[科学与人文融合的生物学和谐教育研究]生物学教育研究名词解释

　　摘要　简要分析了科学与人文的融合在生物课程标准中的体现，在教材编写中的体现，在课堂教学中的体现。 　　关键词　科学　人文　融合　生物学教学 　　中图分类号　G633.91
　　文献标识码　B
　　文件编号　1003－7586(2011)06－0011－04
　　
　　科学本意指运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系，主要包括四个方面：科技知识、科学思维、科学方法与科学精神。人文本意指人类社会的各种文化现象，主要包括人文知识、人文思维、人文方法与人文精神。科学与人文在本质上是相通的，让科学实践与创造充满人文关怀，使科学精神和人文精神保持内在的统一。在生物学教学过程中，立足于学生现实的特点和发展水平，找准学生的“最近发展区”，并结合学生不同层次的发展需求，既要确立科学的目标，关注培育学生科学知识、思维、方法和精神，又要确立人文的目标，注重培养学生的人文知识、思维、方法和精神，整体设计和安排教学活动，促进每个学生科学与人文素养和谐融合地、可持续地发展。
　　
　　1　科学与人文和谐融合在生物学课程标准中的体现
　　
　　《普通高中生物课程标准(实验)》(下面简称《标准》)在“课程目标”中提出：“学生通过高中生物课程的学习，将在以下各方面得到发展：获得生物科学和技术的基础知识，了解并关注这些知识在生活、生产和社会发展中的应用；提高对科学和探索未知的兴趣；养成科学态度和科学精神，树立创新意识，增强爱国主义情感和社会责任感；认识科学的本质，理解科学、技术、社会的相互关系，以及人与自然的相互关系，逐步形成科学的世界观和价值观；初步学会生物科学探究的一般方法，具有较强的生物学实验的基本操作技能、搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决实际问题的能力，以及交流与合作的能力；初步了解与生物科学相关的应用领域，为继续学习和走向社会做好必要的准备。”上述高中生物学课程目标体现了科学与人文的和谐融合：第一，注重科学探究，改变过去过分强调知识传承的倾向，主张让学生经历科学探究过程，体验探究的乐趣，学习科学研究的思维方法，养成大胆质疑与猜测、勇于创新的科学态度与精神。第二，注重与现实生活的联系，生物学来源于自然和社会，生物学研究的目的就是通过揭示生命本质和生命活动规律，提高人们解决社会、生产和生活实际中面临的问题(如资源问题、环境问题、疾病与健康问题等)，提高人们应对自然现象的能力。因此，高中生物学课程就要注重现实生活中的实际问题，让学生养成关注社会、生产和生活实际的习惯。学生学习的最终目的，是促进自身的全面发展，并且为社会的发展和进步服务。把学习和现实生活联系起来，本质是一种价值的追求，是科学的人文化。第三，课程内容突破了单一的知识与技能领域，拓展到了研究过程与研究方法、情感态度与价值观等领域，使科学课程建立在科学本质认识的基础上，同时引导学生逐步认识到科学的本质。第四，提高学生的科学素养、促进学生的全面发展，要重视对学生在活动、实验、制作、讨论等多方面的表现的评价，不以标准化的书面考试为惟一的评价方式，使科学教育真正面向全体学生，力求以生为本。
　　《标准》在“课程的基本理念”中提了四条：提高生物科学素养、面向全体学生、倡导探究性学习、注重与现实生活的联系。这四条理念可以说是科学与人文的融合。关于提高生物科学素养，朱正威教授已有专论，倡导探究性学习、注重与现实生活的联系，上文已作粗浅分析，这里只分析面向全体学生这一理念。面向全体学生的理念标志着一种富有人性化的教育思想和学生发展观受到了高度的重视，是“以生为本”的思想在生物学科教学中的体现。所谓“以生为本”，包括两层含义：第一层是“以学生的学为本”；第二层是“以学生的发展为本”。其中“以学生的学为本”是基础和前提；“以学生的发展为本”是归宿和目的。面向全体学生意味着尊重每一个学生，要为每一个学生提供同等的学习机会，根据学生差异因材施教，并公正地评价每一个学生。
　　总之，生物课程标准，以促使学生发展为根本，以提高学生的科学素养为主旨，重视科学、技术与社会的联系，倡导以科学探究为主的多样化的学习方式，是科学精神与人文精神的高度统一。
　　
