普通高中生物教材面向现代化问题初探

以邓小平同志提出的“教育要面向现代化,面向世界,面向未来”为指针,编好新的一轮普通高中教材,已经成为大家的共识。三个面向的核心是面向现代化。如何才能使普通高中生物教材符合面向现代化的要求呢?笔者认为至少要做好两个方面的研究:一是研究现代生物学的特点;二是研究一个走向现代化的国家对高中阶段生物学科教育的客观要求。

一、根据现代生物学的特点,使教材做到面向现代化

生物学是一门既古老又年轻的科学。直到19世纪,学术界才首次提出“生物学”(biology)这一名词,生物学家才“乐意抛开纯粹收集资料和描述事实的传统,转而通过观察和实验研究动植物的活动状态。”继19世纪出现被恩格斯誉为该世纪科学三大发现之二的细胞学说和达尔文生物进化论之后,生物学在20世纪的发展更是日新月异。特别是本世纪50年代Watson和Crick提出DNA双螺旋模型之后,分子生物学的研究正在引起生物科学乃至整个自然科学领域的一场革命,这场革命不仅将改变整个自然科学的面貌,而且会改变人们的思想观念、生产方式和生活方式。

概括起来,现代生物学大致有以下几个特点:

1.高度重视观察和实验。

2.分子生物学已经成为生物学的带头分支学科,几乎所有生物学问题最终都能在分子水平上加以研究。

3.生物学与其他有关科学发生高度的双向渗透和综合。

4.高度重视生态学的研究。

5.现代物理和化学技术在生物学研究中广泛应用,同时也使生物技术(biotechnology)成为高科技的重要组成部分。

根据现代生物学的上述特点,高中生物教材的编写应该在以下几个方面多下功夫。

(一)加强有关观察和实验的内容,改进实验内容的设计和编排

现行高中生物教材(必修)中只有5个实验,其中“观察玉米杂种后代粒色的分离现象”实验是大多数学校难以完成的。这5个实验都是验证性实验,并且集中附于教科书的最后部分,与相应的课文内容相隔甚远。教材正文部分很少涉及实验内容,大多是直接讲述现成的结论。显然,这很难说体现现代生物学的特点。

新的普通高中生物教学大纲中规定的必修课实验项目(包括探究、实习)共24个。根据实验手段和教学目的的不同,可以将这些实验分为以下三类:

(1)定性观察,如观察叶绿体的结构、观察细胞质的流动等;

(2)定量分析,如有性杂交试验、种群密度的取样调查等;

(3)模拟探究,如性状分离比例几率的模拟、模拟通过分子杂交鉴定人猿间的亲缘关系等。

新的高中生物教学大纲对实验的要求,不论从数量还是从类型上,都比现行高中生物教学大纲和教材有明显的扩增,这就为新的高中生物教材在实验方面体现“面向现代化”奠定了基础。但是,教学大纲的改进不等于编教材可以坐享其成。笔者认为教材在实验内容和编写方式等方面还应该注意以下几点:

1.在大纲规定实验内容的基础上,适当增加简便易行的实验观察内容

大纲中规定了24个实验(包括必做实验和选做实验),这与海外高中生物教学大纲和教材相比,在数量上尚有明显差距,这当然与我国中学生物实验条件有关。但是,这并不意味着我国中学在因陋就简、就地取材增加实验观察项目上再无潜力,何况有些重点中学的实验条件,与发达国家的差距已不明显。下面仅举一个实例来说明。 

美国的一本高中生物教科书《现代生物学》(ModernBiology),在讲到自然选择时安排了这样一个实验:让学生用尺子测量100粒花生仁的长度,然后用座标图表示出来,算出平均值、最大和最小值与平均值的差距,并与其他同学得出的结果进行比较。然后让学生分析以下问题:

(1)影响花生仁大小的因素是什么?如果环境变化使大花生仁成为一种有利变异,该花生种群将朝着什么方向发展?

(2)描述对大花生仁有利的环境变化。你能想出什么样的环境变化对小花生仁是有利的吗?

(3)为什么大多数花生仁不像最小的花生仁那么大?

(4)你怎样才能确定一个性状(如花生仁非常大)是遗传的结果还是环境影响的结果?

