我國高中生物學科核心素養培養的實踐探索

摘? ?要： 在高中生物學科核心素養的培養過程中，教師面臨生命觀念與學科概念的建立、科學探究與實踐能力的培養、社會責任意識的培養等方面的挑戰。通過分析美國《下一代科學標準》中的高中生物學科核心素養實踐相關內容，該研究提出需要明晰生命觀念與學科概念之間的縱向聯系，構建學科概念分級網狀聯結圖譜，在明確“實踐”內涵的基礎上完成“探究”向“實踐”的轉型，構建基于科學與社會間明晰概念關系的深度學習以促成社會責任意識培養等實踐路徑。

關鍵詞： 高中生物；課程標準；核心素養；NGSS

一、研究背景

教育部于2018年1月正式發布了普通高中課程方案和課程標準。之后國務院辦公廳在2019年6月印發《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》，明確要求普通高中“2022年前全面實施新課程、使用新教材”。自此，“雙新”教育改革正式拉開序幕。落實“雙新”課程教學的重點在于培養學生的學科核心素養。《普通高中生物學課程標準》（以下簡稱“新課標”）將生物學科核心素養界定為生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四項內容。1 在對高中生物學科核心素養培養的實踐探索中，筆者總結出教師面臨的一些主要挑戰，并結合美國《下一代科學標準》（Next Generation Science Standards，以下簡稱“NGSS”）給予的一些啟示，望與同行研討。

二、高中生物學科核心素養培養的實踐挑戰

1.非顯性的大概念與生命觀念匹配

新課標將生命觀念定義為“對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法”。概念是指人們在認知活動中，對事物的一般本質特點進行抽象化，并加以歸納總結而成的思維方式。而大概念則是一種更上位的，具備認識論與方法論作用的概念，是學科思想與具體內容的聯結樞紐。1 新課標中共提及4個生命觀念，并提出必修的4個大概念與選修的6個大概念。通過分析可以發現，不同大概念往往可體現出相同的生命觀念，例如必修1的大概念1“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”與選擇性必修1的大概念1“生命個體的結構與功能相適應，各結構協調統一共同完成復雜的生命活動，并通過一定的調節機制保持穩態”都體現了結構與功能觀；必修1的大概念2“細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖”與選擇性必修2的大概念2“生態系統中的各種成分相互影響，共同實現系統的物質循環、能量流動和信息傳遞，生態系統通過自我調節保持相對穩定的狀態”，都體現了物質與能量觀，而新課標中并未將二者建立起直觀的匹配關系。同時，新課標中大概念的表述較長，內容量大，一個大概念往往體現多種生命觀念思想，例如，選擇性必修1的大概念1同時包含結構與功能觀、穩態與平衡觀；選擇性必修2的大概念2同時包含進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀。概念是被嚴格界定的、清晰的，而生命觀念是內隱的、抽象的2，所以用非顯性的方式來體現大概念與生命觀念之間的聯結不利于培養生命觀念。

2.隱含式的學科概念聯結

從事實性知識到概念再到觀念，是建立生命觀念的一般過程，而對概念之間相互聯系的理解是形成生命觀念的前提。3 新課標以模塊主題為框架，采用大概念、重要概念和次位概念三級概念體系來組織教學內容。次位概念是形成重要概念和大概念的基礎，而重要概念是大概念內涵的具體描述。從文本描述看，新課標中不同主題下的大概念毫無交集，但對各大概念下的重要概念及次位概念進行分析后可以發現，部分主題仍包含相同的重要概念思想。例如，必修2的大概念4雖然與選擇性必修2的大概念2看似完全不同，但進一步分析可以發現，后者包含重要概念2.1“不同種群的生物在長期適應環境和彼此相互適應的過程中形成動態的生物群落”，及次位概念2.1.6“不同群落中的生物具有與該群落環境相適應的形態結構、生理特征和分布特點”，而該重要概念及次位概念實質上與必修2中大概念4的重要概念4.2“適應是自然選擇的結果”及次位概念4.2.3“自然選擇促進生物更好地適應特定的生存環境”相一致。生物學的不同主題往往蘊涵相同的學科概念思想，而新課標以模塊主題作為內容框架時，未能直觀地反映同一主題下相同概念的交疊，這種隱含式的學科概念聯結不利于學生構建完整的學科概念網絡和形成生命觀念。