　　2　科学与人文和谐融合在生物学新课标教材中的体现
　　
　　以人教版教材为例，教材的编写体现了科学与人文和谐融合，既体现科学思想、也体现科学方法，还通过相应的栏目体现对学生的人文精神的培养。
　　
　　2.1教材中体现的科学思想
　　分子与细胞模块主要体现系统论的思想，遗传与进化模块主要体现信息论的思想，稳态与环境模块主要体现控制论的思想。因此三本必修教材编写的指导思想是三论(即系统论、控制论、信息论)思想，在分析理解教材的时候，要以三论思想作指导，让相关的理念贯穿在生物学教学中。
　　
　　2.2教材中涉及的科学方法
　　(1)观察实验的方法。在初中基础上，进一步加强观察实验方法的训练，许多实验集中在观察实证上，有的要通过仪器来进行。教材编写这部分内容的目的是要培养学生科学的观察方法和求实态度。注意观察的顺序和方法，有意识、有目的地通过一些具体的观察活动，从一点一滴做起，对学生进行长期的培养，并在观察过程中提出各种有启发性的问题，使学生逐渐学会科学的观察方法，养成观察的习惯。
　　(2)假说一演绎的方法。“假说一演绎法”是在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的，反之，则证明假说是错误的。如“遗传与进化”模块中，孟德尔遗传规律的发现运用的是假说一演绎法；对基因与染色体的关系的探究历程，也是假说一演绎的过程；DNA分子结构和复制方式的提出与证实，以及整个中心法则的提出与证实，都是“假说一演绎法”的案例。教材中编写这样的内容，不仅是要引导学生获得知识和技能，更重要的是要引导学生体验知识形成的过程，领悟科学家的思维方式和加强科学方法的训练。
　　(3)构建模型的方法。模型方法是现代科学研究和人们的实践中经常运用的具有相当普遍性的分析研究事物和解决问题的方法之一，它是一种科学方法，也是一种思维方法。人教版普通高中生物课程标准实验教科书具有十分丰富的模型方法教学资源，如尝试制作真核细胞的三维结构模型、制作生物膜模型、探究细胞大小与物质运输的关系的模拟实验、血糖调节模型的模拟活动、设计并制作生态缸；建立减数分裂中染色体数目和行为变化的模型、制作DNA双螺旋结构模型、重组DNA分子的模拟操作等模型建构；呼吸作用过程图解、光合作用过程图解、池塘生态系统图解、人体细胞与外界环境的物质交换模型，以碳循环为例，分析生态系统中物质循环等理想模型 建构；酶促反应的反应速率、酶活性的变化、有丝分裂染色体和DNA的数量的变化、性状分离比的模拟，用数学方法讨论基因频率的变化、描述种群增长的“J”型、“S”型增长的数学模型、分析种群基因频率的遗传平衡定律等数学模型建构等等。
　　(4)系统分析的方法。系统分析就是运用系统的概念和系统论的基本原则，对系统的组成要素、结构、环境、性能等系统的基本特征和系统的状态及其调控进行分析。任何生命系统，不论细胞、个体、种群，还是生物群落，时刻与所处的环境进行物质、能量和信息交换。从系统分析的角度看，能量由无机环境输入到生物群落是由于发生在叶肉细胞中的光合作用对太阳能的固定；能量的输出依赖于细胞呼吸对能量的释放；能量沿着食物链以含碳有机物的形式传递，其实质在于细胞呼吸对能量的转移和利用。这样就将宏观
　　、的能量交换(能量的输入、传递、输出)和微观的能量转换(光合作用中对能量的储存、呼吸作用中能量的释放转移和利用)建立起有机的联系。当能量和物质的输入大于输出时，生态系统正处在不断发展阶段，表现为种群数量、种类增加，营养结构不断完善；当能量和物质的输入等于输出时，标志着生态系统已经成熟，达到稳态，其种群的数量比例、种类组成相对稳定，具有典型、完善的食物链。而维持生态系统稳态的内部机制就是靠这种完善的营养结构，使得生态系统具有一定的抵抗力稳定性和恢复力稳定性。
　　(5)课题研究的方法。集中体现在选修一《生物技术与实践》模块中，该模块共分6个专题，每个专题下设2～3个课题，学生选择其中的5-7个课题。本选修模块既是一门学习科学探究的实践课程，又是一门生物科学技术应用于社会的STS课程，目的是要“培养学生的科学探究能力，培养学生的实际操作能力，拓展和加深对生物科学技术知识的理解，领悟科学、技术、社会的相互关系，凸显科技价值观的教育，砥砺科学精神，端正科学态度，鼓励创新”。
