浅谈生物课堂教学中的科学本质教育

【摘要】 生物学课程是自然科学领域的学科课程，其精要是展示生物科学的基本内容，反映自然科学的本质。科学是科学知识、科学方法和科学精神三个方面组成的一个不可分割的有机整体。在生物学课堂教学中，采取关注科学知识，在教学中凸显概念教学；学习科学方法，在教学中彰显探究理念；感悟科学精神，在教学中融合科学史实等举措，努力构建融“科学知识、科学方法、科学精神”于一体的生物课堂，用科学的光辉照亮生物课堂，能够有效地帮助学生理解科学的本质。

【关键词】 科学本质 科学知识 科学方法 科学精神 课堂教学

科学教育的一个重要的目标是培养具有科学素养的人，而科学素养的核心组分就是对科学本质的理解。《义务教育生物学课程标准》（2011年版）“课程性质”部分明确提出：“义务教育阶段的生物学课程是自然科学领域的学科课程，其精要是展示生物科学的基本内容，反映自然科学的本质” 。生物学作为自然科学课程的一个分支，在科学本质的教育上，理应承担起应有的责任和道义。人们一般认为，科学是科学知识、科学方法和科学精神三个方面组成的一个不可分割的有机整体。课堂教学作为教学活动的基本组成部分，课堂学习必然成为学生人生中一段重要的生活经历，影响着他们当前及今后的多方面发展和成长。因此，站在学生发展的角度，站在生物学科责任的高度，在教学实践中，我们大胆尝试，努力构建融“科学知识、科学方法、科学精神”于一体的生物课堂，力求在潜移默化中帮助学生理解科学的本质，沐浴科学理性的光辉。本文以义务教育课程标准 “说明dna是主要的遗传物质”的具体内容为例，阐述课堂教学中是如何进行科学本质教育的。

1. 关注科学知识——在教学中凸显概念教学

中国科学院院士黄昆教授曾说：“客观的规律我们一般都是通过一定的科学概念去认识的，而这些概念本身就在一定程度上反映着规律的本质。”诺贝尔奖获得者李政道博士也多次提到：“在学习中，一定要把基本的要领搞清、记牢。”《义务教育生物学课程标准》（2011年版）的最大变化之一就是在内容标准的每一个主题下，都增加了 “教学中，教师要帮助学生形成以下的重要概念……” 概念教学的重要性由此可见一斑。因此，我们如果关注科学知识的学习，就毫无疑问地要在教学中凸显概念教学。

例如在整体上，我们注重“概念梳理”。济南版初中生物学《遗传的物质基础》一节中，教材首先在引言中描述了遗传的定义，然后编排了“细胞核是遗传的控制中心”和“ dna是主要的遗传物质”两目内容。本节课对应的课程标准中要求学生形成的重要概念是“ dna是主要的遗传物质。基因是包含遗传信息的dna片段，它们位于细胞的染色体上。遗传性状是由基因控制的”。针对课程标准要求和教材内容，我们抓住“遗传的物质基础”这一主线，围绕“遗传”这一概念，将“细胞核——染色体——dna——基因”这一组概念由宏观到微观、从现象到本质按照四个层次前后贯通起来，并融合遗传物质的结构、成分、作用等知识，使得学生也能围绕“遗传的物质基础”这一内容，发掘本节出现的概念（如遗传、染色体、dna、基因等）间的内在联系，通过概念图、思维导图等形式，使学生能在更高的层次上、从整体上予以把握和理解概念的本质，形成知识体系。