3.“探究”與“實踐”概念不明確

新課標中同時存在“探究”與“實踐”這兩種表述，但就兩者的概念及相互關系并未給出明確的說明。新課標將“科學探究”作為生物學科核心素養的第三項內容，并明確將“科學探究能力”定義為“能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力”。由此可見，科學探究的過程便是像科學家一樣，通過對自然現象進行分析與解釋，從而獲得新的知識。但就“實踐能力”的定義，新課標卻語焉不詳，只在介紹科學探究的內容中提及學生應在探究過程中提高實踐能力。同時在新課標培養理念的第三點“教學過程重實踐”中提出“本課程高度關注學生學習過程中的實踐經歷，強調學生學習的過程是主動參與的過程，讓學生積極參與動手和動腦的活動”。由此可見，“實踐”是達成教學目標的一種手段，而“實踐能力”則是完成科學探究的能力之一，其內涵與“操作”相似。新課標文本中共出現3處“科學實踐”，且均以“通過科學實踐解決現實生活問題”這一表述出現。同時，新課標第53頁學業質量描述的4-1中包含內容“能夠將科學、技術、工程學和數學（STEM）知識和能力綜合運用在實踐活動中，解決生活中的實際問題”。由上述兩點可見，“實踐”指向的是基于真實情境的復雜問題解決，實踐過程需要運用跨學科知識與能力，而非單純的“操作”或是科學探究的某個環節與能力，而這一結論與之前的理解相矛盾。缺乏對“探究”與“實踐”概念的統一認識會造成對“科學探究、科學實踐、探究實踐、探究能力、實踐能力、探究活動、實踐活動”等名詞的混用，不利于學術交流與指導教學活動的設計，而這也勢必會阻礙學科核心素養的培養。

4.科學與社會之間的概念關系不明晰

很多教師認為，在生物學科中落實社會責任的培養較為容易，因為其似乎天然編碼于我們的學科基因中。在學習不同人體系統時，通過探討不同疾病的發生機制，幾乎所有學生都會自然而然地產生對健康文明生活方式的認可與崇尚，更會主動向家長及朋友傳遞有關知識與理念。在學習生態系統主題時，結合大家身邊的現實案例，如霧霾問題等，學生迅速建立起了生態意識，認識到保護環境的重要性，從而認同與支持國家的相關政策法規。新課標將“社會責任”定義為“基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，做出理性解釋和判斷，解決生產生活問題的擔當和能力”。由此可見，在學習生物知識的過程中，學生會自然地就個體行為和社會活動做出理性的解讀與評判，但社會責任的培養絕不能流于贊同與復述觀點。深度學習要求學習者構建完整的知識體系，并有效遷移、應用到真實問題的解決中，是促進教學目標達成的一種有效方式。實現深度學習的基礎便在于學習者能夠對復雜概念實現深度理解，對內在含義實現深度掌握，對知識信息實現深度加工。1如何真正培養學生解決社會生產、生活問題的擔當和能力，其實很多一線教師沒有明確的解決思路。因此，在教育實踐中，科學與社會之間的概念關系較為模糊和籠統，這影響了深度學習的開展，也有礙社會責任培養的最終落實。

三、NGSS中的高中生物學科核心素養實踐相關內容

1.學科概念的構建

美國NGSS對課程內容的介紹分別采用了學科核心概念與學習主題這兩種不同的框架模式，前者便于師生構建完整的概念與知識體系，后者促進教科書編撰與教學組織。如表1所示，NGSS亦體現了明晰的概念分級體系，共提出4個學科核心概念，并進一步細化為多個子概念2，旨在使師生明晰核心概念的知識體系。而且，NGSS中每個學習主題所包含的核心概念與子概念存在重疊，呈現出一種清晰的網狀聯系。總結而言，NGSS構建了一個有結構、有組織、有聯系的學科概念圖譜（見表1）。