　　(6)撰写科学报告的方法。《标准》中，在能力目标中明确提出，要“发展科学探究能力，初步学会：用准确的术语、图表介绍研究方法和结果，阐明观点；听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护以及作必要的反思和修改”，也就是说，在教学中，学生要学会撰写科学报告。
　　渗透这些科学方法，培养学生的怀疑的精神、提出问题的本领，再用实验去证明它，并学会用证据为自己辩护，吸收他人、前人的意见，写出实验报告，正如《美国国家科学教育标准》所说：科学是格物致知的一种路径，其基本特点是以实证为判别尺度、以逻辑作论辩的武器、以怀疑作审视的出发点。
　　
　　2.3教材中体现培养人文精神的设计
　　科学家访谈、科学前沿、科学史话、科学家的故事、科学・技术・社会、与生物学有关的职业等设计都充分体现了人文关怀教育，突出了对生命的尊重，对自然的热爱，对科学的追求。从而实现了生命科学的知识性和人文性的统一，学生学到的生物学知识是全面的、丰富的、灵活的、动态的、自主的和富有创造性的。以《分子与细胞》为例，从知识体系的构建、表述到学习活动的设计，或隐或显地渗透着人文素养的培养。从邹承鲁院士科学贡献的介绍，到各个科学发现的人、事和过程；从各核心内容中与社会的联系到“科学・技术・社会”的专栏；从细胞中各类化合物与健康的关系到“酶为生活添姿彩”；从分析细胞呼吸原理的应用到干细胞研究进展与人类健康；从社会老龄化的相关问题到健康的生活方式与防癌……处处都在科学教育中渗透人文精神。而自主、探究、合作式的学习方式，推动着师生平等、民主和谐、互相尊重、善于合作、成果共享的学习文化的形成。在尊重人的尊严、个性、潜质和发展的多样化的氛围中，生物科学教育中的人文精神将得到更好的发扬。
　　
　　3　科学与人文和谐融合在生物学课堂中的体现
　　
　　在生物学教学中，应渗透人文理念，建构人文精神，在传播科学知识、训练科学技能、培养科学智慧时，以人为中心，以人的发展为目的，使科学与人文在生物学课堂中和谐融合。
　　
　　3.1创设情境，使生物学教学面向生活世界
　　人文精神的培养离不开生活世界，同样离开生活世界谈人文精神的培养是苍白的、无力的。在生物学教学过程，创设情境，鼓励学生亲近自然、探索自然，最终与自然建立和谐的关系是培养学生人文精神的重要手段。面向生活世界，创设情境，包括两个方面：一是创设与实际生活相关的问题情境，二是创设与社会生产实际相关的问题情境。实际生活问题是学生最熟悉也是最感兴趣的。课堂教学中适时、适当的联系实际，创造生活情境，力求使自己的教学设计和课堂行为直接面向、联络、亲近、回归现实生活，使和谐教学的课堂场景弥漫着生活的气息，体现着一种实践意蕴和生命格调，这样既可以加深学生对教学内容的理解，同时也会激发学生学习生物学的兴趣，使他们体验到学以致用的乐趣。例如，在学习“水盐平衡、体温调节”时，指导学生分析：大量出汗时，应多喝什么水?在海上遇难时，海水能不能喝?中暑是怎么回事?又如，在讲到酶的特性时，设问：“我们平时使用加酶洗衣粉时，用冷水和温水那样好?为什么?能不能用开水溶化?”。生物学教学与生活世界相联系，还包括与社会生产实际相联系。教学中设计与社会生产实际这方面相联系的教学情境，让学生学会运用在课堂上学到的生物学知识去分析和解决生产中的实际问题，例如：蔬菜大棚为什么要经常通风?在移栽树苗或蔬菜时，为什么要去掉一些叶片?为什么要进行中耕松土?(其目的有三个方面：一是锄去杂草，因为杂草与作物是竞争关系，要争光、争水、争肥，锄去有利作物的生长；二是锄断土壤中的毛细管，减少土壤中水分的蒸发，保持土壤墒情；三是使土壤疏松，增强作物根的呼吸作用，有利于根的生长。)果蔬贮藏为什么采取低温、低氧法?在教学过程中要注意介绍学科中与当前国计民生密切关联的知识，以引起学生的思考和探究，加深他们对知识的理解，激发学生献身于造福人类与社会的热情。
　　总之，生物学教学应该关注人的存在，关注学生现有的和未来的生活，关注学生的物质和精神的生活，为提高他们的生活质量和生命价值服务，从而显现生物教育自身的人文关怀。
　　
　　3.2倡导探究性学习，使生物学教学面向科学研究世界
