科幻作品中生命科學教育課程資源的開發研究

福建省晉江市紫峰中學 蔡寶惜 福建省晉江市養正中學 杜惠東 福建省晉江市紫峰中學 吳佐建

科幻，即科學幻想，是指以科學理論或科學技術為基本依據，對尚未實現或發現的事物進行的合理想象。科幻是科學進步的助推器，對培養人的創新精神具有很高的價值。將科幻應用于教育領域，不僅可以激發學生的學習興趣，還能培養學生的創造力和想象力。科幻的載體包括文學作品、藝術作品、影視作品、游戲作品等各種文藝作品。這些載體中，蘊含著豐富的課程資源。形形色色科幻作品中關于生命的探索，深深地吸引著對世間萬物、對生命充滿好奇和熱忱的青少年，為他們打開了一扇探索生命之奧秘的大門。本文旨在探索科幻作品中生命科學教育課程資源的開發和應用策略，在中學生物學課程的框架下促進學生的創新能力的發展。

一、科幻作品的種類及特點

1.文學作品。

文學作品是科學幻想的基本形式，基于想象的文本也是藝術創作、影視創作和游戲創作的基礎。科幻小說是科幻文學作品的最主要的形式。科幻小說是基于科學進行想象創作的，包含科學的原理、合理的邏輯和人文的思考。例如，1978年美國科幻作家David Rorvik創作的科幻小說《自我的鏡像:人的復制》（In His Image:The Cloning of a Man）講述了一個美國富商，在記者和科學家的幫助下，以無性生殖的方法得到一個與他一模一樣的復制品。在小說里，克隆人的過程應用了體細胞核移植技術、胚胎移植技術，同時也關注了人的生存和繁殖問題。小說中描述的克隆技術與克隆羊多莉所使用的技術幾乎是完全一致的，這說明基于科學原理的想象，是有可能實現的。因此，優秀的科幻小說應是科學、邏輯和人文的統一。

2.藝術作品。

以科幻為主題的藝術作品中，科幻畫是常見的形式。科幻畫的應用廣泛，例如科幻漫畫、科幻小說插畫、科幻電影海報、科幻電影或科幻動漫的分鏡手稿等。科幻畫以更加直觀的方式對科學幻想進行呈現，往往蘊含著對科學技術的反思。例如，日本漫畫家藤子·F·不二雄創作的科幻漫畫《哆啦A夢》包含了很多與生命科學有關的內容：“地板上的稻田”、“動物逃脫形態藥劑”、“國際保護動物噴霧器”、“人類制造機”、“器官出租手提袋”、“運動神經控制器”、“神奇盆栽”等。這些內容涉及生命科學的基本原理，又進行了合理的幻想，并開展貼近生活的敘事，對兒童的科學啟蒙有一定的價值。

3.影視作品。

影視作品能更加直觀、動態地表現出科學幻想。以科幻為主題的影視作品，包括科幻電影、科幻劇集、科幻動漫等。上文提到的科幻漫畫《哆啦A夢》的同名影視化作品就是一部經典的科幻動漫。科幻電影通常采用科學幻想元素作為題材，在科學上的幻想性情景中進行敘事。例如，1997年由新西蘭導演Andrew Niccol執導的電影《千鈞一發》（GATTACA），講述了在基因決定命運的未來世界，基因缺陷的文森特通過和基因完美的杰羅姆交換身份來實現自己的太空夢的故事，表現出了生物技術的倫理問題的關注。

4.游戲作品。

游戲作品的特點是能夠和玩家實現交互，使玩家能夠參與想象的過程。科幻游戲作品往往新奇有趣、富有想象空間、結局又出乎意料。例如，2021年由FatalCage制作的游戲《計量學:最終生命體形式》（Memetric:Final Lifeforms），設定了玩家的目標是在地球生物滅絕之后重新在地球上探尋、繁衍新生命。又如，2017年由Studio Wildcard制作發行的游戲《方舟：生存進化》（ARK:Survival Evolved），設定了一群醒來便出現在神秘海灘的人類為了生存而探索遠古開放世界的游戲背景。

