確的測量。在自然科學的很多領域中，科學家給予可定量化研究的問題最高的優先權。

（一） 呈現測量數據，增強直觀感受

科學家對于一些生物現象、規律進行測量，最后獲得的數據可增強學生對一些概念、知識的理解。例如我們說脂肪是良好的儲能物質，具體測量數據是1g脂肪氧化分解可以放出約39kJ能量，而1g糖原可以放出17kJ；又如動物激素調節的特點之一微量高效，科學家也進行科學的量化，3t新鮮動物甲狀腺中才提取出0.23g的甲狀腺激素；人體血液中甲狀腺激素的含量只有3×10-5～1.4×10-4mg/mL，而甲狀腺激素可以使人體產熱4200kJ；再如能量流動的“逐級遞減”這一特點也可在賽達伯格湖的量化數據中通過計算獲得感性認識。

類似的例子還有很多，教師在授課過程中可通過語言讓學生感受到科學結論的獲得依賴于精確的測量，任何科學的預期都要經得起多次實驗來定量化地檢驗。

（二） 解讀圖表，提高信息處理能力

科學實驗與生產實踐中產生大量的生物學數據，如研究酶活性的實驗數據、研究光合作用與細胞呼吸的實驗數據、遺傳雜交實驗數據等等，這些數據及其背景是一個良好的命題素材，也是體現學生科學素養的一個重要方面。平時的教學、練習中教師需要有意識地滲透與高中生物學知識密切相關的數據、表格，從而培養學生對生物學數據、表格中所蘊含的反映生物學客觀事物屬性的信息提取的能力。

人教版的教材中有較多相關素材，教師平時多關注教材、挖掘并利用教材，就可以在平時的課堂中訓練學生的思考能力。例如在《物質跨膜運輸的方式》這一章節中，教材呈現了麗藻細胞液與池水的多種離子濃度比的表格，一些老師對此視而不見，通過動畫就突破了三種跨膜運輸的方式，如此的教學方式雖然在短時的應試成績上沒有明顯區別，但久而久之學生的思維能力就會弱化，科學素養的培養也無從談起。在一位老師的課堂教學中，他將問題探討“人工的無蛋白的脂雙層膜對不同分子的通透性”以及上述表格作為背景素材呈現，并提出層層遞進的支架問題：①K+、Na+、Cl-等帶電離子能否直接通過脂雙層？能否通過細胞膜？②這些帶電離子的運輸方向如何？③為何能夠逆濃度梯度運輸？通過師生探討，最后得出主動運輸的條件、特征。該老師還利用該節內容的技能訓練，巧妙地創設了新的情境，不僅訓練學生對坐標圖數據的解讀，更實現了核心概念的遷移。

（三） 運用數學方法，展示自然規律

當然，授之以魚，不如授之以漁。課堂教學中要利用好科學家測量的數據來使生物知識直觀易懂，也要巧設圖表情境增強學生處理信息、尋找規律的能力，更要引導學生運用數學的方法來分析生物現象和規律。人教版高中教材中最典型的實例就是“孟德爾遺傳規律的發現”以及“種群數量的增長”，即對生物現象構建數學模型。運用數學的方法，將事物間的聯系以簡明、準確、顯而易見的形式表示出來；當一種自然規律以數學語言表示時，要比文字的方法更準確，更容易理解。

生物學中有很多實驗，數據處理是生物實驗報告的重要組成部分，其包含的內容十分豐富，例如數據的記錄、驗證和尋找生物學規律等。在教學中教師就要引導學生設計表格記錄數據，并尋找變量之間的關系，從而發現規律。例如，在觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂時，學生通過觀察不同的分生區視野，得到樣本1和樣本2的數據，記錄在教材提供的表格中。教師可引導學生思考一張表格中應該包括哪些項目，統計樣本1和2的目的是什么？怎樣進一步減小實驗誤差？通過這張列表學生對“細胞周期中間期所占時間最長”有了深刻的認識。

再如，教材能量流動的最后有一個技能訓練——分析和處理數據。根據科學家量化的數據，學生首先可以感受到生物體內能量主要儲存在含碳有機物中，以化學能的形式存在，所以要計算生物體內的儲存的能量可以先量化生物體內的含碳有機物，這是研究能量流動的一個基本方法。其次，根據教材引導的問題學生通過計算最后匯總出如下圖解：

我們說科學理論只有當它們被實驗反復證實以后，科學家們才會接受；那么學生的知識建構也可遵循這樣的規律。學生在學習能量流動的過程時，先對每個營養級能量的輸入和輸出構建了如下的模型，但準確說這只是預期，這個預期是否實現，還需要合理的量化，學生通過該技能訓練就驗證了“生產者只利用了1%左右的太陽能”“輸入到某一種群的能量一部分通過呼吸作用散失”等這些預期的規律。

高中生物概念繁雜，理科教學要重知識，更要重知識產生的過程，重視知識產生背后的科學品質。科學課程是科學素養培養的主陣地，只有一線教師在課程設計和課堂教學中主動有意識地凸顯科學本質和特征，才能完成國家對現代人才的需求，這是科學教師的使命。

參考文獻：

[1] 劉恩山.中學生物學教學論[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2] 張大海.高中生物學科教學中的科學本質教育[J].中學生物學，2014，（7）：27-29.

作者簡介：

浦佳麗，江蘇省蘇州市，蘇州大學醫學部基礎醫學與生物科學學院；江蘇省無錫市，江蘇省天一中學。endprint