就是这样一个简便易行的小实验,就能在教学上起到很重要的作用。测量、统计、比较都是生物学上最常用的研究方法,这些方法在这个实验中都用到了;用座标图形式表达结果,有利于培养学生的信息表达和交流能力;对实验结果的分析,有利于学生进一步理解自然选择理论,并且有利于培养学生的思维能力;实验指导中提出的最后一个思考题,并不能通过本实验得到答案,尚需学生设计新的实验,这又有利于培养学生的研究能力和创造能力。

2.改进实验指导的编写方式

(1)实验指导应有利于学生主动探索

在大纲规定的实验中,有些实验需要学生在掌握了相应的概念和原理以后进行,否则难以完成教学目的。例如,“用显微镜观察细胞的有丝分裂过程”,如果学生连染色体的概念都不清楚,就很难看出处于有丝分裂不同时期的细胞各有什么特点;再比如“DNA的粗提取与鉴定”实验,如果学生对DNA的概念一无所知,这个实验的进行就毫无意义。但是,其他大量的实验是既可作为验证性实验,也可作为探索性实验的,如“酶的高效性和专一性”、“植物细胞的质壁分离和复原”等。对于这些实验,笔者认为应该编排在课文讲述有关过程和原理之前。这样做一是符合学生从感性到理性的认知规律;二是有利于提高学生的学习兴趣,使他们体验到主动发现的乐趣;三是更加有利于培养学生的观察能力、思维能力和实验能力。在实验指导的写法上与验证性实验也应有所不同,应注意结合具体操作步骤,多提出一些紧扣实验目的的问题,使学生边观察边思考,并减少实验观察的盲目性。

(2)应注重对实验原理的解释

九年义务教育初中生物教科书(人教版)的实验指导,一般包括“目的要求”、“材料用具”、“方法步骤”、“讨论”四项内容;现行高中生物课本的实验指导也大致如此。初中生物课中的实验大都是观察较为直观的现象,如生物体的形态、结构和运动等,这样写实验指导无可非议。新的高中生物教学大纲中规定的实验,生理实验和定性、定量分析实验较多,学生在做这些实验时,如果仅知道目的要求、材料用具和方法步骤,而不懂实验的原理,恐怕就只能照方抓药,机械操作,结果所培养的至多是动作技能,不利于对相关知识的理解和掌握,思维能力、实验能力的培养就更是镜花水月了。因此,对于较为复杂的生理实验和定性或定量分析实验,应在实验指导中设置“实验原理”一项,使学生改变上实验课“盲人骑瞎马”的状态。

(3)应鼓励学生正确总结、表达和分析实验结果

正如前面列举的美国教材中的“花生仁”实验一样,通过实验,应该让学生展开多维度的思考,不仅让他们获得“已知”,而且让他们意识到“未知”。因此,实验指导最后部分的思考题,一定要精心设计。

(4)关于由学生自己设计并进行的实验,实验指导的写法应另辟蹊径

对于这类实验,应该明确实验的目的要求,多提供些可供选择的材料用具,不交待方法步骤,同时指出,学生还可以自己寻找其他可替代的材料用具。

(二)更为广泛地反映分子生物学的新进展,体现分子生物学作为生物学带头分支学科的地位和作用

分子生物学是在分子水平上研究生命现象本质和规律的科学。本世纪50年代DNA双螺旋结构模型的发现,随后“中心法则”的确立以及DNA重组技术的确立,标志着分子生物学的蓬勃兴起,并且导致生物科学的面貌发生了根本性的变化。分子生物学的兴起不仅揭开了遗传学上的许多难解之谜,而且其概念、方法和技术很快渗透到生物科学的其他领域,如分子细胞学、神经分子生物学、分子分类学、分子进化论、分子生态学、分子病理学等。纵观近三、四十年生物科学的发展可以看出,一方面是学科分支越来越多,越来越细;一方面是各分支学科之间越来越表现出高度的统一性,那就是越来越热衷于从分子水平上来研究。一直在形态结构上对生物分门别类的分类学,今天在分子水平上找到了更为精确的分类依据;一直在古地层中挖掘生物进化史的学者,今天可以在实验室中,通过测定和比较现存生物的DNA或氨基酸序列,来判断不同物种间的亲缘关系,从而理出生物进化的来龙去脉;由分子生物学催生的新兴学科——生物技术(也叫生物工程),将成为21世纪的新兴产业。由此可见,在高中生物教材中适当反映分子生物学的内容,已不仅仅是《遗传和变异》一章的分内之事。

如何在教材中反映分子生物学的地位和作用呢?笔者认为应该注意以下两点:

要按照新大纲的要求,合理确定分子生物学内容在各个单元的分布 关于蛋白质的结构和功能,主要在“生命的物质基础”单元中讲述;关于“酶的功能特性”,主要在“生物的新陈代谢”单元中讲述;关于“DNA的双螺旋结构”、“中心法则”等内容,主要在“生物的遗传和变异”单元中讲述。上述三个单元,尤其是遗传和变异这一单元,是讲授分子生物学知识的重点单元。其他单元则采取渗透讲述的办法,或在正文中加小字,或作课外阅读材料,点到为止。

