“資料分析”在發展學生生物學核心素養中的作用

朱明輝

(重慶市萬州區教師進修學院 404120)

“資料分析”是現行人教版高中生物學必修教材中的一個欄目，3本必修教材共有25個“資料分析”(見教材)，每個“資料分析”附有1～5個討論題。如何運用現行教材發展學生的生物學核心素養，是每位生物學教師目前必須思考的問題[1]。筆者結合自己的實踐與思考提出“資料分析”在發展學生生物學核心素養方面具有以下作用：

1 為形成生命觀念作事實支撐

“資料分析”中有不少典型事實，教師基于這些事實提出與形成概念密切聯系的、梯度漸進的系列問題，引導學生閱讀觀察與討論分析，然后抽象概括出相應的概念，學生在較好地理解了相關生物學概念的基礎上就能形成生命觀念。

例如，教材必修1第1章第1節“生命活動與細胞的關系”的“資料分析”中，教材主要以圖片形式展示了學生在初中學過的4則實例并附5個討論題。對這5個討論題按實例歸類，并進行補充完善后按各實例提問。對實例1草履蟲的運動和分裂呈現如下問題：①草履蟲是單細胞生物還是多細胞生物？②圖中反映了草履蟲的什么生命活動？除此以外草履蟲還會進行什么生命活動？③如果草履蟲沒有完整的細胞結構，它還能完成各項生命活動嗎？請舉例說明；④由實例1可以得出什么結論？你還知道哪些生物體的生命活動與草履蟲相似？通過這些問題的討論分析能夠讓學生明白，單細胞生物的生命活動就是細胞的生命活動；對實例2人的生殖和發育呈現如下問題：①在你與父母之間，什么細胞充當了“橋梁”？②與草履蟲相比，人是多細胞的高等生物，人的生命是從什么細胞開始的？③由一個受精卵發育成一個新的生命個體，該過程中與細胞的什么生命活動有關？④實例2體現了生物的什么特征？⑤由實例2可以得出什么結論？通過這些問題的討論分析能夠讓學生明白，多細胞生物的生命活動是從一個細胞開始的，其生長發育也是建立在細胞的分裂和分化基礎上的(實例3、4略)。最后，教師完善總結學生由這4個實例討論分析所得到的結論，然后歸納概括出生命活動是建立在細胞基礎上的，生物體的生命活動都離不開細胞的事實，由此讓學生形成概念——細胞是生物體生命活動的基本單位，再通過相關概念的學習與理解，形成結構與功能相適應的生命觀念。

能夠為形成生命觀念作事實支撐的“資料分析”還有“分析人類紅綠色盲癥”“隔離在物種形成中的作用”和“人體的體溫調節和水鹽調節”等。教師在運用這些資料時，要清楚它用于支撐建構什么概念？按照什么路徑建構？然后，怎樣抽象概括，才能讓學生一步一步建構形成概念，進而在他們理解相關生物學概念的基礎上形成生命觀念。

2 養成尊重事實和證據的科學思維習慣

“資料分析”中有很多實證內容，教師可基于這些實證，設置問題引導學生閱讀觀察與討論分析，將其結果運用科學的思維方法進行處理，然后得到結論。這樣學生就能習得知識，并養成科學思維的習慣。

例如，教材必修3第5章第2節“生態系統的能量流動特點”的“資料分析”中，教材里附4個討論題要求學生用林德曼對賽達伯格湖的能量流動定量分析的有關數據再作研究。教師補充完善問題，讓學生根據圖5-8賽達伯格湖的能量流動圖解完成以下討論分析：①圖中共有幾個營養級？食物鏈中各營養級的順序可以逆轉嗎？各營養級呼吸作用散失掉的能量能夠再利用嗎？②能量能不能從下一個營養級反向流向上一個營養級？為什么？③請用表格的形式，將圖中三個營養級上的能量“流入”和“流出”數據整理出來；④請比較每一個營養級上能量的“流入”與“流出”是否相等？⑤請分析流入第一(或第二)營養級的能量去向？⑥請計算第一營養級和第二營養級上，“流出”該營養級的能量占“流入”該營養級能量的百分比？⑦請說明流入第一(或第二)營養級的能量，為什么不會百分之百地流到第二(或第三)營養級？⑧請歸納概括出生態系統的能量流動特點。通過這些問題的討論分析能夠讓學生明白：由于長期的自然選擇，食物鏈中各營養級的順序是不可逆轉的，各營養級因呼吸作用而散失掉的能量無法再利用，因此生態系統的能量只能沿著食物鏈從上一個營養級流向下一個營養級，不可逆轉也不能循環。由于流入各營養級的能量會因生物自身的呼吸作用而消耗掉一部分，也總有一部分能量未被下一營養級的生物所利用，還有一部分能量隨著殘枝敗葉或遺體等直接傳遞給了分解者。因此，輸入各營養級的能量不可能百分之百地流到下一個營養級。最后，學生能夠比較容易地歸納概括出生態系統的能量流動特點。這樣以圖5-8的實證做依據，教師提出問題引導學生整理數據、處理數據、分析數據和分析圖表。

“資料分析”中與實證相關內容還有很多，如“分泌蛋白的合成和運輸”“細胞核具有什么功能”和“物質跨膜運輸的特點”等。教師在課堂上應用這些資料時，始終基于資料提供的事實與證據，設置問題逐步引導學生閱讀觀察與討論分析，最后用歸納概括、演繹推理、建立模型和數據分析等方法總結出生命活動規律。隨著“資料分析”的應用學生就能逐步養成尊重事實和證據的科學思維習慣，總是基于事實和證據用科學的思維方法來探討、闡釋生命現象及其規律，審視或論證有關生物學的社會議題。

