【匡山书院教研论文分享】中学生物课程对学生发展核心素养的影响

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作者:申春梅来源:江油实验学校生物组

中学生物课程对学生发展核心素养的影响

申春梅

摘要:中学生物学课程对学生发展核心素养的影响在于让学生树立基本的生命观和生物学基本观点,提升科学素养、培养思维能力。要让学生建立生物学核心概念,以达成对生命的理解;要让学生参与科学探索的实践,体验生物学知识的形成过程、感悟生物学思想、方法,建立对生物学的理解。在此基础上,引导学生进一步理解自然,形成科学态度养成科学精神,为学生未来在个人生活与社会参与时奠定素养基础。

一、核心素养提出背景

十八大和十八届三中全会提出的关于立德树人的要求落到实处,2014年教育部研制印发《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》,提出"教育部将组织研究提出各学段的学生发展核心素养体系,明确学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力"。中国学生发展核心素养以培养"全面发展的人"为核心,分为文化基础、自主发展、社会参与3个方面,综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大素养,具体细化为国家认同等18个基本要点。各素养之间相互联系、互相补充、相互促进,在不同情境中整体发挥作用。 为方便实践应用,将六大素养进一步细化为18个基本要点,并对其主要表现进行了描述。

二、生物学课程的开展与中学生核心素养的发展的关系

1.中学生物学课程在知识层面对学生核心素养的影响

中学生的核心素养是学生应具有的最关键、最必要的共同素养,是知识、能力和态度等的综合表现。学习生物学,达成对生命的理解和对生物学的理解是首要的目标。在理解生命和理解生物学的基础上,学生一方面可以更好地理解自然界,另一方面,可以更好地理解科学的本质,养成科学态度与精神,并将这些理解应用于在未来的生活中、未来的社会角色里。

2.引导学生发展核心素养依托于生物学课程的教育

生物学课程的教育在于以知识为基础,教材知识的设计,一是借鉴国内和国际上正在使用的大学普通生物学教材。考察可知,其基本内容都包括生命的物质基础,细胞,植物与动物的结构、功能、生殖、发育,物质、能量代谢,调控,遗传与变异,进化,生物多样性,生态学等。二是参考生物学哲学对生物学知识的提炼。迈尔认为,生物学的基本任务是研究生命系统的结构、功能,生命的过去、现在和未来[1]。

美国国家科学院研究理事会提出,二十一世纪新生物学依赖于从各个学科整合而来的知识,以促进对生命系统的理解[2]。我们可以由此总结:生物学基本知识的核心指向是理解生命,理解生命就可以回答“生命是什么、生命活动怎么运转、生命为什么是这样”[3]3个基本问题。这3大问题中每个问题又包括多个层次的问题。回答这些问题所构成的基本内容框架是一个概念体系,其中核心概念是这个体系的框架。

我们可以从主要发达国家和国际组织关于生物学核心概念的叙述得到启发(表1)。[4],[5],[6]

表1 英国、美国、PISA2015文件中的生物学核心概念


列出的核心概念

英国:科学学习项目

生命的分子基础、细胞形成组织、系统、生物体

光合作用、呼吸作用

生物体相互依存,并且与环境相适应

种群、群落和生态系统

基因组与环境的相互作用

自然选择、进化和多样性

美国:K-12 年级科学教育框架

从分子到生命体:结构和过程

生态系统:相互作用、能量和动力

遗传:性状的遗传和变异

生物进化:统一性和多样性

PISA 2015 科学框架图

细胞(结构与功能、DNA、植物和动物)

人体健康、主要系统和它们的相互关系

生态系统

生物圈

种群(物种、进化、生物多样性、可遗传的变异)












在借鉴的同时,梳理我国中学生物学课程以往的传统,我们可以大致规划出中学生物学课程应该涵盖的核心概念范围(表2)。

表2 中学生物学课程应涵盖的核心概念

基本问题

生物学核心概念

具体内容

生命是什么?

生物多样性及分类

生物类群的形态、结构、分类(初中安排)

细胞

包括组成细胞的分子,细胞的结构、功能,细胞构成生物体(延伸介绍生命系统的层次)

生命活动怎样进行?

细胞的生活需要物质与能量,细胞的分裂、分化、凋亡

新陈代谢

新陈代谢的主要过程及其物质变化、能量转换

稳态与调节

稳态是生命系统的基本特征,稳态通过调节而实现,维持稳态是维护健康的基本条件

生态系统

生物依存于环境,并能与环境相互作用,生物与环境组成生态系统;种群的动态变化、群落的演替、生态系统的运转

遗传与变异

生物的遗传、变异,减数分裂,生物的生殖与发育

生命为什么是这样?

