摭谈注重学习养成学科核心素养的高中生物教学

四川 申定健

《普通高中生物学课程标准》 （2017年版）（以下简称《新课程标准》）将提高生物学核心素养作为生物课程宗旨，高中生不仅要学习学科知识，更要注重在学习过程中形成生物学科核心素养，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等高中生学习养成的必备品格和关键能力。

1.注重生命观念的学习养成

知识层面的生物学学习仅仅是一种对生命现象和生物学基本概念等信息的接收，而生命观念的习得才是高中生物学科核心素养形成的重要内涵和表现之一，它是对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的一种抽象，也是经过证实后的一种想法或观点，更是能够理解或解释相关事件和现象的品格和能力。在生物课程学习过程中，教师应更加注重生命观念的培养，帮助高中生在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念，将学科生命观念逐渐浸润于高中生的观念之中。

高中生物学科中生命基本观念多种多样，诸如生命组成的物质观念；结构与功能相适应的观念（结构决定功能，功能与结构相适应）；生命世界的宏观与微观认识观念（从生命系统到基因的认识观念）；生命系统处于动态平衡观念（如细胞的物质与能量的输入输出平衡、个体的内环境稳态和生态系统的平衡）；生物进化的观念（生物总是处于不断进化之中，进化方向是从简单到复杂）；生命系统的物质与能量观念（物质是能量的载体，能量是物质循环的动力）；生命系统对立与统一的辩证唯物主义观念（生物体是同化和异化的统一体，如细胞既能合成物质，也能分解物质，既能储存能量，又能释放能量）；研究生命现象和规律从现象到本质、从一般到特殊、从整体到局部的观念；人与自然和谐共处与可持续发展观念等。高中生物学科知识蕴含的生命观念，不仅隐藏于生物教材的语言文字中，还存在于教师的生命观念教学理念之中。通过高中生的总结提炼，让高中生从知识、教材和学习过程中习得，逐渐内化为其自身的生命观念，从而能够运用正确的生命观念认识生物的多样性和统一性，形成科学的自然观和世界观，指导生命活动规律的探究，解决生活实际问题。

2.注重科学思维的学习养成

高中生物课程以研究生命基本现象和生命活动基本规律来展示生物学的基本内容，有着与物理和化学等自然科学相同的学科性质，期待高中生主动地参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设和发现规律等过程中习得生物学知识，养成良好的科学思维习惯。《新课程标准》将科学思维的内涵界定为“尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力”。通过科学思维的培养和学习，高中生能够学会运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法分析生物学事实和证据；能够理性探讨各种生命现象，阐释生命现象规律；科学审视和论证生物学社会议题。生物学科学思维在生物科学发展历程学习中得以起源和进步，在生物学概念和科学研究方法学习中得以提炼和升华，在科学实验学习中得以实践和应用。

生命科学史以生物科学产生和发展的过程为框架，以科学发展历程中带有重大转折作用的课题及事件为主线，用翔实的资料叙述科学家的创造性劳动，形象描述了科学家科学探索的思维过程和方法，为高中生学习形成科学思维提供了典型范例。高中生物教材中有许多关于生物科学史的教学内容，诸如酶的发现、光合作用的发现、生长素的发现、促胰液素的发现、遗传规律的发现和遗传物质的发现等，科学发现本就是科学思维形成和发展的过程，高中生可以寻着先人的足迹学习学科思维。但要防止高中生在科学史学习过程中出现固化思维，更要以思维发散多样的特点培养高中生的创造性思维。以遗传规律的发现为例，分离定律的学习以讲述假说演绎的科学思维为主要方式，而自由组合定律则建议让高中生用习得的假说演绎思维方式去学习和探究，尤其是孟德尔应用正交、反交两组测交实验的结果来检验假设的合理性，可以促进高中生科学思维的学习养成。

科学家借助这种概括与抽象的思维方式找到了复杂自然世界的简单规律，建立了假说、模型等抽象的思维方式。概念是建立在丰富的事实基础上，运用归纳法提炼生成的，生物学概念则是对生命现象和生命过程本质属性的一种抽象思维方式。只有相关的事例越丰富，才有可能抽象、概括，从而形成一种理性的解释和表述（即概念的初步建立）。例如，“细胞是构成生物体的基本结构和功能单位”是基于观察大量动物、植物和其他生物体组成结构，运用归纳推理得出的一个结论，并非施莱登和施旺两人的总结，如此学习可以帮助高中生形成抽象提炼的科学思维。再如学习“顶端优势”的概念，可让高中生从生产生活中的“顶端优势”现象得以感性认识，如道路绿化植物修剪、盆栽花卉造型、果树整枝修剪、茶树摘心和棉花打顶等，联系生产生活实际促进高中生概念理解，升华概念思维的养成。

研究生物科学的基本方法是观察和实验，科学实验能使科学思维得以应用和实践。例如，学生通过观察和分析渗透装置的演示实验学习“渗透作用”相关原理后，教学中可让学生利用常见的白萝卜为材料设计实验验证“渗透作用”原理，或用不同浓度的NaCl溶液测定白萝卜细胞液浓度大小的拓展实验，用数学模型（设计坐标曲线）表示NaCl溶液浓度和白萝卜细胞液浓度大小的关系，从而得出细胞液浓度或浓度范围。另外，高中生还可以通过生物课外兴趣小组实验（调查遗传病的遗传方式、调查种群密度等实验）、模型制作（制作真核细胞模型和制作DNA分子模型等）、小发明（光合作用简易测定器和环境微生物检测器等）等科技活动进行科学思维的应用和实践，促进科学思维体系的形成，达到学以致用的成效。