二、科幻作品的篩選原則

1.符合課程的基本價值。

一方面，生物學課程的價值指向是提升學生的生物學核心素養。在選擇科幻作品時，要有助于學生形成生命觀念，有助于提升學生的科學思維能力，為學生提供科學研究的范式，有助于培養學生嚴謹的科學態度和強烈的社會責任感。例如，社會責任是生物學學科核心素養的重要組成。很多科幻作品會以人類破壞自然之后可能導致的后果為題材進行創作，以此作為警示教育的素材，有利于形成關愛自然、和諧發展的價值觀。另一方面，生物學課程作為一門科學課程，有科學性及正確價值觀的導向要求。因此，在對科幻作品進行選擇時，要注意科幻作品的價值觀是否符合課程的價值觀。特別是在選擇一些國外制作的科幻作品時，更要注意這個問題。有些科幻作品并不是基于科學原理展開，存在科學性方面的不足，也不是適宜作為教育資源。因此，在選擇科幻作品時，要注意科學性和價值觀的統一，以期符合學科的需要、學生發展的需要和社會的需要。

2.符合課程的內容要求。

課程標準的內容規定了學生學習內容的深度和廣度。科幻也并非天馬行空地想象。在課程框架下選擇科幻作品必然要符合課程標準關于內容的要求。在選擇科幻作品時，要注意科幻作品的科學性，分析其中的科學原理，突出對生命科學未來的預見性。根據課程的內容要求，將科幻內容與課程內容進行有機融合，既不能加重學生的學習負擔，又要能準確突出課程標準的內容要求，使科幻作品能真正起到有利于教學的效果。這里要注意的是，對科幻作品的處理要發揮教師的主觀能動性。有些科幻作品雖然存在部分內容超出課程標準要求的情況，但是其中的一部分內容若與課程內容相關，通過教師的二次加工也能夠滿足教學的需要。

3.符合學生的認知能力。

情境信息對知覺的加工有顯著影響，適當難度的科幻作品能推動教學，難度與認知能力不匹配的科幻作品反而對教學有阻礙作用。科幻作品是充滿想象力的。這使得有些科幻作品中可能充斥著晦澀難懂或生搬硬造的科學詞匯。在學生所掌握的科學原理較少的情況下，所涉及的想象內容要避免脫離學生的認知能力。否則，在教學中應用這些科幻作品時，可能導致低效、甚至無效，給學生帶來更多一時無法解決的困惑。對于這部分科幻作品中合理的部分，也需要進行適度的二次加工，降低難度，使之更容易理解，有利于推進教學。

4.符合學生的發展需求。

科幻作品的價值在于發展學生的想象力和創新能力。因此，所選擇的科幻作品，不僅僅是作品本身的想象，而更應該強調作品本身給學生的思維帶來的啟發。從這個角度看，科幻作品的思想性尤為重要。所選擇的科幻作品要能用于開展提升學生思維品質的教學活動，以利于教學情境的創設、教學設計的推進，從而促進學生的發展。

三、科幻作品的加工策略

1.直接呈現。

對于一些簡短的科幻小說，或者是單幅的科幻畫，在切合教學內容的情況下，可直接呈現。在教學中，也可選擇科幻小游戲與學生進行互動，增強課堂的互動性。對于一些容量較大的作品，可作為課后拓展的內容，布置學生利用課余時間完成觀看。這些科幻作品，除了它自身的可讀性、可觀性強以外，其所蘊含的生物知識的豐富性，都需要給學生足夠的時間和空間去挖掘、去思考、去理解。

2.圖文并茂。

科幻作品可用文字輔助圖片的形式將科幻情境表現出來，減少學生理解的難度。對于一些冗長的科幻小說，可對其進行適度的加工，將其核心內容和重要的插畫結合起來，既保留了科幻的核心，也使得其容量更符合課堂教學的實際。對于影視作品和游戲作品，也可以選擇其中切合教學目標和學習目標的部分內容用文字的形式進行描述、介紹，以此作為教學情境。

3.制作微課。

制作微課是科幻作品加工的重要策略。結合教學目標和學習目標制作微課，能夠增強教學的直觀性，有效吸引學生的注意。制作微課的過程是對科幻作品進行了一次篩選和再次創作的過程。因而，微課上的內容設計相對于原本的科幻作品，必然是精煉、簡約的，更加貼合教師的教學目標和學生的學習目標。從科幻作品的角度看，影視作品和游戲作品中有豐富的動態元素，更加適合以微課的形式呈現。影視作品具有直觀形象的特點，能可直接對影視作品的片段進行截取，也可制作影視作品的解說視頻。

四、科幻作品在教學中的應用

將科幻作品作為一種課程資源進行開發，挖掘其中適用生命科學教育的科幻教育課程資源，并以課程標準的大概念教學為體系建立的科幻教育的課程資源庫。現在以“人工合成生命的探索”為例，從資源庫中選取合適的材料經過適當加工后進行教學設計，說明科幻作品在教學中的應用。