2.科學與工程實踐能力的培養

基于美國《科學教育框架》1，NGSS將“科學與工程實踐”作為首要的關鍵詞列入標準中，直接取代了之前的“科學探究”，提出一個高質量的科學教育必須做到三個維度，即科學與工程實踐、學科核心概念及跨學科概念的整合。NGSS明確提出8項科學與工程實踐能力，即提出問題和定義問題，開發和使用模型，計劃和開展調查，分析和解釋數據，運用數學和計算思維，構建解釋和設計解決方案，根據證據進行辯論，獲取、評估和交流信息。圍繞這8項科學與工程實踐能力，NGSS針對每個學科核心概念提出了多個預期表現，以此評價學生的學習成果。“探究”與“實踐”一脈相承，有很多相似之處，但也有很多不同，例如“實踐”更關注具體的學生活動，兼具跨學科特性，且更有利于實現對學科知識與技能的內化等。但綜合而言，實踐活動的根本特點是基于真實情境的問題解決，過程體現工程素養。2 故而，NGSS還介紹了工程設計素養的3項主要內容，即定義問題、開發可能的解決方案、改進設計。

3.社會責任意識的培養

NGSS將科學、技術、社會及環境的聯系作為重要的培養內容，并提出兩個核心概念，即：（1）科學、工程與技術的相互依賴；（2）工程、技術與科學對社會及自然世界的影響。同時，NGSS進一步將這兩個核心概念分解為多個子概念，對有關知識做出非常細致與全面的梳理（見表2）。

四、高中生物學科核心素養培養的實踐路徑

1.明晰生命觀念與學科概念之間的縱向聯系

生命觀念雖是隱性的、抽象的，但是可教可學。其教學需要做到顯性地呈現生命觀念的形成過程，注重循序漸進，關注概念之間的聯系和觀念的融合。新課標中未能直觀呈現出大概念與生命觀念的縱向聯系，且大概念內容量大，往往包含多個生命觀念，其實質上體現出了生命觀念群的特點。在實踐教學中，教師需要解析所有大概念所包含的生命觀念，同時效仿NGSS的特點，梳理生命觀念、大概念及重要概念之間的直觀縱向聯系。這樣有助于建立明晰的教學培養步驟，并最終落實對生命觀念的培養。

2.構建學科概念分級網狀聯結圖譜

生命觀念建立在相關概念網絡的基礎上，是學科概念充分發展的形式。教師可效仿NGSS，以錨定點重新梳理新課標中所有分級概念及關鍵事實的內容，明確體現概念之間縱向和橫向的聯系，構建指向生命觀念的學科概念分級網狀聯結圖譜。這樣有助于在教學中實現跨單元、跨主題、跨教材及跨年級的概念聯結，幫助學生理解生命本質，建立完整的知識與概念體系，并最終形成生命觀念。

3.明確“實踐”內涵，完成“探究”向“實踐”的轉型

新課標明確指出，生物學科核心素養是學生在解決真實情境中問題時所表現出來的價值觀、必備品格與關鍵能力。這說明相較于以解釋自然現象為目的的科學探究，旨在解決真實問題的科學實踐更符合生物學科核心素養的培養要求。科學實踐所描述的學生的活動，具有“重復行為使其熟練，深入學習使其成為習慣，應用知識使其達成目標”的含義1，能夠幫助學生深入理解學科核心概念，鍛煉和發展科學思維。鑒于教師缺乏對“探究”與“實踐”的統一認識，而科學探究又不能完全匹配生物學科核心素養的培養要求，故而厘清“實踐”內涵，使教學由“探究”向“實踐”轉型至關重要。教學中教師可以借鑒NGSS所構建的實踐能力體系與工程設計要素，指導具體科學實踐活動的設計、實施和評價，從而助力生物學科核心素養的落實。