3.注重科学探究的学习养成

高中生物课程中的科学探究是要让高中生去经历、体验和理解生物科学。科学探究应从探究精神、探究方法和探究过程的学习开始，进而亲身经历和体验科学探究活动，增进对科学的情感，逐渐形成科学探究能力。科学探究的学习养成对高中生科学素养的建构具有不可替代的作用。

生命现象和规律的探究发现往往经历曲折的、复杂的思维过程，在进行科学实验前，科学的实验思想显得尤为重要，实验思想指引着实验探究的发展方向。比如，在DNA双螺旋结构模型的构建过程中，威尔金斯和富兰克林的DNA分子X射线衍射图谱开启了生物学家沃森和物理学家克里克合作探究DNA分子物理结构模型历程，他们通过计算推出DNA分子呈螺旋结构，以此制作了碱基在螺旋外部的多个不同的双螺旋和三螺旋结构模型，但因结构不科学而被否定，却为新的模型构建提供了“碱基放在双螺旋内部”的正确思路。新的模型出现了新的“问题”——碱基如何配对，他们先是制作出“同种碱基配对”模型，又因违反化学规律而被抛弃。时隔1年后，沃森和克里克在生物化学家查哥夫处了解到4种碱基的数量关系（A=T、G=C），由此制作出了A与T、G与C配对的新模型（即DNA双螺旋结构模型），在模型中还发现了A—T碱基对与G—C碱基对的形状和直径相同，不仅能够解释4种碱基的数量关系，还可以解释DNA的复制过程。他们把制成的金属模型与X射线拍摄的衍射照片进行比较，完全相符的结果再次严谨地证明了DNA双螺旋结构模型的正确性与合理性。在DNA双螺旋结构模型的构建过程中，沃森与克里克的合作探究依次经历了实验结果的计算分析、得出初步结论、模型的反复修改和完善、科学验证、得出结论等阶段。类似的科学探究例子有很多，如细胞膜的流动镶嵌模型的构建、光合作用过程的研究与发现、DNA是遗传物质的探究、DNA半保留式复制等。高中生要在勇攀科学高峰的探究精神中习得科学探究的精神支撑，以此作为科学探究的动力。

科学探究以科学探究方法作为前提，以科学探究过程为途径。对于实验性学科的生物学而言，科学的实验探究是研究生命现象和发现生命规律的最有效方法。生物学实验有调查类、验证类和探究类三种类型，又以探究实验为主。在探究实验的学习中，高中生更要在遵循实验原则和过程前提下学会设计探究实验（实验设计三大原则包括对照原则、单一变量原则、重复性原则，探究过程包括发现实际生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施，以及结果的交流与讨论；实验方法步骤包括分组编号、实验处理、记录实验现象和数据、分析得出结论等）。实验成功的关键在于选择科学的实验方法，故高中生还要学习和掌握一定的实验方法。生物学发展初期，研究者用观察法、解剖法认识生物的形态、结构，随着科学技术不断进步，生物学研究步入微观的分子水平。例如，利用同位素示踪技术研究发现分泌蛋白的合成转移过程、光合作用过程中O2的来源和卡尔文循环、遗传物质是DNA的证明、DNA 分子的半保留式复制方式证明等；冰冻蚀刻技术为研究生物膜的流动镶嵌模型提供了直接证据；X 衍射线技术为揭示DNA 分子空间结构提供依据；利用电泳技术分离生物大分子；PCR技术成功实现DNA分子的体外扩增等。另外，孟德尔和摩尔根等都用假说-演绎法发现了遗传学的三大规律，萨顿用类比法发现了基因和染色体之间的关系；还可以用数学模型方法研究种群数量变化，用物理建模的方式研究生物膜的流动镶嵌模型、真核细胞结构和DNA 分子双螺旋结构等。

4.注重社会责任的学习养成

高中生作为公民成为社会组成的一个特殊群体，应当承担和行使一定的社会责任和权力。高中生的本职工作是学习，社会责任应是学习的重要内容，更是高中生担当和能力的体现。对于社会责任的学习养成，高中生基于生物学的认识，要参与个人与社会事务的讨论，做出理性的解释和判断，尝试解决生产生活中的生物学问题。生物核心素养要求高中生能够以造福人类自身的态度和价值观，关注涉及生物学的社会议题，参与讨论并做出理性解释，辨别迷信和伪科学，如高中生要形成生命的物质性起源和物种进化的观点，而非神创论和物种不变论观点；要求高中生在正确生态观念指导下参与环境保护实践，倡导高中生树立环境保护和低碳生活理念，爱护公共场所的环境卫生；要求高中生向他人宣传健康生活和关爱生命等相关知识，如高中生在社会实践中可以把学到的防癌、防艾等科学知识向社会公众进行宣讲；要求高中生结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生活中与生物学相关的问题，如高中生学习果酒、果醋和泡菜的制作原理后，可以在家中自行制作果酒、果醋和泡菜，也可以自行制作酸奶等。如此，高中生社会责任学习养成即为“立德树人”重要组成内容。

综上所述，在当今大力提倡学科核心素养的教育教学前提下，高中生应当在以上四方面学习过程中养成生物学科核心素养，高中生物教学更应以此为宗旨，寄希以“学”定“教”。