高中生物学科教学中的科学本质教育

　　科学本质的教育是近年来世界范围内科学教育界关注的热点问题之一。1996年颁布的美国国家科学教育课程标准中明确将科学本质教育的相关理念写进课程标准中，我国现行的《普通高中生物课程标准》也在课程目标一节中强调了学生对科学本质的认识。然而，从现实情况来看，我国中学生对科学本质的认识情况不容乐观，科学本质及其教育价值还没有引起理科教师的普遍重视。因此，一线的生物教师有必要在教学中有意识地促进学生对科学本质的领悟，提高学生的科学素养，以达成科学教育的总目标。
　　1 两种不同的科学本质观及其影响下的理科教学
　　科学的本质是什么一直是人们关注的问题。传统上，人们认为科学的本质就是科学知识和科学方法。逻辑实证主义认为，科学知识是建立在人们对客观世界的观察的基础上，再经由所谓的科学方法而得到的知识和理论体系。这里所谓的科学方法主要是指科学发现的归纳法，这一方法可以分成以下四个程序：收集有关研究对象的全部事实;对这些事实进行分析、归类和比较;从这些事实中提取出一般性的规律（即假说）;在事实中重新检验已经提出的假说。由于科学知识的形成过程被认为是客观的，而且它是对客观世界的真实描述，所以人们认为它一旦确立便不易发生改变，因而科学知识被视作绝对客观的真理。
　　现代的科学本质观受建构主义的重大影响，正在发生深刻的变化，建构主义在一定程度上否定了知识的客观性，主张科学的本质即科学探究。它认为，科学知识的获得是科学家根据现有的理论建构而成，建构主义强调科学知识是暂时的、主观的和建构着的，会不断地被修正和推翻。正如建构主义的早期代表人物波普尔指出的那样，科学知识的本性就是猜测，其中混杂着我们的错误、我们的偏见、我们的梦想、我们的希望。因此，从这个意义上而言，科学知识作为一种科学活动的产物是一种可变的东西，并不能体现科学的本质。科学的本质不在于已经被认识的真理而在于探索真理，每一种被普遍接受的理论和法则都隐含着科学家的科学探究精神和科学方法的运用，不论知识如何变化，这种探究精神和科学方法却是始终不变的，它们才是科学的本质。
　　显而易见，两种不同的科学本质观将对应着完全不同的教学观，在传统的科学本质观的影响下，理科教学使学生机械僵化地接受书本的知识，以在学生头脑中复印几乎完成一致的正确的知识体系为目标，这样的教学充其量只能使学生完成对现有的知识的提取和简单应用。而在建构主义的科学本质观的指导下，理科教学强调学生通过科学探究主动建构学科知识体系，这样形成的结构体系无疑是生动鲜活的，当然也就更具生长性。下面所讨论的科学本质观是指基于建构主义的科学本质观。
　　2 在生物学科教学中开展的科学本质观教育的意义
　　2.1 科学本质观教育是提高学生科学素养的必然要求
　　当代社会发展过程中，公民的科学素养越来越受到广泛的重视，2006年国务院印发的《全民科学素质行动计划纲要》中提出，要着力全面提高全民的科学素养，现行的《普通高中生物学科课程标准》也明确将提高生物科学素养作为课程的基本理念之一。关于科学素养的涵义，国内外学者虽有不同的表述，但都普遍认同对科学本质的理解是科学素养的重要组成部分，例如美国《国家科学课程标准》中提出，良好的科学素养很重要的一个方面就是对科学本质的理解，知识科学是认识世界的一种途径，了解科学的基本特征，能判断哪些论断是科学，哪些不是，了解科学如何在社会文化中起作用。我国现行的《普通高中生物学科课程标准》也多次提及要提高学生对科学的本质和科学过程的理解。
　　从近代科学史来看，近现代几次科学革命都发生在西方，而中国的近现代科学是从洋务运动后，以师夷长技以制夷的态度从西方引进的，因此，科学被视富国强兵的工具，而对于科学技术的本质是什么，它们又是如何产生的很少给予关注。在这样的历史文化背景下，直到现在，人们仍面对这样两个尴尬的现实：我国公民的科学素养不高;我们的学生缺乏创新思维和批判精神。学生在学习了科学课程后，获得了不少科学知识，甚至是比较系统的科学知识，也掌握了一些科学技能和实验方法，做了大量的习题，但由于缺乏对科学本质特征的理解，对象科学是什么、科学能做什么等关于元科学问题不能做出正确的回答，其具体的表现是科学素养中关键部分的缺失，对一些伪科学甚至反科学的现象无法识别。
　　2.2 科学本质观对生物学科的教与学有重要影响