4.厘清概念關系，以深度學習促成社會責任意識培養

深度學習要求學生能夠構建起對科學、技術、工程、社會與環境之間概念關系的清晰認識，并將其內化于心，外踐于行。在課堂教學中教師可以借鑒NGSS，將表2中的每一個子概念融入教學內容，并通過實際案例幫助學生建立直觀理解，促進知識內化。培養社會責任意識僅靠課堂上的討論與呼吁是遠遠不夠的，在學生明晰概念知識后，教師便需要創設情境，給予學生對知識進行遷移與運用的機會。此時可在家庭與社區等非正式的學習環境中創設真實問題，引導學生進一步構建對科學、技術、工程、社會與環境之間概念關系的深刻認識，激發學生造福社會的使命感，達成社會責任意識的培養。

五、結語

生命觀念是構建生命本質概念網絡的線索，所以梳理出清晰而直觀的、指向生命觀念的概念圖譜尤為重要。社會責任是科學思維與科學探究能力的具體行為表現，其實質指向的是解決實際問題的科學實踐能力。生物學科核心素養的培養，要求教師明晰“實踐”的概念與內涵，厘清科學與社會之間的概念關系，引導學生在真實情境中鍛煉科學思維、跨學科思維與實踐能力等，并最終實現所學知識與技能的外化，主動投身到造福社會的偉大事業中。新課標的提出建立在國內外生物學教育研究成果的基礎上，而生物學科核心素養的內容更充分體現了生物學教學研究的前瞻性。方向決定道路，目標指引行動。一線教師需要勤學善思，堅持不懈地探索生物學科核心素養的培養路徑。

Practical Exploration of Cultivating Core Literacy of High School Biology

— Based on Sino-US Biology Curriculum Standards Comparison

YAO Shenghua

（Shanghai High School， Shanghai， 200231）

Abstract： When the teachers cultivate the students core literacy of biology in high schools， they face such challenges as establishing life concepts and disciplinary ideas， cultivating scientific inquiry and practical abilities， and developing their awareness of social responsibility. With the analysis of relevant content of Next Generation Science Standards （NGSS）， this research has made the following proposals： clarifying the vertical relationship between life concepts and disciplinary ideas， building a hierarchical network of disciplinary ideas， accomplishing the transformation from “inquiry” to “practice” based on a clear understanding of the connotation of “practice”， and encouraging deeper learning to foster social responsibility based on clear conceptual relationships between science and society.

Key words： high school biology， curriculum standards， core literacy， NGSS

作者簡介：姚昇華，上海市上海中學一級教師，碩士，主要從事中學生物教學研究。

1? 中華人民共和國教育部：《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》，人民教育出版社2020年版，第4-5頁。

1? 王喜斌：《學科“大概念”的內涵、意義及獲取途徑》，《教學與管理》2018年第24期，第86-88頁。

2? 譚永平：《生物學學科核心素養：內涵、外延與整體性》，《課程·教材·教法》2018年第8期，第86-91頁。

3? 譚永平：《發展學科核心素養——為何及如何建立生命觀念》，《生物學教學》2017年第10期，第7-10頁。

1? 張浩，吳秀娟：《深度學習的內涵及認知理論基礎探析》，《中國電化教育》2012年第10期，第7-11頁，第21頁。

2? National Research Council， Next Generation Science Standards： For States， by States， Washington， D.C.， America： National Academies Press， 2013， pp.103-116.

1? National Research Council， A Framework for K-12 Science eEducation： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas， Washington， D.C.， America： National Academies Press， 2012， p.29.

2? 盧姍姍，畢華林：《從“科學探究”到“科學實踐”——科學教育的觀念轉變》，《教育科學研究》2015年第1期，第65-70頁。

1? Bybee R. W.， “Scientific and Engineering Practices in K-12 Classroom”， Science Teacher， Vol. 78， no. 9（2011）， pp.34-40.