2.要充分考虑学生的知识基础和接受能力,切忌讲得过深过细

(三)反映现代生物学的其他特点

关于现代生物学的其他特点,如重视生态学的研究、生物学与其他学科交叉渗透、先进技术在生物学研究中的广泛运用等,新编高中生物教材也应给予适当的重视,本文限于篇幅,就不一一详论了。

二、根据现代社会对高中生物教育的客观要求,使高中生物教材适应时代的需要

人类社会发展到今天,“科学技术飞速发展并向现实生产力迅速转化,愈益成为现代生产力中最活跃的因素和最主要的推动力量。”我国在走向现代化的过程中,始终要面对激烈的国际竞争。“国际间的竞争,说到底是综合国力的竞争,关键是科学技术的竞争。”本世纪50年代以来,世界各国对科学,尤其是对高科技愈来愈重视。在高科技领域中,生命科学和生物技术占有突出重要的位置。我国的“863高科技计划”确定了七个高技术领域为今后发展重点,其中名列首位的就是生物技术。生物技术在21世纪将发展成一种新兴产业,并且很可能会导致一次新的工业革命。例如,通过基因移植改变农作物的品种,从而提高作物的抗病、抗虫害能力,改进作物的品质,提高产量,现在已有不少成功的实例,这对于我国这样一个农业大国来说,无疑更是一个福音;利用发酵工程的手段,让微生物生产可以生物降解的塑料,将会解决困扰人类的“白色污染”问题。生物技术在疾病防治、能源开发、人工智能等方面的应用同样不胜枚举。

发展高科技需要人才,而这些人才的培养要从娃娃抓起,高中生物教育当然责无旁贷。此外,作为一个现代社会的公民,同样需要现代生物科技的基础知识、基本观点和素养。下面,笔者主要从知识教育和能力培养两个方面,谈谈对高中生物教材如何适应现代社会需要的一些想法。

(一)知识教育方面

1.处理好知识的基础性与先进性的关系

高中生物教材要适应国家发展高科技的要求,反映现代生物学的特点,但这并不意味着要大讲特讲生物高科技的内容。首先应从高中教育的基础性出发,主要讲授现代生物学的基本概念和原理等。随着生物科学的发展,人们对某些基本概念和原理的认识也不断得到修正,因此,在讲述基本概念和原理时,也应当体现先进性。例如,关于光合作用的概念,过去认为光合作用的产物通常是葡萄糖,现行高中生物课本也是这样写的。现在证明大多数高等植物的光合产物是淀粉,有些植物的光合产物是葡萄糖和果糖。因此,教材中应该将光合作用的产物改为主要是碳水化合物。

在主要讲述基础知识的同时,也应花少量笔墨介绍一些生物科技的新成果及其应用。例如,在必修课教材中讲述遗传病的基础知识时,可以适当介绍基因诊断和基因治疗等。

2.在重视基本概念和原理的同时,对生物技术的内容也应当给予应有的重视

科学与技术是相互支持的,这一点在现代高科技领域表现得更为突出。可以说如果没有电子显微镜、液相色谱分析、PCR技术等现代技术设备和手段,就没有今日生物科学的繁荣局面。从另一方面看,现代生物科学的发展,又极大地促进了物理、化学技术的发展。然而,长期以来,生物学教材(甚至包括大学教材)都是只重视科学概念和原理的介绍,对研究生物科学所用的技术和手段介绍甚少。在新的高中生物教学大纲所规定的必修课教学内容中,有关技术的知识点也非常少。当然,对于高中学生来说,掌握必要的生物学概念和原理无疑是首要的要求,但是,过于忽视对有关技术的介绍,既不利于他们对现代生物科学的理解,也不利于他们形成较全面的科技意识。

鉴于我国中学的现有设备条件和学生的理化知识基础,有关生物技术的知识,不宜在高中生物教材中系统讲述。笔者认为可以在课外阅读材料中,对有代表性的生物技术予以简略介绍。

3.重视科学、技术与社会的联系,体现STS教育思想

理论联系实际,是教材编写应当遵循的一条重要原则。以往教材中体现理论联系实际的原则,往往是采用两段论式写法,即先讲述理论知识,再介绍知识在实践上的应用。这样的写法具有层次分明、重点突出的优点,但是也容易造成学生相对忽视应用的倾向。笔者认为新编高中生物教材应该在继承以往教材理论联系实际的基础上,有所发展和突破。首先,在内容的选取上,不仅要考虑到本学科知识的系统性,也要考虑到社会的实际需要。应当在现代社会发展状况这样一个大背景下,优化学生的知识结构。其次,应当紧密结合具体教学内容,提出现代社会人们普遍关心的一些问题,如环境问题、能源问题、人口问题、粮食问题、营养保健问题等,将这些问题作为学生接受生物科学技术知识的背景材料,强化学生的学习动机,促进学生的学习成为有意义的学习;同时,也可用这些问题促进学生在学习有关知识后进一步思考,深入领会所学知识的价值。当然,以往教材中所谓“两段论”式写法,也是不能完全放弃的。