3 體驗發現實驗過程，培養科學探究能力

“資料分析”中有一些科學史及發現實驗資料，教師可通過設置問題引導學生閱讀觀察與討論分析尋找答案的方式，深度挖掘其中的教育價值。不但能培養學生的科學探究能力，還能讓學生接受科學精神的熏陶。

例如，教材必修1第5章第1節(一)“關于酶本質的探索”的“資料分析”中，教材以圖文并茂形式展示科學家從生活現象中發現問題、不斷探究和不斷進行實驗，最終揭示酶本質的探索歷程，并附了5個討論題。教師對討論題補充完善后，再按如下順序呈現以幫助學生有目的、有針對性地閱讀與討論分析資料：①在19世紀歐洲的釀酒業中，人們常受什么問題的困擾？促進了科學家對什么問題進行探究？②巴斯德的觀點是什么？從巴斯德的研究領域來看，他得出結論的出發點主要是什么？③李比希的觀點是什么？從李比希的研究領域來看，他得出結論的出發點主要是什么？④巴斯德和李比希的觀點各有什么積極意義？各有什么局限性？⑤巴斯德和李比希出現爭論的原因是什么？這一爭論對后人進一步研究酶的本質起到了什么作用？⑥巴斯德和李比希的爭論后來被哪位科學家的研究成果平息了？⑦請闡述畢希納的實驗研究過程。⑧從畢希納的實驗可以得出什么結論？⑨畢希納僅憑這個實驗能不能說明酵母細胞的提取液與活酵母細胞的作用是一樣的？你認為他還應該做了怎樣的實驗？⑩有人說畢希納的研究成果與前人無關，你同意這樣的觀點嗎？在薩姆納之前，科學家為什么只能推測酶是蛋白質，而不能證明酶是蛋白質？薩姆納研究的是那種酶？是如何確定的？根據你學過的知識如何證明薩姆納提取出來的就是脲酶？薩姆納歷時9年才證明脲酶是蛋白質，并因此獲得諾貝爾化學獎。你認為他成功的主要原因是什么？薩姆納的研究成果讓人們知道了脲酶是蛋白質。后來其他科學家又相繼獲得了胃蛋白酶胰蛋白酶等，并且也證明這些酶是蛋白質。所以在后來較長的一段時間里，人們都認為酶就是蛋白質。請問科學家應用什么方法得出的這個結論？酶是蛋白質這個結論，在何時被哪兩位科學家發展了？請給酶下一個較完整的定義。關于酶本質的探索過程帶給你什么啟示？通過尋找這一系列問題的答案，學生不僅能夠從中學習從現實的生產生活現象中發現問題、提出問題、設計實驗、實施方案、分析現象和得出結論等科學探究的基本技能，還能認同科學發現是一個漫長而艱辛的過程，科學發現是由很多科學家共同參與共同努力的結果。

與科學史及發現實驗相關的“資料分析”還有“細胞學說建立的過程”“葉綠體的功能”和“促胰液素的發現”等。在根據科學家的這些真實研究資料設置引導學生閱讀觀察與討論分析的問題時，要注意讓學生厘清與領悟科學家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法，挖掘科學家在實踐過程中的探究技能以及他們在科學研究中所表現出來的科學態度與科學精神。

4 嘗試解決生產生活中的問題，提升社會責任

“資料分析”中的有些內容是人們生產生活中的常見問題，教學中將這些問題與學生已有的生物學知識聯系起來，去分析或評價、解釋或解決這些問題，能夠讓學生感受到生物學知識的價值，從而引導他們關注生產生活中與生物學相關的事情，讓他們能夠基于生物學的認識，去參與討論或作出解釋或嘗試解決。

例如，教材必修1第6章第4節“健康的生活方式與防癌”的“資料分析”中，介紹了英國流行病學家對癌癥的病因分析結果，食物中的抗癌物質與致癌物質以及癌癥與心理狀態的關系并附3個討論題。據此教師補充完善問題，再按如下順序呈現給學生以引導他們閱讀思考與討論分析：①在癌癥的病因分析結果中哪兩種因素致癌比例最高？②你認為“病從口入”這句話，適用于癌癥嗎？③你知道世界衛生組織公布的全球十大垃圾食品嗎？為什么稱為垃圾食品？④你還知道哪些因子能夠引起癌癥？請舉例說明。⑤你認為的健康生活方式包括哪些內容？⑥在你自己和家人目前的日常生活中，有哪些做法會增加患癌風險？有哪些做法會有利于預防癌癥？今后我們應該如何預防癌癥？通過這些問題的討論分析能夠讓學生明白，致癌比例最高的因素是吸煙與不當飲食。因為煙草中含有如尼古丁、焦油等之類的致癌物質；油炸類、腌制類和燒烤類等食品中含有較多的致癌物質以及防腐劑和食品添加劑等，且營養成分低；為了預防癌癥，要遠離各種致癌因子，養成崇尚健康飲食等良好的生活習慣。

“資料分析”中與生產生活問題有關的內容還有“分析細胞呼吸原理的應用”“轉基因生物和轉基因食品的安全性”和“器官移植所面臨的問題”等。通過教師引導學習這些內容能夠讓學生認識到，細胞呼吸原理在生產生活實踐中的廣泛應用；無論是“挺轉”還是“反轉”都需要拿出令人信服的足夠的證據；盡管器官移植由于免疫抑制劑的應用大大提高了存活率，但我國器官移植面臨供體器官嚴重短缺的問題，需要喚醒潛藏于人們心靈深處的愛心，讓更多的人自愿捐獻器官；植物生長調節劑的應用具有兩面性，應用得當能夠促進生產力的提高，應用不當則帶來負面影響等。

(基金項目：全國教育科學規劃單位資助教育部規劃課題“智慧教研模式的構建與實踐研究”,No.FHB160573)