高中生物学的学科核心素养与教学建议

——普通高中生物学教材主编赵占良访谈录

  高中新课程标准(2017 年版,以下简称“课标”)中第一次提出了“学科核心素养”这一概念。新课标中对学科核心素养是如何界定并贯穿其中的?如何深入理解高中生物学学科核心素养?如何在高中生物学教学中培育学生的学科核心素养?这是老师们亟待了解与探究的。为此,本刊记者特采访高中生物学课程和教材专家赵占良。赵教授系人教版义务教育和普通高中生物学教材主编,人民教育出版社副总编辑,中国教育学会生物学教学专业委员会第六、七届理事会理事长,曾作为核心成员参与研制《全日制义务教育生物课程标准(实验稿)》和《普通高中生物课程标准(实验)》。以下为访谈实录。 

生物学的课程理念与学科核心素养

  记者:与上一版课标相比,《普通高中生物学课程标准》(2017 版)在生物学课程的基本理念上是否发生了变化?这些理念与学科核心素养之间存在怎样的关联?

  赵占良:课程理念是有变化的。上一版课标中提出的理念是:面向全体学生,提高生物科学素养,倡导探究性学习,注重与现实生活的联系。现改成了“新四条”:核心素养为宗旨,内容聚焦大概念,教学过程中实践,学业评价促发展。

  “新四条”跟“老四条”的区别是更加聚焦学科核心素养。第一条就是核心素养为宗旨。那么怎么发展学生的学科核心素养?从教学内容上看,要聚焦大概念;从教学过程来看,要重视实践活动,强调实践育人;从学业评价来看,要进行发展性的评价,以评价来促发展。因此,第一条是出发点与落脚点,第二条到第四条是具体的途径和方法。那么,原来的“老四条”是不是过时了?我觉得原来的“老四条”也没错,这些理念在我们实施新课标的时候仍然要贯彻。新课标的理念更加聚焦核心素养,在表述上有了很大的变化,这是继承和发展的关系。

  记者:高中生物学学科核心素养是怎么提出来的?它的提出具有什么意义?您能否给我们具体阐述一下“生命观念”素养的主要内涵?

  赵占良:教育部在 2014 年 4 月发布的《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中指出,要“依据学生发展核心素养体系,进一步明确各学段、各学科具体的育人目标和任务”。这里所说的“学生发展核心素养体系”,已经于 2016 年 9 月颁布,主要是要解决我们国家应该培养什么样的人,即立什么德、树什么人的问题,可以说是一个宏观的全方位的育人目标体系。这样宏大的育人目标主要靠各个学科课程来实现。因此,每个学科都要研究如何结合本学科特点来落实学生发展核心素养。高中生物学课程标准修订组在制定课标之初,首先要研究的就是这个问题,经过集体讨论,深入研究,提炼出生物学科课程在立德树人、发展学生核心素养方面的价值,这就是生物学学科核心素养。

  提炼出生物学学科核心素养以后,将学科核心素养作为贯穿整个课标的主线,从课程目标、课程内容、学业质量、教学建议到评价建议都一以贯之。新课标对学科核心素养的定义是:学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。这是一个各学科都通用的定义,但不同学科的学科核心素养是各有侧重点的。

  生物学有四大学科核心素养:生命观念、科学思维、科学探究、社会责任。这四大素养是相互联系的整体。观念指导思维,科学思维是科学探究的核心,通过科学探究培养的关键能力要运用于社会,表现为社会责任的担当。

  关于“生命观念”这一核心素养,课标指出:“‘生命观念’是指对观察到的生命现象及相互关系和特性进行解释后的抽象,是人们经过实证后的观点,是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。学生应该在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念,如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等;能够用生命观念认识生物的多样性、统一性、独特性和复杂性,形成科学的自然观和世界观,并以此指导探究生命活动规律,解决实际问题。”

  生命观念具体包括哪些内容呢?课标的表述是:“如结构与功能观,进化与适应观,稳态与平衡观,物质与能量观等。”课标明确提出的这4 种观点显然是很重要的,但通过“如”和“等”字,可以看出生命观念又不限于这 4 种。比如还有“生命的系统观”,这在必修一教材体现得非常充分,细胞是基本的生命系统,我们引导学生从系统的角度去认识细胞;“生命的信息观”,在必修二体现得比较多,生命本质上是信息的;还有“生态学的观点”,在生物与环境模块会体现得比较多。这些生命观念对于学生将来一生的发展都是很有意义的。