基因与环境相互作用,是生命现象发生的直接原因

生物进化

生物的多样性、适应性是进化的结果,生命现象发生的根本原因是生物进化

生物学的概念体系有自身的特点,正如赵占良老师经常讲到的,生物学概念没有明显逻辑起点。生物学中某个核心概念难以从其他概念经过推演而得到。因此,维持核心概念体系本身的完整,是全面、准确理解生命的基础。

中学生物学课程分为初中、高中这两个阶段。初中阶段侧重在生物多样性及其分类,以及细胞、遗传、进化、生态系统等概念的初步理解;高中阶段则需要对细胞、遗传、进化、生态等概念进一步深入探讨,需要深入到分子水平探讨生命活动的机制,运用数学方法探讨种群、群落、生态系统的本质特征;需要更加关注生态学思想、进化思想的统领作用。

3.理解生命的同时理解科学实践、理解生物学

学习生物学核心概念,需要以生物学事实、现象为支撑,需要以理性思维方法为途径。学生可以通过实验、探究等获得生物学事实、现象的直接经验,也可以从教科书、教师描述的客观事实、科学史经典案例而得到信息。学生根据这些素材,经过比较、归纳等方式建立概念,通过演绎、类比等方式深化概念的理解。特别是结合概念的建构安排合理的实验、探究等科学实践活动,可以让学生亲自探究、实践,从而在获取事实证据、进行批判性思维的过程中,既获得科学方法的训练,理解并参与科学探索实践,又可以理解生物学知识是怎么形成的。

概念只有放在概念的网络中才能真正发挥它的解释力。将生物学核心概念进行有机整合需要生物学思想。生物学里最核心的思想是进化思想和生态学思想,它们是沟通核心概念的桥梁,也是生物学的灵魂。进化思想“为人们理解生命的历史、各种生物之间的关系、以及生命依赖于物理环境提供了统一的准则,生物进化的概念提供了将大部分生物学知识构建成一个整体的框架”[7]。甚至有人说,生命就是自然选择作用下的物理、化学现象[8]。渗透进化思想的课程,就不仅介绍进化理论,还注意以进化思想贯穿各概念,发挥“进化”在解释生命现象“终极原因”时的解释力。生态学从整体性角度,研究不同层次和等级生命系统与环境的相互作用[9];研究方法上以整体性为核心,从整体上思考、突出生态综合、重视非线性复杂现象为基本特征[10]。生物学课程中渗透生态学思想,落实在让学生认识生命系统的层次性、整体性,尝试系统分析局部与整体、生命与环境的关系,关注从细胞、个体到生态系统等各层次生命系统物质、能量变化和信息的传递;在理解生命的繁衍、进化时,将生物放到与其他个体、群体以及环境的关系中去理解;学习遗传现象与规律时,理解遗传不但是个体的,更是群体的。领悟进化思想和生态学思想,需要以理解细胞到个体生命活动进行的机制、进化机制、生态系统运转机制为基础。

总之,建立理解生命概念过程中,学生通过体验知识的形成过程提高科学探究能力,通过概念网络化的过程中领悟生物学思想,并由此达成对生物学的理解。

4.促进对自然的理解和科学精神的养成

理解生命、理解生物学是中学生物学课程的目的,但不是唯一目的,更不是学习的终点。生物学属于自然科学,对生命世界的认识,属于对自然界认识的一部分。理解生命世界和生物学,对于学生理解自然界,达成对自然科学的整体理解也非常有必要。学习生物学课程时达成对自然和对科学的理解,需要借助一定的媒介来实现。科学通用概念就是一种媒介。科学通用概念搭建物质科学、生命科学、地球与空间科学等学科之间的桥梁[11]。

美国《K-12科学教育框架》提出的跨学科的通用概念包括以下7个。模式;原因与结果:机制与解释;尺度、比例和数量;系统与系统模型;能量与物质:流动、循环和守恒;结构与功能;稳定性与变化。英国科学学习项目提出的大概念是:概念模型和理论;结果与原因;变化与相互作用;科学研究过程;量化分析等[12]。中学生物学核心概念既应该、也可以与科学通用概念建立联系(表3)。

表3 生物学概念与科学通用概念之间的关系

通用概念

与生物学概念学习的关系

模式(事物形态、表现方式与分类)

