科學精神在高中生物學教學中的養成路徑

陳海萍

［摘要］ 通過高中生物學教學中的相關案例分析，嘗試總結科學精神在高中生物學教學中的養成路徑。研究提出，在科學實驗的定量分析、科學現象的解釋澄清、科學建模的推理論證、科學實踐的合作修正，以及科學成果的質性評價中，增進循證探索意識，培育質疑審辯思維，生成抽象轉化能力，滲透人文道德修養和涵育平權尚實精神。

［關鍵詞］ 科學精神；中學生物學；循證探索；質疑審辯；科學實踐

一、在科學實驗的定量分析中助推循證探索意識

循證探索意識的養成往往基于學生對當前科學技術發展的認識，透過相關事實證據對生命現象進行不斷探究。生物學實驗的創新并非否定他人的實驗成果和結論，而是對教材上或前人所做實驗提出更具創造性和建設性的嘗試，對一個實驗給出更多可選擇的實踐方法，更深層次地思考、探尋實踐結果的意義，并將具有科學精神的教學活動融入實驗創新教育中，引導學生形成正確的價值觀念。

嚴謹的科學數據能夠令人信服。比如，“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗有很大的延展性，既包含豐富的基礎知識，又要求具備邏輯思維能力。原實驗的方案根據產物與檢測試劑產生的顏色來判斷產物的多少、種類，進而進行定性分析，主要注重實驗原理的理解、實驗材料的選擇、實驗試劑的選擇、實驗裝置的設計、實驗步驟的設計，以及變量分析與控制等知識。其內容介于學生現有的認知水平和可能的發展去向之間，它們的關聯性符合學生的認知習慣，并為學生順利進入下一個發展區提供了支架，但定量分析在該實驗中卻無從體現。對此，教師可以把現代科技根植于課堂，運用計算機數據采集系統自動、迅速地采集并記錄錐形瓶溶液中溶解氧、空間中的CO2和O2濃度數值，然后用Excel軟件和Origin軟件制作溶解氧、CO2與O2濃度的變化曲線。這樣就能準確分析在有氧呼吸過程中O2消耗量與CO2產生量之間的固定關系，進而讓學生領會細胞呼吸生理變化過程中質變與量變的辯證關系，最終合理運用細胞呼吸原理解釋現實生產生活中的現象，解決現實生產生活中的問題。

“思索→質疑→猜想→探究→……”不斷持續，學生就在這種“不平衡→平衡→不平衡→平衡→……”的狀態中真正做到獨立思考，激發學習知識的興趣，增進觀察、分析能力，確定推理與假設的邏輯關系，同時在質疑中把試圖陳述的問題向更深更廣的層面推進，運用所獲得的新知識、掌握的新技能、科學的思維方式來思考問題的成因，探索解決生活問題的基本程式。

二、在科學現象的解釋澄清中培育質疑審辯思維

自然界中的生物奧秘無窮無盡，無處不在的生物知識根植于學生的生活世界，值得我們引導學生在學習過程中不斷超越現實生活。如果能對人們的感知、經驗、情景、判斷、信念或意見表征的可信性進行評價，就能提升學生對生活的認識深度，以及學生對生命價值的重視度和理解度，改善當下生存狀態。

思維起于質疑，質疑起于情境。在學生的生活前概念基礎上創設情境，有利于引導學生主動形成比較全面的認識，建構自己新的認知。比如，在“食物鏈”教學過程中，討論“啄木鳥是益鳥還是害鳥”時，一部分學生認為啄木鳥是益鳥，因為它的食物絕大多數是存活在樹皮中對樹木生長有害的蟲子，而且啄木鳥食量大、活動范圍也很廣，這個結論可被當作真的論據接受；一部分學生提出疑問，如果蟲子藏得深，啄木鳥會給樹干來一個深入追查，甚至刨洞筑巢，足以破壞樹干內的組織結構；另一部分學生還評估啄木鳥是益鳥這一觀點的論據存在重大漏洞，啄木鳥敲擊樹干流出汁液或形成小樹洞，容易吸引害蟲落腳生息，對樹木的生長非常不利；還有一部分學生認為僅從啄木鳥的食譜來說，得出的結論有點片面；甚至有一部分學生通過調查，發現啄木鳥還會啄食其他鳥類雛鳥的內臟或腦髓，并將視頻的網址生成二維碼，確定了在自己認知能力范圍內的附加信息，削弱了啄木鳥是益鳥的論據。

生物學教學著眼于學生作為生活中人的需求，調動學生的好奇心，重視知識與生活體驗的聯系，貼近學生現實生活。創設生活化的教學情境，能夠充實課堂內容，引導學生在原有生活體驗上延伸思維觸角、尊重基本事實與基本邏輯、激發學習者的認知需求、豐富生活經歷、提升生活質量，以養成質疑審辯思維。

三、在科學建模的推理論證中生成抽象轉化能力

高中生物學新課標要求，讓學生學會用建構模型的方法解決生物學的概念、原理、過程等問題，并在建構過程中領悟建立模型的理性思維方法。通過建構模型能夠使生命現象、生命過程和生命本質得到簡化、純化和外化，再現原型的各種復雜結構、功能和聯系，在不斷推論的過程中使科學根據和生物學事實相一致，讓學生更容易地理解和掌握知識的內在規律和聯系。

