基于強(qiáng)化“科學(xué)本質(zhì)”的高中生物學(xué)教學(xué)策略

（江蘇省南京師范大學(xué)附屬中學(xué) 江蘇南京 210003）

新時(shí)代背景下，社會對人才的定義發(fā)生了變化，作為人才培養(yǎng)基石的基礎(chǔ)教育改革順勢而為。新課程提出發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，包括“必備知識、關(guān)鍵能力、核心價(jià)值”。這就要求教師在教學(xué)中去粗取“精”，使學(xué)生通過學(xué)“本質(zhì)”，形成人的“核心”素養(yǎng)。

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出高中生物學(xué)教學(xué)要注重生物科學(xué)史和科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)。但隨著學(xué)生年齡的增長，學(xué)習(xí)內(nèi)容呈現(xiàn)學(xué)科化、專業(yè)化趨勢，學(xué)科教學(xué)往往囿于學(xué)科本身，自然科學(xué)共性特征如科學(xué)本質(zhì)呈現(xiàn)邊緣化趨勢。生物學(xué)教師要有意識地“逆勢而動”，改變教學(xué)策略，利用“學(xué)科”學(xué)習(xí)“科學(xué)”，利用“學(xué)科知識”探索“科學(xué)本質(zhì)”。

著名教育科學(xué)家萊德曼提出了科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵的8個維度：暫時(shí)性、理論負(fù)載性、實(shí)證性、創(chuàng)造力和想象力、觀察和推理有區(qū)別、理論和定律有區(qū)別、科學(xué)方法的多樣性、社會和文化的嵌入性。教師可以上述科學(xué)本質(zhì)多維度的發(fā)展為目標(biāo)，組織內(nèi)容，尋找方法，開展實(shí)踐。筆者嘗試通過“融合教學(xué)、科學(xué)史教學(xué)、情景教學(xué)、探學(xué)教學(xué)”教學(xué)策略跳出學(xué)科看科學(xué)本質(zhì)，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 融合教學(xué)中提煉科學(xué)本質(zhì)

高中階段教學(xué)呈現(xiàn)學(xué)科化、專業(yè)化趨勢，對于學(xué)科共性特征和學(xué)科邊界內(nèi)容缺少有效關(guān)注。隨著“立德樹人的全面育人”理念的提出，教育反而需要進(jìn)一步加大融合。高中生物學(xué)教師要有“逆勢而動”的意識，尤其需要在學(xué)術(shù)化、學(xué)科化的同時(shí)兼顧學(xué)科內(nèi)和學(xué)科間的整體化設(shè)計(jì)。近年來新興教學(xué)業(yè)態(tài)，如HPS（歷史、哲學(xué)、社會融合）、STS（科學(xué)、技術(shù)、社會融合）、STEAM（全科融合）就是融合教學(xué)大發(fā)展的佐證。教師只有采用融合教學(xué)，從多學(xué)科角度考慮問題，才有橫看成嶺側(cè)成峰的立體效果，才有利于學(xué)生辯證思維形成，更有利于學(xué)生透過問題現(xiàn)象提煉學(xué)科共性的科學(xué)本質(zhì)。

融合教學(xué)首先需關(guān)注生物與其他自然學(xué)科的融合。不同的自然學(xué)科有共同的話語體系，有相近的學(xué)科思想（如實(shí)證思想），有相同的學(xué)科方法（如假說演繹法）。另外，自然學(xué)科還有大量的涉及多學(xué)科的臨界知識，它們是學(xué)術(shù)研究的盲點(diǎn)，是學(xué)科突破的難點(diǎn)，是參悟科學(xué)本質(zhì)的堵點(diǎn)。高中教師要關(guān)注學(xué)科臨界知識在不同學(xué)科的各自表達(dá)，在教學(xué)時(shí)可以大問題牽引為出發(fā)點(diǎn)、學(xué)科融合為著力點(diǎn)、提煉學(xué)科共同本質(zhì)為落腳點(diǎn)，最終通過大問題牽引式的多學(xué)科融合教學(xué)，實(shí)現(xiàn)從從現(xiàn)象到本質(zhì)的提煉。

