援引經典科學史闡釋科學本質的維度內涵

孟凡龍 崔鴻 倪忠春

摘要基于“光合作用的發現史”中豐富的科學本質內涵，依托《普通高中生物學課程標準（2017年版）》，深度闡述科學知識的本質、科學探究的本質和科學事業的本質三個維度中各個要素的本質內涵，養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，進而提升學科核心素養。

關鍵詞 科學本質 科學史 光合作用 發現史

中圖分類號C633.91

文獻標志碼B

科學是一個建立在可檢驗的解釋和對客觀事物的形式、組織等進行預測的有序的知識的系統，是使主觀認識與客觀實際實現具體統一的實踐活動。對于什么是科學本質（ Nature of science，NOS），科學家、科學哲學家、科學教育者等還沒有達成一致的認識，它通常指“科學的認識論，科學是一種認識世界的方式，是在科學知識發展過程中固有的信念和價值”。綜觀國內外學者對科學本質范疇和內涵的界定，雖然在具體的表達和側重點上有所差異，但大致可認為科學本質包括三個維度：科學知識的本質、科學探索的本質和科學事業的本質。

McComas和Olson從科學哲學、科學史、科學社會學以及科學心理學4個學科的角度對5個國家的8個課程標準中有關科學本質的陳述進行分析。結果顯示這些文件中對科學本質有較為一致的觀點，認為上面談到的4個學科都與科學本質有關系，其中科學史所占的比例最大，如圖1所示（說明：不同的圓代表不同的學科，其大小則代表對科學本質貢獻的多少）。準確理解科學本質與科學史的關系，基于科學史的教學可以更好地促進學生對科學本質的理解，建立正確的科學本質觀。

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱新課標）在“實施建議”中明確提出：“學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的思路和方法，學習科學家獻身科學的精神，這對提高學生的生物學學科核心素養很有意義。對科學本質的學習有助于學生建立生物學觀念，了解科學知識產生的特點，把握自然科學的特點，并以此來辨別現實生活中的科學和非科學，從而促進生物學學科核心素養的達成。”

1 科學知識的本質維度

科學知識是對客觀世界的如實反映，主要包括科學事實、科學定律、科學假說、科學理論等。在新課標中對科學知識本質的描述主要有：課程性質中的“生物學是研究生命現象和生命活動規律的科學。生物學的發展需要許多人的共同努力和不斷探索”;實施建議中的“科學是一個發展的過程。科學知識可能隨著研究的深入而改變。理論和定律賦予科學解釋的能力，但兩者不盡相同”。

“光合作用的發現史”內容對應的是《必修1·分子與細胞》中的“概念2細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖（大概念）”“2.2細胞的功能絕大多數基于化學反應，這些反應發生在細胞的特定區域（重要概念）”“2.2.3說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉變為糖與氧氣的過程中，轉化并儲存為糖分子中的化學能（次位概念）”。在新課標的教學提示中指出“探究不同環境因素對光合作用的影響”，在學業要求中提出“從物質與能量視角，探索光合作用與呼吸作用，闡明細胞生命活動過程中貫穿著物質與能量的變化（生命觀念、科學思維、科學探究）”，在學業質量水平4中指出“能運用結構與功能觀、物質與能量觀、穩態與平衡觀分別闡釋葉綠體結構和功能之間的關系、光合作用的物質和能量的偶聯機制、細胞穩態與個體穩態協調調節等;能運用進化與適應觀闡釋葉綠體中的化學反應本質，以及與細胞內外其他結構環境的關系，深入理解生物的統一性、獨特性和復雜性;在新的問題情境中，能以生命觀念為指導，解釋生命現象，學會遷移應用，探究生命活動的規律，構建科學的自然觀;基于上述觀念，能夠將科學、技術、工程學和數學綜合運用在實踐活動中，解決生活中的實際問題，形成正確的價值觀、人生觀和世界觀”（表1）。

2科學探究的本質維度

科學探究是用以獲得知識、領悟科學的思想觀念、領悟科學家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動。新課標中對科學探究本質的描述主要有：課程性質中的“在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程中習得生物學知識”;基本理念中的“通過探究性學習活動或完成工程學任務，加深對生物學概念的理解，提升應用知識的能力，培養創新精神”;教學建議中的“組織以探究為特點的主動學習是落實生物學學科核心素養的關鍵，科學工作依賴觀察和推論、科學工作采用基于實證的范式、科學是創造性的工作、科學工作中要高度關注主觀因素的影響。”“光合作用發現史”中多位科學家的經典實驗有助于學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的思路和方法，學習科學家獻身科學的精神，提升學生的生物學學科核心素養（表2）。

3科學事業的本質維度

科學是一項復雜的社會性活動，必須考慮倫理的原則。科學被組織成系統的學科知識并在各種公共機構中進行傳播，科學家以專家和公民雙重身份參與公眾事務。新課標中對科學事業本質的描述主要有：課程性質中的“生物學正在對社會、經濟和人類生活產生越來越大的影響”;教學建議中的“落實科學、技術和社會相互關系的教育——科學會受到社會和文化的影響”。“光合作用發現史”中科學家們的實驗背景的多元化彰顯了科學與道德規范、技術社會的深度融合，也體現了科學家們作為國家公民的責任與擔當（表3）。

在生物學教學中運用科學史進行科學本質的顯性教學，所選擇的生物學史料并不需要對科學本質的很多方面都有涉及，一次教學不可能讓學生獲得很多有關科學本質的認識。因此，教師在每一次的教學中要設定合理適當的科學本質教學目標。教師可以對學生科學本質觀的培養作整體設計，在具體每一次的教學活動中，教師應根據所選擇的生物學史實特點和教學條件，重點培養學生對科學本質某一方面或者某幾個方面的理解。同時，教師需要充分挖掘教科書中所涉及的生物學史中蘊含的科學本質內涵，在教學中展現科學發現的真實面貌，突出科學知識發展的過程及其影響，使學生體會并領悟到科學的本質。

生物學是自然科學中的一門基礎學科，是研究生命現象和生命活動規律的科學。它不僅是一個結論豐富的知識體系，也包括了人類認識自然現象和規律的一些特有的思維方式和探究過程。生物學課程既要讓學生獲得基礎的生物學知識，又要讓學生領悟生物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。生物學課堂上，教師要引導學生主動地參與學習，使學生在親歷科學探究的過程中習得科學知識，并進行有效的科學實踐，建立對科學事業的認識，深度理解科學的本質。指向科學本質的生物學科學史教學需要從科學知識、科學探究、科學事業維度深度闡述各個要素的本質內涵，在教學過程在不斷滲透，進而使學生養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，提升科學素養，發展終身學習及創新實踐能力。

參考文獻：

[1]高育蒙.高中生物學中HPS教育對學生科學本質觀的影響[D].金華：浙江師范大學，2012.

[2]王健，劉恩山.“科學本質”的研究及其進展[J].生物學通報，2007，（6）：38-40.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018： 60.