细胞的多样性与分类、细胞周期、碱基序列与基因,生物的性状、生物多样性与分类、群落与生态系统的类型,等等。

原因和结果

基因决定生物的性状,进化与生物多样性、统一性,等等。

模型

双螺旋结构模型、细胞结构模型、种群增长模型,等等。

系统与相互作用

结构与功能

从分子、细胞、器官、系统、个体,到生态系统各层次,均包含结构与功能的关系。

物质、能量、信息

基因、DNA、细胞的结构与功能、免疫系统的组成与功能、生态系统的结构与功能等,都与物质、能量、信息等有关。

稳定与发展、变化

细胞的生命历程,稳态与生命活动的调节,生物个体的发育,群落的演替、生态系统的稳定与发展变化,等等。

将生物学概念与科学通用概念建立联系,对于学生理解科学、理解自然具有重要的意义。

生物学作为自然科学,研究的是自然界里复杂的生命系统,因此,生物学能够很好地反映自然科学的思想方法,反映自然科学的本质。在生物学课程中,可以比较容易体现科学是以实证为判别尺度,以逻辑作论辩武器,以怀疑作审视的出发点[13]。在科学实验、探究活动中,重视引导学生理解证据的作用,强调运用证据和逻辑去质疑、辩论;通过生物科学史引导学生理解科学知识的开放性;在阐述理论、观点、规律时,提供事实证据,呈现由事实到观点、规律、理论的逻辑过程。

理解科学的本质,树立科学态度、发展科学精神就有基础。从培育科学精神的角度来看,中学生物学课程要特别关注科学精神的六大要素:“客观的依据,理性的怀疑,多元的思考, 平权的争论,实践的检验,宽容的激励”[14],重在引导学生建立尊重实证、寻求论证逻辑的严谨以及发展理性的怀疑精神,形成多元思考、平等讨论的意识和宽容的品质。

5.促进学生核心素养的全面发展

生物学研究的对象,包括人自身以及人类赖以生存的环境,它从分子水平、细胞水平、个体水平、生态系统水平揭示的生命活动规律,对于人类的生存、健康、发展,都是必不可少的。因此,学习这门课程,其中的知识是未来社会公民不可或缺的素养基础。

教育的目的是让学生学会认知、学会做事、学会共处、学会做人、学会改变[15]。中学生物学课程,应该也可以为学生的终身发展提供更丰富的“营养”:让学生既学习知识又经历知而识之的过程,并在知而识之的过程中学会认知和合作共处;内化的知识、能力与态度可以迁移运用于生存和发展;生态学思想可以迁移到生活中的平等合作、和谐共处;系统论思想、进化思想可迁移为对开放交流、发展、改变的深刻认同。

参考文献:

[1]E.Mayr.生物学思想发展的历史[M].涂长晟等,译.成都:四川教育出版社,2010(第2版):45—55.

[2]美国国家科学院研究理事会编.二十一世纪新生物学[M].王菊芳,译.北京:科学出版社,2013:14—15.

[3]E.Mayr.看!这就是生物学[M].台北:天下远见出版股份公司,1999:116—124.

[4] Department for Education(UK).2014.National Curriculum in England:Science programs of study,key stage 4.www.nationalarchives.gov.uk/doc/open-gov-ernment-licence/version/2,2015—01—07,7—10.

[5] National Research Council (NRC).2012.A Framework for K-12 Science Education: Practices,Crosscutting Concepts,and Core Ideas.Washington,DC:National Academy Press,139—168.

[6]OECD.2013.PISA 2015 Draft science framework.http://www.oecd.org/pis-a/pisaproducts/pisa2015draftframeworks.htm,2015—03—04,18.

[7] American association for the advancement of Science.1989.Project 2061,Science for All Americans.AAAS Publication,25—31.

[8]方舟子.寻找生命的逻辑[M].上海:上海交通大学出版社,2005:151.

[9]彭光华,孙振钧,吴文良.生态科学的内涵、本质与作用[J].自然辩证法通讯,2007,29(1):53—59.

[10]王国聘.生态整合:哲学视野下的生态学方法[J].南京工业大学学报(社会科学版),2014,13(2):5—11.

[11]Rivhard A,Duschl.第二维度:跨领域概念——解读《K-12科学教育框架》[M].叶兆宁,译.中国科技教育,2012(4),40—44.

[12]温·哈伦.科学教育的原则和大概念[M].韦钰,译.北京:科学普及出版社,2011:19—26.

[13]美国国家研究理事会.美国国家科学教育标准[M].戢守志等,译.北京:科学技术文献出版社,1999:1—28.

[14] 蔡德诚.科学精神和人文精神是科学文化素质的核心[J].中国社会科学院院报,2004(2).

[15]联合国教科文组织.教育:财富蕴含其中[M].北京:教育科学出版社,1996:76—87.



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