在大問題“水分子跨膜運(yùn)輸方式及特點(diǎn)”的融合教學(xué)中，生物學(xué)教師更要充當(dāng)科學(xué)教師的角色，引導(dǎo)學(xué)生綜合分析多學(xué)科，透視物質(zhì)運(yùn)輸?shù)目茖W(xué)本質(zhì)：從化學(xué)“相似相溶”原理分析，水分子是極性分子，而磷脂是非極性分子，因此水分子直接擴(kuò)散的速度較慢，預(yù)測細(xì)胞膜上可能存在其他的極性分子（后來發(fā)現(xiàn)是“水通道蛋白”）協(xié)助水分子跨膜；從物理“布朗運(yùn)動”原理分析，溫度越高，水分子的跨膜速度越快，說明在一定范圍內(nèi)，溫度越高越有利于細(xì)胞對水分的吸收；再從生物“滲透作用”原理分析，水分子移動與溶液濃度有關(guān)，濃度差越大運(yùn)輸速度越快。上述多學(xué)科的融合學(xué)習(xí)過程系統(tǒng)化解決了水跨膜運(yùn)輸?shù)母鞣N科學(xué)問題，包括物質(zhì)運(yùn)輸?shù)摹胺绞健⑺俣取⒎较颉保蠁栴}本然特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，也有利于學(xué)生更全面了解的跨膜問題，看清問題的科學(xué)本質(zhì)。

科學(xué)本質(zhì)還需要有其他學(xué)科“內(nèi)容、方法、觀念”的助力，學(xué)科教師的課堂不僅是學(xué)科教學(xué)，也是科學(xué)、社會學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的課堂。教師要關(guān)注與不同學(xué)科的融合，HPS融合教學(xué)有利于生命觀念與史學(xué)、哲學(xué)、社會學(xué)觀念的融合，有利于提煉出萊德曼提出的科學(xué)本質(zhì)的社會嵌入性維度——“科學(xué)會受到社會和文化的影響”；STS融合教學(xué)強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、社會的全面結(jié)合，有利于提煉出“科學(xué)發(fā)展依賴技術(shù)推動”的科學(xué)本質(zhì)；STEAM融合教學(xué)，關(guān)注全學(xué)科的結(jié)合，有利于提煉出“科學(xué)是創(chuàng)造性工作，需要多學(xué)科支撐”的科學(xué)本質(zhì)。

2 科學(xué)史教學(xué)中感悟科學(xué)本質(zhì)

科學(xué)是一個不斷發(fā)展的過程，科學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了探索、發(fā)現(xiàn)、存疑、否定、再提煉的過程，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的知識不是科學(xué)的全部，科學(xué)史的沉淀才是科學(xué)的精髓。學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的感悟和理解既需要上文提及的跨學(xué)科橫向遍歷學(xué)習(xí)，也需要對歷史縱向溯源。科學(xué)歷史中有很多看不見的“隱性重要物件”，這些不能陳列于學(xué)科的“歷史檔案館”里，需要教師進(jìn)行“考古挖掘”。新課程倡導(dǎo)科學(xué)史學(xué)習(xí)，生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)能使學(xué)生沿著科學(xué)家探索生命世界的道路，理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的思路和方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的精神。

在科學(xué)史教學(xué)中，教師的任務(wù)不是對科學(xué)事件簡單堆砌，而是立足于使學(xué)生感悟科學(xué)本質(zhì)這個中心點(diǎn)去組織材料，通過對材料的篩選、甄別、組裝后形成校本化、生本化的科學(xué)史教學(xué)素材。科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵豐富，既有科學(xué)知識本質(zhì)，也有科學(xué)探究本質(zhì)、科學(xué)事業(yè)本質(zhì)。在科學(xué)史教學(xué)中，教師更要“獨(dú)辟蹊徑”尋找視角，促進(jìn)學(xué)生更多地感悟到科學(xué)探究本質(zhì)和事業(yè)本質(zhì)，讓科學(xué)巨匠的精神照亮莘莘學(xué)子。

在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)科學(xué)史教學(xué)中，教師獨(dú)辟蹊徑的呈現(xiàn)科學(xué)家身份，讓學(xué)生感悟科學(xué)探究本質(zhì)和科學(xué)事業(yè)本質(zhì)。教師給出先后參與DNA結(jié)構(gòu)研究的科學(xué)家是富蘭克林（英國化學(xué)家）、威爾金斯（英國生物物理學(xué)家）、沃森（美國生物學(xué)家）、克里克（英國物理學(xué)家）、查戈夫（美國生化學(xué)家），使學(xué)生感悟“科學(xué)探究需要跨國、跨界的精誠合作”，使科學(xué)合作便可以深入人心；讓學(xué)生感悟“科學(xué)知識也可能隨著研究的深入而改變”的科學(xué)本質(zhì)，認(rèn)同科學(xué)研究需要不斷的繼承和發(fā)展。在關(guān)于克隆羊的科學(xué)史教學(xué)中，教師呈現(xiàn)科學(xué)研究數(shù)據(jù)“科學(xué)家經(jīng)過了277次的實(shí)驗(yàn)后才有克隆羊多利的誕生”，使學(xué)生感悟“科學(xué)實(shí)驗(yàn)往往會經(jīng)歷大量的失敗”的科學(xué)本質(zhì)，認(rèn)同科學(xué)工作需要反思、重復(fù)與堅(jiān)守觸及靈魂。在遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)科學(xué)史教學(xué)中，教師又獨(dú)辟蹊徑地呈現(xiàn)科學(xué)爭議的史實(shí)，使學(xué)生感悟“科學(xué)需要爭論、論證和基于證據(jù)的爭論的意義”，促進(jìn)學(xué)生各抒己見，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神。

