例析人教版普通高中教科書《生物學》中的科學本質內容

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

科學本質是科學素養的核心要素。在科學教育領域，當前主流觀點將科學本質界定為科學的認識論、科學的認知方式以及科學知識及其發展過程中蘊含的價值和信念。學生對科學本質的明確理解，能促使其掌握科學知識的類型和發展過程、明確科學的實踐過程、理解科學家和研究機構等團體的工作方式。明確的科學本質觀是學生學習科學知識、開展科學實踐、拓展科學思維的基礎。

1科學本質的表征概況

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》倡導以科學史為情境，利用列舉出的七條科學本質主題開展反思性討論。本文以人教版普通高中教科書《生物學》必修模塊“分子與細胞”“遺傳與進化”為例，采用內容分析法對教材中科學本質相關表述進行歸類與頻次統計（見圖1）。

結果顯示，“科學知識可能隨著研究的深入而改變\"與“科學工作采用基于實證的范式”為高頻要素。這兩個要素通過教材正文及“思考·討論\"“科學家的故事\"“生物科技進展\"等欄目得以多維度呈現，有助于學生理解生物學觀念、認識自然科學特征、培養科學命題的辨偽能力。

2案例解析

本文選取“科學知識可能隨著研究深入而改變”和\"科學工作采用基于實證的范式”兩個要素進行詳細解讀，以期為課堂教學提供案例參考。

2.1科學知識可能隨著研究的深入而改變

科學知識滲透在生產、生活中，促使人類有意識地追求“確定性\"的結果。然而，知識不是絕對的、確定無疑的，隨著科學理念和技術進步可能發生變化。2根據科學知識的變化程度，可以分為三種情況。

2.1.1科學知識的解釋力度變大或解釋范圍變廣

以中心法則為例，隨著研究的不斷深人，科學家不斷對中心法則進行補充和完善：少數生物（如一些RNA病毒）的遺傳信息可以從RNA流向RNA以及從RNA流向DNA?！哆z傳與進化》第69頁的中心法則圖解將遺傳信息的新流向以虛線形式補充進來，旨在呈現遺傳信息流向的完整性。

教師利用科學史資料進行教學，可將抽象的圖解具象化，更好地引導學生思考中心法則是否被推翻。例如，1965年，科學家在某種RNA病毒中發現了RNA復制酶，該酶能催化RNA的復制；1970年，科學家在致癌的RNA病毒中發現了逆轉錄酶，其能以RNA為模板合成DNA。學生進而體會到科學的發展并非新理論完全否定舊理論，而是對原有理論進行補充和修正。[3]

2.1.2科學處于持續更正的體制中，已有的科學解釋仍然存在爭議

《遺傳與進化》第124頁提到，盡管現代生物進化理論已被學術界廣為接受，卻不意味著生物進化的一切奧秘都真相大白，而是仍有爭論和疑點。以表觀遺傳學研究為例，隨著研究的深入，由環境等因素引發的遺傳性變異證據愈發豐富，表觀遺傳學的調控機制和案例已被納入《遺傳與進化》第4章“基因的表達”中。

教師可組織學生提煉典型案例間的共性，如兩種形態的柳穿魚花卉（植株A和植株B）Lcyc基因序列相同，但基因表達模式卻不同。植株A的基因表達正常，而植株B的基因由于高度甲基化，表達受到抑制。兩株柳穿魚的基因序列相同，僅表達存在差異，且這種差異也體現在后代中。當植株A和植株B雜交后， 攜帶一個正常的Lcyc基因和一個甲基化的Lcyc基因，其性狀與植株A相似； 自交的 中，部分植株則攜帶兩個高度甲基化的Lcyc基因，其性狀與植株B相似。

教師可以引導學生反思表觀遺傳學的發展對現代生物進化理論的沖擊，以及這一發展如何從生物進化的角度為自然選擇提供更多的素材，深化學生對\"生物的表型是基因型和環境共同作用的結果”這一概念的理解。科學研究并非單一線性的過程，當新實體或現象被發現時，現階段的知識可能無法對其做出合理的解釋；而當事實和證據逐漸增加且均支持同一觀點時，已有知識的解釋范圍可能會發生變化（見圖2）。

2.1.3 當新證據出現時，被廣泛接受的觀點也可能被證偽

以遺傳學定律為例，《遺傳與進化》第2頁提到，融合遺傳的觀點曾在19世紀下半葉盛行，但孟德爾（G.J.Mendel）沖破了這個錯誤觀點的“束縛”，提出了完全不同的理論。在孟德爾提出分離定律和自由組合定律之前，科學界對遺傳與變異現象本質的認識觀點是泛生論和種質論。雖然種質論包含科學合理的內容，但僅是在感性認識下對遺傳規律做出推測，未通過事實來歸納證據。無論是提出主張還是反駁主張均需要基于證據，依據經驗提出的主張其科學性會被質疑。從批判理性主義視角來看，沒有人做到窮盡所有證據來論證某項主張為真。4這意味著科學知識只能無限趨近于成立，并不存在絕對的、真理性的知識。教師應引導學生不要迷信權威或盲從他人，對自己或他人的觀點保持理性審視。