(二)能力培养方面

现代社会要求人具备多方面的能力。从为发展高科技产业培养人才来说,对学生能力培养的要求更为令人瞩目。新的高中生物教学大纲在《九年义务教育初中生物教学大纲(试用)》提出的培养学生观察能力、思维能力、实验能力和自学能力的基础上,又提出了培养学生初步的研究能力和创造能力,笔者认为这一提法是符合时代要求的。下面笔者仅对高中生物教材如何有利于培养学生初步的研究能力和创造能力谈点个人的看法。

1.研究能力的培养

研究能力的培养需要有两个方面的基础,一是必要的知识基础;二是观察能力、思维能力、实验能力和自学能力方面的基础。因此,要培养学生的研究能力,首先要重视打好上述两个方面的基础。在这样的基础上,教材可以通过以下途径来促进培养学生的研究能力。

(1)通过实验教学。这一点已在本文第一部分论及,此处不再赘述。

(2)结合具体教学内容,介绍科学家从事某项研究的过程和方法。生物科学的研究过程一般要经过搜集资料、观察现象、发现问题、提出假设、设计并进行实验来检验假设、得出结论、运用结论解释其他相关事实并再次检验结论等阶段;生物科学的研究方法包括观察法、比较法、实验法、归纳法、演绎法等。通过生物科学史上的范例,使学生了解生物科学研究的过程和方法,无疑会有利于研究能力的培养。有关这方面的内容,既可以在教材正文中介绍,与讲授概念和原理同时进行,以促进过程式教学的开展;也可以设立一个特定栏目,如“生物科学史话”,编排在正式课文后面,供学生课外阅读。

2.创造能力的培养

关于什么是创造能力,以及是不是每个人都有形成创造能力的遗传素质,目前在学术界似乎仍有争论。笔者赞同这样的看法,即创造能力就是在原有认知基础上,通过创造性思维,获得新观点、新理论、新方法,创造新产品的能力。创造能力是能力的最高表现形式,高科技时代尤其需要具有创造力的人才。不论是不是每个人都具有先天的创造潜力,有一点是可以肯定的,即创造潜力只有通过正确的教育和训练才能表现为创造能力,正如一个具有绘画天赋的人,只有通过正确的绘画教育和训练才能成为优秀画家一样。

创造能力的核心是创造性思维。创造性思维具有新颖性、独特性、跳跃性、连动性、发散性等特点。好奇心强,敢于怀疑,富于想像,善于联想等心理特征,是创造性思维必备的前提。通过灵感而顿悟,往往是完成创造性思维的关键。基于以上分析,笔者以为新编高中生物教材可以通过以下途径培养学生的创造性思维,进而培养学生初步的创造能力。

(1)通过趣味性强的设疑,介绍科学家敢于怀疑现有结论(如达尔文怀疑“特创论”和“用进废退”学说),介绍有待解决或有争议的问题,来激发学生的好奇心,培养学生敢于怀疑和独立思考的精神。

(2)提出一些多解性思考题,培养学生的发散思维。例如,哪些生物能进行无性生殖?人类可以利用的能源有哪些?对固体废弃物应该怎样处理?等等。

(3)通过介绍生物学家运用大胆的想像、丰富的联想,并通过灵感而获得新发现的实例,给学生以创造性思维的启示。

(4)在某些实验项目的实验指导中,要求学生提出可替代的材料和方法,以及通过让学生自己设计实验方案,来培养学生的创造性思维。

(5)在每章教材最后,可以提出一些可辩性强的讨论题,让学生展开讨论,即通过苏联教育学家倡导的“脑力激荡法”来活跃学生思维,培养学生的创造性思维。例如,在《生态环境的保护》一章中,可以提出这样的讨论题:“地膜覆盖能提高农作物产量,同时也造成白色污染,你认为这一作法是否应当废除?”

思想教育也是高中生物教材面向现代化所不可忽视的内容。应通过教材内容对学生进行爱国主义教育、辩证唯物主义教育、科学态度和科学价值观教育、生物学基本观点教育、环境道德观教育等,这对于培养适应21世纪国家建设和社会发展需要的人才,都是十分必要的。

综上所述,新编高中生物教材要体现面向现代化,一是要反映现代生物学的特点;二是要适应我国在走向现代化过程中对高中生物教育的客观要求。当然,教材面向现代化这一重要课题,其内涵要远比本文所述丰富得多,这里所记只是笔者的一点学习心得,或片面,或偏颇,意在抛砖引玉。


微信“扫一扫”, 关注我们相关的信息