1.教學目標。

“人工合成生命的探索”一節主要圍繞培養學生的生物學學科核心素養進行教學設計。主要教學目標包括：生命觀念——運用系統的觀點理解生命的物質性和有序性；科學思維——運用類比推理的思考可能存在的生命形式；科學探究——嘗試分析科學史中人工合成生命的探索歷程；社會責任——針對人工合成生命的中倫理問題發表觀點。其中，“生命觀念”教學目標是本節課的重點和難點。

2.教學過程。

整節課的教學設計，在突出重點的同時，利用各種課程資源進行教學活動，完成本節課其他維度的教學目標。本節課的“生命觀念”教學目標，包含著三個層次。圍繞“生命觀念”的三個層次，開展逐級遞進的教學的同時，實現科學探究、科學思維和社會責任的發展。

第一個層次，理解生命的物質性。在教學中，選取了動漫《哆啦A夢》中的“人類制造機”作為科幻情境，通過設計系列問題，讓學生分析其中的原理，明確組成細胞的元素都是來源于自然界，沒有一種化學元素是生命所特有的。并進一步提出問題：那么是不是意味著通過人工組合這些化學元素就能夠創造生命了呢？按照組成細胞的元素在細胞中的比例，將相應的化學物質放入試管，能否創造出相應的細胞呢？通過提問，啟發學生進行思考。

組成細胞的中化學元素中，碳是核心元素。那外星人是不是一定也以碳作為核心元素呢？通過分析各種化學元素的性質，展示各種硅基生命等有關的科幻畫，引導學生通過類比推理提出生命的各種可能性。最后，向學生推薦劉慈欣的小說《鄉村教師》作為課后拓展閱讀的材料，啟發學生對碳基文明和硅基文明的沖突的想象。

第二個層次，理解生命的有序性。在理解生命物質性的基礎上，進一步引導學生深入探討“人類制造機”中最需要突破的技術問題，是解決元素排列的有序性。從而，讓學生認識到任意堆砌的元素和化合物并不能組裝出細胞。組成細胞的元素和化合物并不是隨機組成細胞，而是在一定的空間和時間條件下的有序有機整體。

在合理想象的同時，結合科學史及科技進展向學生介紹人工合成生命的相關研究，分析其中的科學探究過程。展示“世界上第一個人工合成的蛋白質——牛胰島素”的文本材料，引導學生分析1965年我國科學家人工合成蛋白質的思路和意義。緊接著，展示“2002年美國科學家人工合成脊髓灰質炎病毒”的材料，引導學生分析科學技術的倫理問題。

第三個層次，理解生命的系統性。在此基礎上，選取美國作家詹姆斯·達什納創作的科幻小說《移動迷宮：致命追捕》中有關人工合成病毒的情境，設計問題串引導學生進行思考：人工合成蛋白質是否意味著人工創造生命？人工合成病毒是否意味著人工創造生命呢？從生命的系統性進行分析，病毒沒有細胞結構，要依賴活細胞進行繁殖。這就意味著，病毒雖然也具有有序性，也可以理解為系統，但不屬于生命系統。

在此基礎上，展示“20世紀90年代美國科學家人工合成支原體”、“2018年我國科學家創建單條染色體的酵母菌”等材料。進一步向學生提出問題：人工合成生命的研究有什么意義？這些研究成果是否意味著人工合成生命的設想已經實現？你贊成進行人工合成生命的研究嗎？

3.教學反思。

通過對以上教學分析，科幻作品在生物學教學中主要由以下作用：一是創設情境。本節課通過選取了動漫《哆啦A夢》中的“人類制造機”、科幻小說《移動迷宮：致命追捕》等作為情境，圍繞“人工合成生命的探索”，通過想象和現實交織開展教學，使生物學課堂更加富有生命力。二是激發興趣。本節課所選取的科幻作品，切合學生的認知水平，有效激發了學生的學習興趣，使學生能夠積極投入學習，培養學生的創造力和想象力。三是引發思考。通過科幻情境設置系列問題推進教學是本節課的特色。此外，在本節課的教學過程中，通過展示各種硅基生命等有關的科幻畫啟發學生進行思考，也取得比較好的效果。四是拓展視野。在教學中推薦《鄉村教師》作為課后拓展閱讀的材料，拓展學生的視野。

綜上所述，對科幻作品中的生命科學課程資源進行開發，構建符合教學實際的課程資源庫，在中學生物學教學中將科幻作品有機結合到課程標準要求的內容之中，對實現課堂教學目標有所助益，并能夠促進學生的發展。在今后的教學中，筆者將進一步探索科幻作品應用于生物學教學的案例，推動課程資源庫的應用和充實。