總之，教師只有把科學(xué)和歷史的經(jīng)歷、故事結(jié)合起來，才能使科學(xué)知識更具有方位感、立體感，更有利于聚焦或觸及科學(xué)本質(zhì)的一些隱性內(nèi)容。

3 情境教學(xué)中參透科學(xué)本質(zhì)

學(xué)科本質(zhì)是學(xué)科所包含的知識體系及本學(xué)科獨(dú)有的思維方式和探究方法。學(xué)科本質(zhì)是科學(xué)本質(zhì)的組成部分和豐富發(fā)展，是科學(xué)本質(zhì)的具體體現(xiàn)。生物學(xué)教學(xué)中指向?qū)W科本質(zhì)的教學(xué)有助于學(xué)生在“生物學(xué)科情境”中參透科學(xué)本質(zhì)，這是學(xué)科存在的重要價(jià)值。教師可將科學(xué)問題“隱藏”到學(xué)科情境中，讓問題富有真實(shí)感、理論性、邏輯性，有利于學(xué)生參透科學(xué)本質(zhì)。

學(xué)科情境教學(xué)就是要還原復(fù)雜問題的真實(shí)學(xué)科背景，教師可有意識地把一些“結(jié)構(gòu)不良的生活問題”放到生物學(xué)科情境中去透視；通過復(fù)雜問題學(xué)科化，學(xué)科問題情境化，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系生活、還原問題真相、滲透問題本質(zhì)的能力。

在社會生活中的很多熱點(diǎn)問題會關(guān)聯(lián)生物學(xué)科，即“社會科學(xué)議程（SSI）”，可作為情境教學(xué)的素材，如轉(zhuǎn)基因食品中涉及到的“提高產(chǎn)量與基因污染問題”（議題1），生態(tài)工程中涉及到的“環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展問題”（議題2），克隆技術(shù)中涉及到的“治療型克隆問題與社會倫理問題”（議題3）。教師可以把這些“社會熱點(diǎn)兼具科學(xué)性”的議題遷移到生物課堂中開展學(xué)科情境教學(xué)，讓學(xué)生有別于普通大眾運(yùn)用生物的學(xué)科本質(zhì)（知識、原理、技術(shù)）科學(xué)化解讀這些SSI。議題1涉及通過控制轉(zhuǎn)基因位置防止基因隨花粉擴(kuò)散，防止基因污染；議題2涉及生態(tài)工程的整體性原理需要兼顧社會問題、經(jīng)濟(jì)問題、環(huán)境問題，能夠解決發(fā)展和保護(hù)的問題；議題3涉及控制克隆組織發(fā)育的時(shí)間解決克隆器官還是克隆人的問題。針對社會話題所開展的學(xué)科情境化辯論還可以讓學(xué)生在辯論中形成科學(xué)精神，發(fā)現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)：①科學(xué)發(fā)展具有暫時(shí)性——科學(xué)知識可能隨著研究的深入而改變；②科學(xué)發(fā)展具有理論負(fù)載性——科學(xué)工作需要高度關(guān)注主觀因素的影響；③需要關(guān)注社會文化嵌入性——科學(xué)會受到社會和文化的影響。這些熱點(diǎn)話題學(xué)科化討論，促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科知識，發(fā)展批判思維，也給學(xué)生參透科學(xué)本質(zhì)提供了契機(jī)。

“晦澀難懂，虛幻飄逸”的科學(xué)本質(zhì)需要學(xué)科情境和生活話題的借力轉(zhuǎn)化，教師可通過設(shè)立發(fā)展科學(xué)本質(zhì)若干維度為目標(biāo)，通過尋找社會與學(xué)科可結(jié)合的SSI話題，借學(xué)科情境之力催化科學(xué)本質(zhì)的顯性化，讓學(xué)生學(xué)會將“生活問題學(xué)科化，學(xué)科問題科學(xué)化”，促進(jìn)學(xué)生從“個”到“類”的學(xué)習(xí)質(zhì)變。