只有經過真正意義上的實踐，才能作為我們認知生命現象的標準。如“DNA分子雙螺旋結構模型”制作，需要我們建構概念模型，尋求證據了解“DNA分子結構”的基本知識，從而獲得所需的相關理論，輔助對知識的深層理解；遴選制作構建模型的基本原件，謀劃尋求學生親自動手構建DNA分子雙螺旋結構模型的方法，收集、匯集前人實踐中可供支持的經驗，并了解結構中基本原件間的關系；斷定、揭示哪些缺失的信息會影響這一選擇的合理性，再對決定該選擇的優點、相關信息做出推論和判斷，形成一個指向明確的計劃；最后，借助一定的技術手段，依據DNA分子中各化學成分的關系連接各基本原件，以實物形式直觀地表達認識對象的特征，檢驗、修補、完善模型，清晰地回答所要解決的問題，反映生命現象的發生、發展，以及生物結構生理的相互聯系，化解抽象的生物學難題。

無論是概念模型建構、物理模型建構，還是數學模型建構，作為思維方法和行為方式，它們都需要排除、舍棄研究對象的非本質因素。學生要想剔除非本質部分，需要基于充分的理性和事實，突出事物的本質特征，在積極參與知識建構中確定研究對象，系統、透徹地理解設置的已知和未知，使認知水平逐步由片面的感性認知轉向全面的理性認知，選擇合適的研究方法從具體向抽象過渡，進而凝練出抽象精當的理論和規律；在不斷推論中檢驗模型的科學性和準確性，將感性思維上升到理性思維，從中領悟科學探究的方法，獲得創新意識與創新能力，增進批判性思維技能，讓科學精神成為融入學生骨血的文化烙印。

四、在科學實踐的合作修正中滲透人文道德修養

調查類探究學習是新課標提倡的學科實踐活動。其立足學生的實踐能力培養，在活動過程中精準記錄、精確描述和精當評估，進行由此及彼、由表及里的推理，去粗取精、去偽存真，得出推理的結果，并在特定標準和語境中揭示本質、尋找規律，驗證結論的正確性，以發展學生透過現象把握本質的能力。

校園活動中，讓學生對校園每一種植物進行補充、認定和掛牌，完善學校綠色校園規劃，這既是課堂教學的延伸，又是校內教育的重要補充、校園文化建設的重要保障，能夠讓學生獲得更為豐富的知識。具體流程：在Excel中繪制整個校園的分布示意簡圖，以便對掛牌布局予以精確陳述，防止在首次認定后二次確認時找不到位置，同時也方便統籌牌子的合理分布→利用軟件APP“花伴侶”“識花君”“形色”“花幫主”等開始初次認定植物名稱，根據辨識結果再進行監控，網上搜索和查閱書籍進行二次確認，并標注在校園分布示意簡圖上，統籌掛牌的區域和掛牌的數量→查找古詩詞中寄托人們主觀情思、最能表現校園文化和激勵學生的詩句，思考選用自己比較滿意的詩句，形成人文素養→根據內容和視覺效果設計牌子的大小和版面，認識到每前進一步都伴隨著困難的產生和解決，并考慮在不同區域選用固定牌子的方法→在“草料二維碼生成器”中生成二維碼，掃碼延伸閱讀，以彌補牌子版面內容的不足。如此，學生在實踐過程中不斷反思，發現不足，進而根據先前經驗、邏輯關系和辯證方法找到解決問題的辦法。

通過實踐，學生學到了豐富的知識，形成了科學探究的能力，激活了合作共贏的團結意識，彰顯了肩負社會責任的道德素養，同時在“問題→嘗試性解決→反思、質疑、排除錯誤→新的問題→……”過程中有力地提高了自身綜合素養。

五、在科學成果的質性評價中涵育平權尚實精神

學業評價是教學評價的重要組成部分，可分為終結性評價和過程性評價。終結性評價使用的主要方式是測驗，是量化的評價方法；過程性評價旨在了解教學實施的效果和學生學習過程中存在的問題，側重于質性評價。

“生態系統的物質循環”一節內容在教學上有很大的延展性，教學中可以對學生的發散性思維能力和知識遷移能力進行評價。教師提出問題：我們能否獲得遠古時期生物的物質？請提出你的思考和想法。問題最終指向對生態系統整體性的理解，但在得出答案的過程中，還有值得探討的問題：生態系統物質循環概念中的物質是指什么？生物圈內碳元素的主要存在形式有哪些？碳在生物群落生物體之間以何種形式流動？無機環境中的碳主要通過什么生理過程進入生物群落？生物體內的碳以何種形式進入無機環境，生物死亡后碳去向何處？古代生物的遺體變成化石燃料中的碳元素怎樣返回無機環境？人類活動對碳循環有什么影響？學生需要闡明自己的意見，檢視自己的思維過程，尊重客觀事實，并設計必要的補救或校正錯誤的措施。

自我校準強化了個人感情和社會心理等方面的需求，為學生提供了展示自我的平臺和機會，在對等的信息交流溝通中融評價于集體活動之中，讓反饋調節更加及時，促進養成習慣、信仰、動機、興趣等平權文化心理，從而能夠調動被評價者自覺地內省與反思，使他們在討論交流、作品展示過程中獲得積極的團隊情感體驗，產生強大的凝聚力，更加客觀、全面地認識自己，調整自身的思想行為，充分挖掘學習的潛力，形成團隊共同的使命感、歸屬感和認同感。

［本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃2020年度重點資助課題“基于大概念的高中生物學主題式教學研究”（項目編號：B-a/2020/02/49）階段性研究成果］