又如在细节上，我们着力“概念理解”。如在学习“基因”这一概念时，教材只是给出这样的文字“dna上有许多与遗传相关的片段”“不同的基因贮存着不同的遗传信息，也就是说生物表现出的不同特征是由不同的基因控制的。”显然，这样的简要描述比较抽象，为了让学生便于理解，我们使用了拼图的方法，即用卡通画的形式分别画出人的头发、眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴各三种，并且在每一个特征的旁边都写出了其特定的碱基序列。操作时学生两个人一组，每一组都得到头发、眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴各三种图片和一张空白脸的纸，学生根据自己的喜好进行选择，把选定的特征剪下来拼成一张卡通人物的脸，并在其左侧按照头发、眉毛、眼睛、鼻子、嘴巴的顺序把相应的碱基序列贴上。然后小组依次把画贴在黑板上进行比较。因为选的碱基序列不同，所以拼出的脸也不一样。学生惊奇地发现全班的卡通人物居然没有人拼得一样。为什么出现这样的结果呢？我请学生来计算这张脸的组合方式共有多少种，大家通过计算发现竟然有35即243种之多。其实这才涉及五个特征，人的形态、生理特征远有成百上千之多，都考虑在内的话又有多少种组合呢！此时，学生对于“基因是包含遗传信息的dna片段，遗传性状是由基因控制的”的重要概念已深有感触并且深刻理解认同。

再如在练习中，我们加强“概念巩固”。依据认识论的观点，一个完整的教学过程必须经过“由感性的具体发展到抽象的规定，再由抽象的规定发展到思维中的具体”这样两个科学抽象的阶段。作为一门研究各种生命现象和生命活动规律的自然科学，毫无疑问，生物学知识是从生活中来，最终还要回归生活的。学生学了生物学概念后，我们还要设法使学生所学的生物学知识走向生活和更为广阔的社会。在练习巩固阶段，我们有目的地选编一些生物学知识应用于生活的题目，用概念和原理去解答问题，使概念教学落到实处。如我们设置了这样一道练习题，“在日常生活中，你会发现同卵双生者长得几乎完全一样。你能运用所学的知识解释原因吗？”学生们分析的结果是：“因为同卵双生者是由同一个受精卵发育而来的，这对双胞胎就具有相同的细胞核；因为细胞核相同，所以染色体相同；因为染色体相同，所以 dna相同；因为dna相同，所以基因相同；因为基因相同，所以贮存的遗传信息相同；因为遗传信息相同，也就是建造生命的‘蓝图’一样，因此同卵双生者长得几乎完全一样。”很显然，这样的回答很精彩，这样层层深入、逻辑性强的分析、推理，体现了学生对科学知识从表面感知到本质理解的思考过程，深化了本节课中的概念学习。

生物学概念是反映生物学本质属性及特征的形式，是构成生物学知识体系的重要组成部分，处于学科知识最为本质和中心的地位。我们在求学生涯中，会学习很多的生物学知识，可是随着时间的流逝，一些知识渐渐地被淡忘掉了，但总是有那么一些知识依然清晰地保存在我们的脑海之中，甚至伴随我们一生，这就是一些重要概念，如与光合作用、呼吸作用、遗传与变异、生态系统等相关的知识。从某种意义上讲，凸显概念教学，帮助学生建构重要概念，对提高学生的生物科学素养，理解科学本质有着重要的意义。

2.学习科学方法——在教学中彰显探究理念

生物学是一门建立在观察和实验基础上的科学。科学家进行科学认识的基本方式是探究活动，科学知识是科学家在探究基础上获得的。因此，学生进行学习活动的基本方式应该是探究活动，学生理解科学及其科学本质的学习活动也应该是科学探究活动。探究式学习是新课程改革大力提倡的学习方式，无论是《生物课程标准》(实验稿)，还是2011年版《生物学课程标准》都将“倡导探究性学习”作为课程基本理念之一。所不同的是，后者更加关注科学探究与科学本质之间的关系，其中增加了这样的文字描述：“生物科学不仅是众多事实和理论的汇总，也是一个不断探究的过程。科学探究既是科学家工作的基本方式，也是科学课程中重要的学习内容和有效的教学方式。本课程倡导探究性学习，力图改变学生的学习方式，帮助学生领悟科学的本质……” 显然，通过探究活动，有助于学生真正理解生命科学的研究方法和本质，并将对生命科学的理解和科学探究的经历内化为生物科学素养。