  下面我重点谈谈结构与功能观。关于结构与功能观,经常听到的说法就是“有什么样的结构就有什么样的功能,反过来,有什么功能就一定有对应的结构”,即“结构决定功能”。我觉得这样的说法大体上是正确的,但是不要绝对化。生物体的有些结构是进化过程的副产品,既无害也无益,因此没有选择压力,在进化过程中就保留下来了。“结构决定功能”的说法稍显机械。生物学很多思想观念的表述是柔性的,不是刚性的。比如婴幼儿大脑神经元网络的结构有赖于他看到、听到多少东西或多少信息,说明功能对结构有反作用。结构与功能并不单纯是决定与被决定的关系,所以高中生物课标的表述是“结构与功能相统一”“结构与功能相适应”,这才是生物学的话语风格。

  结构与功能观有哪些内涵?首先是结构观。结构是有物质基础的,结构就是物质的有序的组织;结构是有层次的;结构是有联系的;结构大多是动态的。其次是功能观。功能是作为部分的结构对整体的贡献。认识某层次结构的功能不能离开它上一个层次的整体;生命体最基本的特征是自我更新和自我复制(即代谢和繁殖)。对生命体各层次结构的功能应当大都围绕这两个基本特征去理解。

  为什么要建立结构与功能观呢?第一,结构与功能相适应这样一个观点,为我们分析结构、推断功能提供思想方法。第二,柔性的、非线性的、相互联系的、动态变化的、作用与反作用的结构与功能观,才是生物学的结构与功能观。建立这样的生命观念,对培育学生的辩证思维和辩证唯物主义世界观具有不可替代的价值,这鲜明地体现了生物学课程的育人价值。

  记者:您刚才谈到生命观其实还包含“生命的信息观”,能否具体说说什么是生命的信息观?树立生命的信息观有什么意义?除了生命观念之外,生物学课程是否还有其他的观念教育?

  赵占良:我在今年的《中学生物教学》第 6期发表的文章中是这样说的:生命本质上既是物质的,也是信息的。生命系统都是物质、能量和信息的统一体。生命体的组成以物质为基础,生命活动靠能量来驱动,同时也靠信息来控制和调节。有性生殖的生物,从亲代那里承接的主要是遗传信息,而不是物质和能量。人体的神经调节、激素调节、免疫调节都离不开信息的传递,所以生命本质上是信息的。

  现代生物科技靠掌握的基因序列数据(即遗传信息),就可以人工合成基因。基因序列数据在哪呢?它们不一定在 DNA 分子里,现在已经在电脑里储存了。ATGC 那个序列,在电脑里变成数据了。所以这个时候它就已经不是以 DNA 为载体了,但是信息仍然是信息。人类靠这些信息还可以人工合成基因,甚至可以人工合成生命。这进一步说明生命本质上是信息的。

  那么建立生命的信息观有什么意义呢?在生物进化的长河中,个体有生有死,只有遗传信息是代代相传的。生物个体既然都是要死的,那又何必活一遭呢?从种族延续角度看,其意义就是当好遗传信息的传递者。当然,对我们人类来说,生存的意义显然不能仅限于普通动植物的层面,而是有更高的追求。作为个体的人都难免一死,但是人们所继承和创造的文明的信息会绵延不绝,这似乎可以理解为生命的信息观对人生的启迪。有些古老的文明为什么中断了?这跟那个地区的人口大规模减少是有关系的。

  除了生命观念之外,生物学课程的思想观念教育还有其他重要内容,比如科学本质观、科学价值观以及世界观、人生观等。生命观念可以帮助人们建立更加科学的世界观和人生观,但它不是生物学教育中观念教育的唯一。观念教育不能靠说教,要靠事实和概念。重要概念是观念建构的基础,观念是概念的升华。观念是指导行为的上层建筑,为分析解决问题提供思想方法。

基于核心素养的高中生物学教学建议

  记者:这些核心素养看上去比较宏观、比较“高大上”,那么,在高中生物学教学中到底应该如何落实学科核心素养呢?

