义务教育教科书《生物学》中蕴含的科学精神

摘要:教材作为课程的组成部分,对培养学生的科学精神具有重要作用。义务教育教科书《生物学》全方位地渗透着质疑、探索、实证、创新等科学精神,这不仅体现在正文内容中,也体现在学生活动、课外阅读栏目及科学方法等内容的选取和组织上。

关键词:科学精神;生物学;渗透

科学教育的目的不仅仅是传授科学知识,习得科学方法、培养科学精神也是科学教育的重要目标。作为课程内容的主要载体,教材不仅应教给学生知识,还要引导学生领悟科学方法,培养学生的探究能力,促进学生情感领域的健康发展[1]。生物学教材的章节内容还蕴含着丰富的科学精神,这在提高学生的科学素养、培养学生的科学精神方面意义重大[2]

1.科学精神的内涵

从不同的视角看,“科学精神”的内涵也有差别。布鲁诺乌斯基从科学和人的价值的角度,关注科学的求真精神、创新精神、民主自由精神以及宽容精神[3]。托马斯·威斯从科学方法的角度将科学精神定义为“对逻辑的尊重,对寻找数据的渴望,对知识和理解的愿望,对结果的考虑,对前提条件的考虑,对验证的要求,以及质疑一切”[4]。竺可桢曾总结科学精神的三个特点为:不盲从,不附和,依理智为依归;虚怀若谷,不武断,不蛮横;专心一致,实事求是[5]。还有学者认为科学精神包括探索求知的理性精神、实验验证的求实精神、批判创新的进取精神、互助合作的协作精神、自由竞争的宽容精神和敬业牺牲的献身精神[6]。从中小学生应有的科学品质出发,中小学生应具有的科学精神包括:刨根问底的好奇心;喜欢新事物、新思想、新信息,大胆、求异的创造意识;怀疑精神,实证态度;不达目的誓不罢休的毅力[7]。由此可见,科学精神的内涵极其丰富,虽然学术界尚无定论,但是可认为质疑、求真、探索、实证、创新、合作等是科学精神内涵的重要组成部分。

2.科学精神在人教版义务教育教科书《生物学》中的体现

生物学是自然科学领域的学科课程,对提高学生的科学素养、培养学生的科学精神有重要作用。人教版义务教育教科书《生物学》体现科学精神的内容比比皆是,有助于学生在学习科学知识的同时,培养科学精神。

2.1 思维的发展从质疑开始

质疑是指结合证据,提出疑问,科学倡导这种理性的怀疑。教材有很多内容渗透了质疑的科学精神。例如,教材在“生命的起源”一节介绍“海洋的化学起源说”,并说明“目前大多数科学家认同,但是也存在不同的看法”。教材在这一节还提供了陨石中含有并非来自地球的氨基酸、一些学者探索地外生命等实例。这说明科学存在不同观点间的相互质疑,而且这种质疑是基于证据出发,并不是非理性的怀疑。

2.2 科学的进步需要不断探索

科学是一个开放的知识体系,科学家不断质疑,继而探索以获得新知。教材在编排上体现了一定的开放性,映射出科学知识的开放性。例如,介绍完“生物的特征”后,教材接着写道:“生物还有其他特征。例如,除病毒以外,生物都是由细胞构成的,等等。想一想,你自己是否也有这些特征?任举一种你熟悉的生物,它也有这些特征吗?”又如,在“生命的起源”一节末尾,教材写道:“关于生命起源的问题,科学家们还在进行不懈的探索。”上述这些呈现方式有利于培养学生探索精神。

2.3 科学注重基于证据的实证精神

“实证”作名词指确实的证据,科学注重证据和基于证据的逻辑推理。教材在编排中也凸显了这些。例如,八年级下册“生命的起源”一节分别介绍了原始大气的成分和米勒模拟原始大气进行火花放电的实验,由这些证据,教材引导学生推测出“原始地球上尽管不能形成生命,但能产生构成生物体的有机物”。这一推测是基于证据,通过一定的思维活动,对未知事物的真相提出的某些客观的看法,而不是凭空想象。此外,教材还介绍了陨石中含有其他氨基酸的事实,并引导学生基于这一证据作出合理的推测。又如,在“生物进化的历程”一节,教材介绍“在研究生物进化的过程中,化石是非常重要的证据。”还介绍了对“细胞色素c”的氨基酸序列进行比对的方法,这种比较保守蛋白序列的方法能够用于判断生物之间的亲缘关系和进化地位的高低,也是重要证据。此外,教材在这两节都安排了“科学方法”栏目,并通过“技能训练”介绍“评价证据与假说”。这些安排都围绕着训练学生的科学方法展开,同时凸显了科学注重实证的科学精神。

2.4 科学需要想象和创新

科学发现是理性思维和非理性思维不断撞击的结果,但这种被称为“非理性思维”的过程常常为人所忽略[8]。想象出于人们的好奇心,是对新鲜事物、奇妙现象的背后一种非理性的思考。这种想象思维对科学的进步同样至关重要。教材正文也体现了对学生想象思维的培养。例如,教材记载:“俄国科学家伊万诺夫斯基在研究烟草花叶病的病因时,推想这种病是由细菌引起的。他将患病的烟草炸出汁液,用能将细菌滤去的过滤器进行过滤,再用过滤后的汁液感染正常的烟叶,结果发现正常的烟叶还能患病。这表明烟草花叶病是由比细菌还小的病原体引起的,他将这种病原体称作‘滤过性病毒’。”虽然,伊万诺夫斯基的实验结果与预期想象并不相符,但是如果没有他最初的想象,何来根据想象而设计实验所得到的惊人发现呢?这一事例蕴含着科学家所具有的想象思维。