例如，在课的总体设计上，探究理念是“神”。《遗传的物质基础》一节中，教师将整节课置于一个大的探究背景下，让学生在探究理念的指引下，一步一步抽丝剥茧、层层深入地进行科学知识的学习，更为重要的是从中认识和学习科学方法。①科学探究的“提出问题”环节。课开始，当学生明确了遗传的概念之后，提出本节课的核心问题——“遗传同生物的其他生命活动一样，也有其物质基础。那么它的物质基础又是什么呢？”②科学探究的“猜想假设、实证推理、得出结论”环节，其大体过程如下：在问题的驱动下，学生的学习活动迅速进入一种“探索”状态，开始探究的“旅程”。师问：“除病毒外，生物体基本的结构和功能单位是细胞，生命的奥秘也一定藏在细胞里。细胞的基本结构是细胞膜、细胞质和细胞核，那么，你认为细胞中与遗传有关结构会是什么呢？”学生大胆猜测，之后通过分析“伞藻嫁接实验”和“克隆羊多利”的诞生过程，得出细胞核是遗传的控制中心。于是，“探索”线索转向“探秘细胞核”，“那么，细胞核里又有什么呢？”在观察洋葱根尖的细胞分裂装片，找到了染色体后，探寻的目光继而转向“探秘染色体”，“染色体的组成又是怎样的呢？”通过化学成分分析得知，染色体包含蛋白质和 dna。“那么遗传物质又会是谁呢？”科学家通过一系列实验，证明了dna是主要的遗传物质。“那么dna上又会有怎样的发现呢？”在对dna的研究探索中找到了dna上有许多与遗传相关的片段——基因，最终控制遗传的“秘密图纸”终于被找到了，那就是不同的基因贮存着不同的遗传信息，也就是说生物表现出的不同特征是由不同的基因控制的。

又如，在课的细节处理上，探究活动是“本”。在学习“细胞核是遗传的控制中心”这一内容时，教师先是选取了教材上的伞藻嫁接实验作为素材，并作如下处理：借助多媒体动画，说明实验的基本处理方法，让学生大胆猜测可能的结果。通过问题情境的呈现，学生容易得出新长出的伞帽形状由基部的假根来决定，为什么由基部的假根来决定，学生也容易猜测到是因为假根中有细胞核。这时教师设问：“在假根中不仅有细胞核，也有少量的细胞质，你能设计一个补充实验来进一步证明伞帽的形状是由假根中的细胞核决定的吗？”通过学生的讨论和教师的点拨，增加了一个核移植实验，即将其中一种伞藻的细胞核移植到去核去“帽”的另一种伞藻中，看其“帽”的形状。此时，这个实验不仅是对教材的一个很好的补充，更为重要的是将学生的思维进一步引向深入，在思维爬坡中让学生进一步深化对科学方法的学习，对科学本质的理解——“科学是格物致知的一种途径，其基本特点是以实证为判断尺度，以逻辑作论辩的武器，以怀疑作审视的出发点。”

德国哲学家叔本华曾说过：“记录在纸上的思想就如同某人留在沙滩上的脚印，我们也许能看到他走过的路径，但若想知道他在路上看见了什么东西，就必须用自己的眼睛。”探究学习是学生了解科学方法的重要过程，这是因为学生不可能简单地通过听教师讲授和自我记忆来真正理解和掌握科学方法。学生只有在参与探究的体验中，才能感悟科学方法，领会运用的精髓，从而更加深刻地认识和理解科学的本质和价值。