　　探究性学习主张学生要像科学家那样探索和思考，在积极地参与科学探究的过程中逐渐对自然界有所认识。学生像科学家那样去探索，旨在强调科学教育对学生亲身经历的事物中产生的一些问题进行探究，要求教师把在课堂上、在户外，或者在实验室里的探究活动大都集中在现实中的一些现象上，让学生们去研究，去调查，或者引导他们去设计那种有相当难度但又不超出其能力限度的研究方案。学生在探究过程中不仅获取科学知识，而且能多方面多途径地从科学研究世界中获取科学知识以外的其他教育资源，包括科学思想、科学方法和科学精神，即不仅显现结论 性的科学知识，同时彰显科学研究过程中探索者的精神世界。
　　探究性学习过程在不少方面显示了人的价值观念，诸如理性、求真、质疑、创新、公正、好奇、自由、宽容、竞争、合作、独立、进取、诚实、无私。这都是一个人之所以成为人、成为现代人不可少的精神气质。在学习科学时，学生会遇到许多类似的有关价值观的问题。教学中若能体现出生物学的探索性，就会促进和强化学生的上述价值观念。生物科学基础知识的传授与学习应该与科学探索精神、科学价值观念的形成融为一体。
　　
　　3.3重视科学史教育，使生物学教学面向科学发展的历史世界
　　在《标准》第四部分“实施建议”中，明确提出“注重生物科学史的学习”，强调了“科学是一个发展的过程。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方法，学习科学家献身科学精神。这对提高学生的科学素养是很有意义的”，并特别说明“对于《标准》中没有列出的其他生物科学史实也应注意引用”。可以看出，新课程重视对生命科学史的学习。
　　通过科学史的学习，理解科学的过程与本质，主要包括四个方面：其一，理解所有的科学观念都不是最终真理，在原则上要接受变革和改进。例如，达尔文建立了以自然选择为核心的进化论，人们在承认生物进化论的同时，却不愿意接受达尔文对进化原因进行臆想的方法，不满意达尔文对进化机制的解释。德弗里斯将实验方法引入进化论研究中，提出“突变学说”，以此来解释达尔文的“自然选择”，在20世纪的头十年，这一学说得到生物学界的广泛接受。然而，1910年，果蝇遗传学的发展表明，果蝇群体中不断发生着突变，却没有产生物种的变化。1912～1915年细胞学的精确研究，沉重地打击了德弗里斯的学说，揭示了他所认为的大规模突变产生的性状实际上是已有性状的复杂重组。细胞遗传学，尤其是群体遗传学的建立，才阐明了自然选择的机制。但一些基本的概念已经经过了大量的实验和观察的证实，在未来不可能有大的变化。其二，科学家通过观察、实验、理论模型和数学模型来构建对自然的解释。例如，孟德尔就是通过实验与数理统计的方法对数据进行分析，才发现了分离和自由组合规律，再如遗传学家对生物群体进行研究，通过数学模型，提示了自然选择的机制。当遇到与已有的解释不一致的新的实验证据时，就要改变关于自然界的概念。其三，在研究的过程中，如果缺乏大量实验性和观察性证据，科学家们对同一现象做出不同的解释是正常的，不同的科学家可能会公布不同的实验结果或者从同样的数据中得出不同的结论，但科学家会认识到分歧并努力消除分歧。例如，针对由什么物质引起发酵的问题，李比希和巴斯德(1822-1895)展开了争论。巴斯德提出酿酒中发酵是由于酵母细胞的存在，没有活细胞的存在，糖类是不可能变成酒精的。李比希坚持认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡并且裂解之后才能发挥作用。1897年，毕希纳用实验证明了引起发酵的是酵母细胞中的物质。其四，对已公开的科学研究成果加以评价，包括审查实验过程、检验证据、找出错误推理，对同样的观察结果提出另外的解释。尽管在现象的解释、数据的分析或者对理论的价值等方面出现不同的意见，但提出问题、对批评做出回答和公开交流依然会受到欢迎。我们要挖掘科学家实事求是的科学态度，敢于怀疑、敢于求真、敢于创新的科学精神和科学世界观，这对于培养学生的科学素养和人文素养都具有积极的教育意义。
　　在生物学教学中，我们要通过引导学生对客观存在的物质世界的属性和规律的认识与把握，去正确处理人与自然的关系，去求“真”，体现生物学教学的科学价值。同时还要引导学生通过对同为主体的他人与社会及相互关系、变化发展规律的认识与把握。去正确处理个人与他人、个人与社会的关系，去求“善”求“美”，体现生物学教学的人文价值，使学生在求真、求善、求美的过程中得到和谐发展。