　　刘恩山教授指出：科学教育以两个方面的认识为基石：一方面是对儿童的特点和他们的学习规律的认识，另一方面是对科学的性质、特点和科学思维方法的认识。显而易见，对科学的性质、特点的认识指的就是科学本质观，从这个意义上说，科学本质观是科学教育（包括生物学科教育）的基础之一，对科学本质的认识差异，必然会对科学教育的理念和教学方法产生不同的影响。
　　如果教师持有逻辑实证主义的科学本质观，他会认为科学是对真实世界的绝对正确的认识，科学是绝对真实和充满理性的，那么他的教学中必然更重视所谓正确的科学知识，学生对知识的记忆也就因此成为最重要的任务。如果教师认为科学知识是通过科学方法获得的，科学的本质体现在科学理论产生过程中的科学方法上，那么他就会认为教学中应该让学生掌握这种思维方法并转化为学习科学的能力。如果教师认为科学是看待客观世界的一种方式，是对自然现象的一种解释，那么他就会让学生学会如何去质疑未知，独立的思考科学问题。
　　《普通高中生物学科课程标准》提出的倡导探究性学习、注重与实际生活的联系等课程理念，很多生物教师都耳熟能详，也意识到在教学中实践这些理念非常重要，但对为何要推行这些理念和采取何种适当的方式去实施却很茫然。有些教师认为只要开展了实验或者探究，就能自然达到理解科学的本质的目的，但更多情况下，隐藏在学生的忙碌于实验和观察背后的是理性思维的苍白和乏力。
　　因此，从生物学科教学的维度，教师在日常的教学中渗透建构主义的科学本质教育，让学生理解科学的本质，有助于学生更深刻地理解和运用科学知识，有助于学生更合理地掌握和运用科学方法，有助于学生实现学习方式转变，有助于培养学生的科学情感和科学精神。
　　3 在生物学科教学中进行科学本质教育的有效途径
　　在目前的形势下，生物学科教学中的科学本质教育就是在学生学习具体的学科知识过程中培养学生对科学的理解力，具体而言，包括理解知识的性质、科学探究的过程和科学研究的特征三个主要方面，从而形成恰当的科学本质观。如前文所述，相对于知识体系和基本实验技能的掌握，科学本质教育更为重视科学知识的产生过程，更为关注让学生了解这些知识是有价值的，为什么这些知识被确认为正确的。
　　3.1 在探究性学习中认识和体验科学的本质
　　《普通高中生物学科课程标准》指出，探究是学生认识生命世界、学习生物课程的有效方法之一。标准倡导探究性学习，其目的在于转变学习方式，发展学生发现、分析和解决问题的能力，提高学生的思维品质，培养学生交流与合作的精神。
　　探究性学习是指学生在教师的指导下，采用类似于科学研究的方式进行的一种教学活动，其实质上是对实际科研过程的简略的重演。一般来说，探究性学习可以概括为提出问题、作出假设，设计方案、检验假说、表达交流等环节。相比较而言，科学家的探究与学生们的探究的目的是不同的，前者的目的在于增进人类对客观世界的了解，后者的目的在于使学生通过探究知识的产生过程，获得科学知识和思维能力，促进学生对科学本质的理解。探究性学习不仅要让学生具备进行科学探究的程序性知识，而且还包含了对科学探究本身的理解。在生物学科学习中，学生理应重演科学认知的过程，如果学生不了解知识是怎么产生的，不能以某种方式亲身参加科学发现的过程，就无法充分了解科学知识的全貌。
　　探究性学习有利于使学生认识科学探究是认识自然规律的最有效途径，能够使他们从形成、检验、接受或者抛弃科学假设的过程中去领悟科学的相对性和发展性。探究性学习还有助于学生更多地接触社会、接触生活，理解科学、技术、社会之间的关系，形成正确的科学价值观，同时，探究性学习能够引发学生对生命现象及其规律的好奇心，使他们体验到探究过程的喜欢和艰辛，培养他们主动参与、勇于探索、尊重证据、善于合作的品质。教学实践表明，采用探究式教学，让学生象科学家一样，经历发现问题、提出问题、探索问题和解决问题的整个过程，学生才能经历跟科学家在真实研究过程所经历的同样的茫然、焦虑，体验到同样的惊喜、顿悟，从而认识到科学的本质，培养其真挚的科学情感。
　　3.2 通过生物学史的教学渗透科学本质教育
　　在生物学科教学中渗透生物学史教育，教师可以让学生体验到科学理论体系的演化和逐步完善的过程，使他们理解现在所学习的科学知识是在怎样的历史环境中形成和发展起来的，有助于学生用批判的眼光审视现有的科学知识，从而培养学生的批判精神。