4 探究教學(xué)中發(fā)現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)

基于實(shí)證是科學(xué)本質(zhì)的重要內(nèi)容，自然科學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是實(shí)證研究的重要方式。科學(xué)本質(zhì)三要素“知識、研究、事業(yè)”的形成都需要經(jīng)歷探究過程，知識的本質(zhì)需要在探究中發(fā)現(xiàn)，探究的本質(zhì)在探究中經(jīng)歷，事業(yè)的本質(zhì)在探究中認(rèn)同。學(xué)習(xí)過程本就是學(xué)生具身探索的過程，只有讓學(xué)生切身體會，才能讓學(xué)生領(lǐng)會科學(xué)的真諦，欣賞科學(xué)的美感。

科學(xué)研究本質(zhì)不僅是獲取知識，更重要是經(jīng)歷“不確定因素”。在高中教學(xué)中因理念、課時(shí)等多種原因，科學(xué)探究中的知識因素往往被放大，實(shí)驗(yàn)中可能遇到的“失敗的結(jié)果、意外的可能、美中的不足”卻被人為縮小或忽略。教師這種精加工處理會使學(xué)生失去科學(xué)研究的“關(guān)鍵能力”，如“面對挫折時(shí)處理問題能力，困難面前堅(jiān)持不懈的毅力，實(shí)驗(yàn)操作中需要協(xié)同合作的能力”等，這些關(guān)鍵能力更需要在實(shí)驗(yàn)中被重視。因此，在探究教學(xué)中，教師更要善于捕捉意外情況，變意外為驚喜；引導(dǎo)學(xué)生善于分析實(shí)驗(yàn)失敗，變危機(jī)為契機(jī)。

在探究教學(xué)中，教師需將重點(diǎn)落在發(fā)現(xiàn)學(xué)生探究過程中“意外和失敗”，并及時(shí)將這些意外轉(zhuǎn)化為“生成性深度探究”問題，方能將“意外”轉(zhuǎn)變?yōu)椤绑@喜”。在觀察有絲分裂實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生意外地發(fā)現(xiàn)了“染色體數(shù)目比較多的根尖細(xì)胞、雙核的洋蔥細(xì)胞”。這雖然是小概率事件，但科學(xué)規(guī)律往往始于不同尋常中的發(fā)現(xiàn)，教師不能放過這種毫末的問題，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)有絲分裂原理預(yù)測出細(xì)胞分裂出錯的時(shí)期應(yīng)當(dāng)是后期（染色體未移向細(xì)胞兩極，所以加倍）和末期（細(xì)胞板未出現(xiàn)，所以雙核）。這種“意外的發(fā)現(xiàn)”促進(jìn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)了“分裂異常對細(xì)胞產(chǎn)生何種影響”的意外收獲。在探究教學(xué)中，教師還要讓學(xué)生多經(jīng)歷“挫折”，“問題——探究——失敗——質(zhì)疑——探究”比“問題——探究”有時(shí)更讓學(xué)生領(lǐng)會科學(xué)探究的真諦。例如，質(zhì)壁分離時(shí)間過長引起洋蔥死亡而不能復(fù)原的失敗經(jīng)歷，讓學(xué)生體會到控制實(shí)驗(yàn)時(shí)間的重要性；豬肝研磨液加的太多導(dǎo)致水泡到達(dá)試管口澆滅燃燒衛(wèi)生香的失敗經(jīng)歷，讓學(xué)生體會控制藥品用量的重要性……這些無一不是探索中才能經(jīng)歷到的科學(xué)本質(zhì)。

局限于文本閱讀的學(xué)習(xí)讓學(xué)生經(jīng)歷太少，局限于淺嘗輒止的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生只能掌握科學(xué)表象，難于掌握科學(xué)本質(zhì)。因此，教師要改變探究教學(xué)觀念，要從實(shí)驗(yàn)的“目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施、評價(jià)”等多方面促進(jìn)和引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)挖掘科學(xué)本質(zhì)。

生物學(xué)做為一門重要的自然科學(xué)，決定了高中生物學(xué)教學(xué)不僅要關(guān)注學(xué)科教學(xué)，更要通過多種教學(xué)策略關(guān)注科學(xué)本質(zhì)；不僅要聚焦科學(xué)知識本質(zhì)，更要關(guān)注科學(xué)研究和科學(xué)事業(yè)本質(zhì)。只有對科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)才有助于學(xué)生建立生物學(xué)觀念，了解科學(xué)知識產(chǎn)生特點(diǎn)，把握自然科學(xué)的特點(diǎn)，從而促進(jìn)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成。