  赵占良:课标中实施建议部分增加了一些新的要求,比如“加强和完善生物学实验教学”“注重科学史和科学本质的学习”等,另外增加了学业水平考试和命题建议,还附有教学案例。老师们可以仔细研读。在课标的实施建议基础上,我再提几点想法,作为基于核心素养的高中生物学的教学建议。

  第一,教学内容要聚焦大概念。

  什么是大概念?我的理解是:大概念是居于学科中心位置、对学科具体概念起统摄和聚合作用、构成学科结构框架、对学科研究对象的上位的本质的认识。

  聚焦大概念有什么意义?聚焦大概念意味着不是让学生学习零散的、不连续的事实性知识和理论片段,所有知识性内容的学习都指向大概念。聚焦大概念可以帮助学生将所学知识结构化,对自然界形成整体的连贯的理解,加深对科学的理解,避免机械记忆。聚焦大概念可减少不必要的学习内容,实现少而精,有助于学生把书越学越薄。 

  如何聚焦大概念?这在课标里有明确表述:“教师在设计和组织每个单元的教学活动时,应该围绕大概念和重要概念展开,依据重要概念精选恰当的教学活动内容和活动方式,其教学策略既可以是讲解、演示、讨论,也可以是学生动手活动或对资料的分析及探究,所有的教学活动都要有利于促进学生对生物学概念的建立、理解和应用。”

  第二,要加强科学思维的培养。

  首先,要注重怀疑态度、质疑精神的培养,可以通过介绍科学史有关实例,在教学活动中鼓励质疑,培养问题意识,“不唯上,不唯书,只唯实”。其次是通过设计各种学习探究活动,培养学生的实证意识、寻求证据的能力,注重证据的客观性。寻求证据的方法有多种,如观察、实验、调查等,但具体采用什么方法,要针对问题而定。比如调查一个种群的密度,实验怎么设计?没法设计实验,只能去调查。找到证据以后还要去评价证据的客观性。再次是训练逻辑思维,引导学生从证据推导出结论,在这个过程中训练学生逻辑思维的流畅性、严密性。在逻辑思维的基础上,还可以有更高的要求,如培养学生的辩证思维、整体性思维和复杂性思维等高阶思维。

  第三,要设计真实情境下的任务驱动。

  这次教材的修改,在情境创设上下了很大的功夫。教师要充分利用教材中提供的情境;也可以联系社会、生产、生活、环境实际来创设新的情境;还可以联系科技新进展,联系科技史、社会发展史等情境。创设情境不光是为了提高学生兴致,关键是要围绕重要概念或者大概念的学习,引出与重要概念有关的问题。将重要概念转化为中心问题,再把中心问题分解成几个逻辑连贯、依次递进的小问题,这些小问题应该是学生可以借助直接或间接的事实性材料来讨论、探究的。将这些小问题通过适当途径转化为学生要完成的一个个任务,完成这些任务的过程就是逐渐建构重要概念的过程。

  第四,要注重科学本质教育。

  课标在教学建议部分专门阐述了什么是科学本质,科学本质包括哪些内涵。课标关于科学本质内涵的表述与国际科学教育界的认识是一致的,但是我觉得这些对高中生物学教学来说内容显得多了一些。在课标表述的基础上,我认为高中生物学教学关于科学本质教育应该侧重在以下三个方面:一是知识体系的开放性和动态性,不要让学生觉得高中生物学教材里讲的都是最终的真理,将来不会有任何修改了。二是科学本质的重要内涵就是“科学就是求真的探究”。科学不仅是知识体系,也是一种探究的过程,在探究过程中形成科学研究特有的思维方式,这种思维方式首先是高度理性,做到力求反映客观实际;还包括重视逻辑和实证,即“以实证为判别尺度,以逻辑作论辩的武器”。三是科学是人类共同的事业,要让学生认识到科学研究需要团队合作、同行评议;科学的发展需要技术的支持,也受技术的制约,还受社会文化的影响;科学研究的成果应让全人类共享,科学研究推动人类文明进步。

  第五,要更加重视实践活动,落实实践育人。

  中学生物学课程中的实践包括科学探究(如实验、调查、观察等)和工程实践(如发酵食品的制作、植物组织培养等)。探究是寻求现象背后的原因;工程实践是制造自然界没有的产品。前者培养探究精神和探究能力,后者培养工匠精神和实践能力,二者都是培养创新人才的重要途径。实践育人说起来容易做起来难,特别是存在课时的矛盾,实践活动比较占课时,这需要老师们在实践中自己去摸索解决。总而言之,教师要引导学生主动地参与生物学的学习,在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识,养成科学思维的习惯,形成积极的科学态度,发展终身学习及创新实践能力,提升学生的学科核心素养。


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