　　例如，20世纪初，萨顿和鲍维里在孟德尔遗传学以及19世纪末在染色体的变化、体细胞与生殖细胞的分裂等方面的成果上，提出了染色体学说，即遗传因子可能就在染色体上。但是当时拿不出证据证明他们的观点。直到1910年，摩尔根通过一系列实验发现，控制果蝇眼色的基因位于性染色体上，才证明了萨顿、鲍维里的假说。从基因位于染色体上这一知识点的形成过程，可以看到科学过程的步骤。再如，在进化论这一部分的教学中，教师可以让学生了解历史上第一个比较完整的提出进化学说的是法国人拉马克，其主要论点是用进废退和获得性遗传，由于当时人们普遍信奉特创论和物种不变论，他的学说受到了种种非议，没有得到科学界的承认，而达尔文的自然选择学说，由于受到当时科学发展水平的限制，对于遗传和变异的本质，没能做出科学的解释，对生物进化的解释也局限于个体水平，强调物种形成是渐变的，不能解释物种的暴发现象，而现代生物进化理论则逐步修正了以上的一些理论缺陷。这一事实很清晰地向学生说明生命科学是在科学家对前人的结论不断质疑、不断证实的基础上进行自我更正的过程中积累起来的，从而辩证地领会科学的客观性和相对性。同时也可以让学生理解，像达尔文、拉马克这样伟大的科学家，他们的思想观点也会有局限性，从而培养学生尊重事实、尊重证据的科学态度。
　　生物学史教育对学生理解科学本质的帮助还体现在，在一定程度上，学生对科学概念的掌握过程可以被看成是科学发展过程的一个缩影。教师借助生物学史的教育，有助于促进学生的概念的转变，让学生可以更准确地理解科学概念。例如，20世纪20年代，多数科学家都认为蛋白质是生物体的遗传物质，1952年，Hershey和Chase的噬菌体侵染细菌实验证明，DNA才是生物的遗传物质;再后来的研究又证明，有少数生物遗传物质是RNA，最终才形成DNA是主要的遗传物质这一生物学核心概念。
　　因此，在生物学科教学中，教师可以充分挖掘和利用教材中的生物学史料，发现其中的教育价值，并使用合适的方法，以生物学发展史上的重大事件，让学生体会科学理论的形成和发展进步的过程，让其领会科学的探究精神。
　　3.3 通过STS教学让学生感受科学的本质
　　STS教育，即科学、技术与社会教育，其目的在于分析科学、技术和社会三者之间的复杂关系，让学生理解科学、技术对社会产生的正反两方面的效应。最终目的是要改变科学和技术分离，科学、技术和社会脱节的状态，使科学、技术更好地造福于人类。
　　总体来说，科技发展会受到当时的社会和历史环境的影响和制约，而科学和技术也是彼此影响的，科学促进新技术的产生，新技术又反作用于科学，促进科学的进步。科学的发展不仅涉及科学理论自身的建构，它的发展还涉及社会进步和技术发展，因此，在《普通高中生物学科课程标准》中强调了注重与现实生活的联系这一基本理念，并在教科书编写建议一节中明确提出了教材的编写要反映社会、经济和科技发展的需要，体现科学、技术、社会的思想。
　　例如，在人教版高中生物选修二《生物科学与社会》的教学内容就是开展STS教学的好材料，该模块包括生物科学与农业、生物科学与工业、生物科学与健康、生物科学与环境保护四个单元。从中学生可以体会到，生物科学技术不仅影响人类生活和经济活动，还深刻影响着人们的意识，如从环境保护的角度思考生产方式和生活方式，关注生物技术的伦理问题。这一模块能使学生较全面地了解生物科学技术应用的现状和发展前景，引导学生关注社会、关注生活、关注身边的科学和技术;能帮助学生体会到生物科学与人类社会、与他们的日常生活密切相关，并能对科学、技术、社会的相互关系形成正确的认识，培养学生的参与意识，帮助学生形成正确的价值观念，提高社会责任感。同时在日常教学过程中，教师也可以渗透STS教育的理念，例如在人教版高中生物选修三《现代生物科技》中的转基因生物的安全性和伦理问题中，可以以问题讨论、辩论会等教学形式，充分发挥学生学习的自主性。让学生在回顾前一阶段教学和阅读教材的基础上，收集相关信息，在讨论和辩论中，让这些信息得以运用和共享。由于转基因生物的安全性问题还存有争议，转基因生物安全性问题的讨论与教材中其他专题有所区别。通过本节的学习，不仅引起学生对转基因生物安全性的关注，更为重要的是让他们能以科学的态度予以思考，即对不同的观点能够运用生物学知识加以理解和辨析，最终使学生在对转基因生物的态度认知上，做到应该趋利避害，而不能因噎废食，理性地看待转基因技术。这样的教学过程可以让学生认识到不能单纯从技术角度去理解人们对待转基因产品的态度，其中包含有复杂的政治、经济和文化的背景，从而促进学生对科学本质的理解。