3.感悟科学精神——在教学中融合科学史实

科学作为人类的发明和思想方法，是人类文化的一个重要组成部分，也是一个不断发展和逐渐完善的事物。在其发生和发展的各个特定时期，都有许多科学家倾注大量精力，遭遇各种困境，经历无数失败，但又凭借着顽强毅力、聪明智慧和通力合作，才在科学的历史长卷中写下辉煌的一页。美国芝加哥大学教授、著名的生物学家、科学教育家施瓦布曾在bscs的“教师手册”中写道：“应提倡科学史，因为它关注的是人和事而不是概念本身……”。我国普通高中生物课程标准中实施建议部分明确提出“注重生物科学史的学习。学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的方法，学习科学家献身科学的精神。这对提高学生的科学素养是很有意义的”。显然，在生物教学中融合科学史实，不仅有助于学生理解生命科学知识和科学方法，还可以促使学生养成客观、创新、合作、质疑、坚忍不拔、积极进取等科学态度与精神。

例如，可以针对教材栏目完善生物史实。《遗传的物质基础》一节中，鲁版教材安排了栏目“相关链接”——dna奥秘的揭示，其文字描述如下：“1953年4月，在英国剑桥大学卡文迪什实验室里，美国科学家沃森和克里克，通过对dna的x衍射照片进行研究，建立了dna双螺旋结构模型，揭开了dna的奥秘，使遗传学的研究进入到分子水平。两位科学家也因此获得了诺贝尔奖。” 众所周知，dna分子双螺旋结构的重大发现，可是说是生物学史上具有里程碑式意义的一项重大事件。我国著名的生物学家谈家桢指出：“dna分子双螺旋结构的发现，不仅是生物科学的重大突破，也是整个自然科学的辉煌成就，其意义足以同迄今已有的任何一次科学发现相媲美”。因此，抓住这一生物学历史事件，挖掘其中蕴藏的科学精神成为本节教学的一个亮点。

于是，我们对这一科学史实进行了相关完善，鉴于dna双螺旋结构中很多生僻的专业术语超过初中学生的理解能力，此处主要针对科学家的团结协作、敢于创新的科学精神进行设计，补充了弗朗西丝?克里克、詹姆斯?沃森、莫里斯?威尔金丝、罗萨林?富兰克林等对dna双螺旋结构的发现做出重大贡献的四位科学家的史料。又如，还可以针对教材知识点拓展生物史实。对于教材“dna是主要的遗传物质”这一内容，我们抓住“主要”二字，对遗传物质的发现史进行简单补充，目的有二：一是展示dna 发现的科学历程，让学生感悟科学家的坚忍不拔、锲而不舍精神；二是让学生认识到科学的开放性，即科学是无止境的，承前启后的不断完善过程。据此，我们补充了“dna是主要的遗传物质的发现史”这一资料。因为初中学生知识水平和学习能力的限制，我们对有些事件只是提及而已（如肺炎双球菌的转化实验等），但当问到：“从上述生物学史当中，你有何收获或是感受？”时，学生们普遍认为：生物学的发展，凝结了无数科学家艰苦的劳动。没有坚忍不拔的毅力和不畏艰险的精神是不可能取得成功的。

在课堂上再现科学发现历程，不仅让学生体会到科学发现的艰辛与幸福，更为重要的是，科学家实事求是、务实严谨、团结协作的科学精神和敢于质疑、勇于创新、坚忍不拔的科学品质已悄然浸润到学生的心灵深处，内化为自己生命的一部分。这一切，都极大地丰富了学生对科学本质的认识，学生心灵也得到了科学精神的点化和润泽。

提高学生的科学素养是科学教育的一个永恒目标，但是学生科学素养的养成，不是一朝一夕的事，而是一个长期的、系统的工程，需要教师在每节课上不间断地培养，让课堂的角角落落都散发出浓郁的科学味，让学生在过程中养成，在结果中体验，逐步领悟科学的本质。事实上，科学本质教育是多方面的，既要关注科学知识的掌握，又要着眼科学方法学习，还要注重科学精神涵养。归根到底，学生对科学本质的理解程度是衡量其科学素养的重要基准。如果我们能在教学中多思考、多探索科学本质的教育问题，并从学生的角度出发，探讨适合学生的科学本质观的培养策略，那么实现科学本质教育的本真意义也就为期不远了。