3.教材培植学生科学精神的方式──全方位、系统化渗透

一方面,教材注重从正文内容渗透科学精神,正如前面已叙述的那样;另一方面,还从学生活动、课外阅读栏目及科学方法等内容的选取和组织上,系统地对科学精神进行渗透,使科学精神的培养能够贯穿教材的始终。

3.1 学生活动渗透科学精神

“想一想,议一议”“观察与思考”“探究”“实验”等学生活动具有不同的教育效果,有的侧重培养比较、分析等能力,有的侧重训练观察、操作、辨认等技能,有的侧重提高实验设计、设置重复组等能力。表1概括了不同的学生活动在一般情形下所培养的技能和科学精神。实际上,根据学生活动的具体内容,其对能力和科学精神的培养又有不同侧重。例如,开展“制作并观察植物细胞临时装片”的实验,学生制作装片,培养了“求真、探索”的科学精神;借助显微镜观察植物细胞是收集证据的过程,培养了“实证”精神;学生在实验失败后不气馁并再次尝试,“坚持、奋斗”的精神也能够得到培养;在整个过程中,“合作、民主”的精神一直在建立。

学生活动渗透的科学精神

学生活动

活动形式

能力培养

科学精神的体现

1

想一想,议一议

创设情境、激发兴趣

分析、交流、比较等

求真、探索等

2

观察与思考

观察图片、标本或模型,讨论问题

观察、比较、分析等

探索、合作、实证等

3

探究

体验科学探究的一般过程

实验设计、分析、操作、数据处理、重复组设置等探究能力

求真、实证、探索、合作、创新等

4

实验

通过实验,达成实证研究的目的

观察、操作、比较、辨认等

求真、实证、探索、创新、合作等

5

资料分析

分析图文资料,思考、讨论、解决相关问题

比较、分析、推理、交流等

探索、合作、求真、实证等

6

技能训练

科学方法和技能的训练

比较、分析、观察、测量、推理、归纳、交流、评价等

探索、合作、坚持等

7

调查

围绕某一主题开展调查活动

分析、观察、交流的能力、

求真、实证、探索、合作等

8

模拟实验

模拟某些条件或使用模型代替研究对象进行实验

观察、操作、比较、辨认、类比推理等

求真、实证、探索、合作等

9

课外实践

课后进行活动,活动形式为调查、实验或观察等

分析、交流、操作、观察、比较等

求真、实证、探索、合作等

10

设计

围绕某一主题进行设计

分析、操作、交流、设计等

探索、创新等

3.2 课外阅读栏目凸显科学精神

“科学家的故事”“科学·技术·社会”“生物学与文学”“生物学与艺术”等栏目对培养学生的科学精神非常重要。“科学家的故事”包含众多科学家的工作经历和杰出成就,很多内容属于科学史,蕴含丰富的科学精神。例如,《施莱登、施旺与细胞学说》《我国科学家与北京猿人》,就体现了求真、实证、探索、创新、合作等科学精神;《达尔文和他的进化思想》,就体现了求真、探索、创新、坚持等科学精神。“科学·技术·社会”反映了科学、技术和社会之间的关系,科学是知识的一种存在形式,技术提供应用知识的方法,而培养正确的“科学和技术的价值观”则是科学教育的重要任务,其中就包括科学精神。“生物学与文学”“生物学与艺术”可提升学生的“美感”,而“美感”属于科学精神的范畴。

3.3 介绍科学方法的同时渗透科学精神

教材特意以栏目的形式介绍“科学方法”,且大多安排于需要使用这种方法的“探究活动”旁。例如,探究“测定种子的发芽率”后就有“抽样检测”的科学方法介绍。这个探究在教学中的开出率较低,有的老师不带学生做,有的老师在做“探究种子萌发的环境条件”时,统计全班同学在某个相同条件下的种子的萌发数量,并由此计算发芽率。但这种做法并不可取,原因是忽略了“测定种子的发芽率”的教育价值,该探究不仅仅是为了得出统计的数值,更重要的是让学生理解什么是“抽样检测”。除此以外,教材中列出的科学方法还有“观察”“调查”“对照实验”“作出假设”“比较”“实验组和对照组”“抽样检测”等。以专栏的形式凸显,不仅利于师生理解,也能够提高学生的“探索、实证、创新”等科学精神。

总之,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。在初中生物教材中,从课文到练习,从正文内容到学生活动,都将生物学知识、科学方法、科学精神融为一个整体。教材中蕴含的科学精神教育目标,对于处于人生观、世界观、价值观形成关键时期的初中学生来说,无疑是教学核心任务之一。

参考文献:

1]赵占良中学生物学教材编制的基本理论问题刍议[J]. 课程·教材·教法,20111):5563.

2]谭永平人类的起源和发展”中蕴涵的科学精神[J]. 中小学教材教学:中学理科,20045):2627.

3]秦元海论科学精神[D]. 复旦大学博士学位论文,20061011.

4]张相林我国青年科技人才科学精神与创新行为关系研究[J]. 中国软科学,20119):100107.

5]竺可桢竺可桢文录[M]. 杭州:浙江文艺出版社,1999:3341.

6]巨乃岐论科学精神[J]. 科学技术与辩证法(太原),19981):1615.

7]曲铁华,马艳芬论当代中小学生科学精神的培养策略[J]. 中国教育学刊,20055):1114.

8]罗永仕科学发现的思维特征[J]. 电子科技大学学报(社科版),20093):5153.

2015-11-23  本文发表于《中学生物教学》2014年第9期

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