2.2科學工作采用基于實證的范式

實證研究是基于事實和證據驗證有關研究問題假設的過程，科學觀察和實驗是實證研究的核心方式。

2.2.1觀點的確證程度隨著有利檢驗證據數量的增加而提升

以共同由來學說為例，化石為研究生物進化提供了直接證據，同時比較解剖學、胚胎學以及細胞和分子生物學的研究成果，均為生物進化論提供了有力支持。這些證據相互印證、互為補充，有力支持了達爾文的共同由來學說?！哆z傳與進化》第101頁呈現的地層中化石圖片中，化石在地層中出現的位置可以解釋其相對應的年代，為生物進化提供直接證據。物種之間特定的解剖學相似性也蘊含著生物進化的證據，如《遺傳與進化》第102頁呈現的蝙蝠的翼、鯨的鰭、貓的前肢和人的上肢，雖然其功能不同，外部形態也有差別，但骨骼結構高度相似。教師可以組織學生從胚胎學、細胞和分子生物學出發，對這些證據進行觀察、比較和歸納，發現證據之間的聯系，體會不同生物間的統一性，進而理解這些證據是如何堅實、有力地支持共同由來學說的。

當評價某項主張是否成立時，實際上是在討論該主張是否有充分的證據支持，而非審查其是否使用觀察、測量和實驗等技能。5因此，教師應摒棄程式化的“假探究\"活動，組織學生收集、類比和歸納生物學事實以構建證據體系，應用“證實”“證偽”兩個角度論證科學觀點，利用證據來支持或反駁科學觀點，從而讓學生深度理解“科學工作采用基于實證的范式”。

2.2.2科學研究基于證據，但通常需要從證據中提煉出解釋

科學研究的核心目標在于拓展科學知識的廣度與精度，并基于實證構建更完善的解釋體系。科學家的研究過程不僅依賴理論創新，其學術背景（如學科訓練、學術價值觀）以及研究直覺亦會驅動科學發現。這體現了科學認識的主觀性與創造性。因此，教師在教學中需要強調，學生對“科學工作采用基于實證的范式”的認知，既要注重事實與證據的客觀性，也要培養基于證據的邏輯推理能力，從而理解科學思維的動態性與批判性。

2.2.3科學證據基于客觀事實，卻并不等同于事實

事實是指人們感知世界時所獲得的感官經驗，不能直接支持觀點?！哆z傳與進化》第101頁提到科學家發現了許多早期古人類化石，其中有318萬年前的少女露西的骨骼化石，其上肢骨的結構與黑猩猩相似，適于攀緣，下肢骨與現代人類接近，適于直立行走。這為達爾文共同由來學說提供了有力佐證。教師可進一步將\"證據”與“事實\"兩個概念引申到法律領域，以幫助學生進一步辨析。在法律訴訟中，事實是客觀存在或發生過的事件，而證據是基于事實提出的，應與訴訟主題具有較強相關性，是直接支撐觀點的依據。

3啟示

科學研究為人類認識世界拓展了邊界，理解科學本質已成為各國科學教育的核心目標之一。自我國第九次科學課程改革以來，科學本質在生物學課程中由原來的隱性形態逐步轉變為顯性形態。理解科學本質不再只是哲學家、教育學者必須探討的議題，而是生物學教師也必須學習、探討并在課堂中展示的教學內容，同時也是學生必須思考、討論和領會的內容。

“科學知識可能隨著研究的深入而改變”和“科學工作采用基于實證的范式”是掌握其他科學本質內容的基礎。使用證據支持論點是科學研究的核心實踐，但研究者的主觀因素和社會文化因素等也可能影響證據的收集、處理?？茖W知識具有暫定性的原因可以追溯到科學研究是創造性的工作、科學知識的確定依賴觀察和推論等。理解科學的進步與局限性，有助于學生明確科學的發展規律、了解科學家的工作方式并培養科學思維的嚴密性和深刻性。

參考文獻

[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）M.北京：人民教育出版社，2020.

[2]LEDERMANNG，LEDERMANJS.Researchon teachingandlearning of nature of science[C].Handbook of research onscienceeducation.NewYoke：Routleclge，20l4（2）：600-620.

[3]蔡鐵權，陳麗華.體現科學本質的科學教學[J].全球教育展望，2012，41（10）：84-90.

[4]劉大椿.科學哲學[M].北京：中國人民大學出版社，2006.

[5]李相國.引入論證式教學模式，體現生物科學史價值：以“DNA通過復制傳遞遺傳信息”一節為例J.中學生物學，2021，37（10）：23-26.