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摘要：高中生物課程在學生核心素養發展方面的基本價值，是讓學生形成基本的生命觀和生物學基本觀點，提升科學素養。必修內容應涵蓋理解生命必需的基本概念，并滲透生物學思想觀念以整合這些概念，關注科學通用概念；整體規劃科學方法教育和實驗、探究等活動，強調活動中的知行合一、能力提升；注意促進科學本質的理解，滲透科學精神。特別要關注多維整合，促進學生的全面發展。 關鍵詞：高中生物；必修；科學素養；核心素養 我國正在深化的高中課程改革中，核心素養（key competencies）體系被置于基礎地位。高中生物課程改革的深入進行也將以促進學生核心素養發展為目標。由于高中生物課程里只有必修才是面向全體學生的，因此回答好“高中生物必修內容怎樣變革才有利于全體高中生核心素養的發展”這一問題十分重要。 一、生物學的本質與本課程的價值 高中教育所談論的核心素養，是“所有學生應具有的最關鍵、最必要的基礎素養，是知識、能力和態度等的綜合表現。”[1]從表面看，素養似乎依然是知識、能力和態度，但是發展核心素養的教育更強調知識、能力、態度的統整：素養=（知識 能力）態度[2]。 科學素養（science literacy）是高中生核心素養不可或缺的一部分。不少學者、機構提出了關于科學素養的理解，如科學素養包含概念理解、科學過程、科學能力和科學探索4個要素；科學素養包括認識科學的地位、作用，理解科學思想與行動，理解科學與社會的關系，具有科學媒介素養，理解科學的動力與信念；等等[3，4，5，6]。綜上所述，科學素養包括具有理解自然界所需的基本知識，掌握基本的研究方法；愿意并能夠運用有關知識和方法描述自然現象、提出問題，能基于證據和邏輯得出結論、與人交流；具有批判性思維品質；具備尊重事實、理性質疑的精神，理解科學的本質，關注科學技術與社會的關系。 要探討高中生物課程在發展科學素養方面的價值，需要先討論生物學的本質。生物學之所以為生物學，在于研究的對象是自然界中的“生命”，生命是復雜的、多層次的、經億萬年進化而來的；在于研究的方法既符合科學的基本要求又有自己的特色；在于研究建立的知識，是一個相對獨立的、自洽的、開放的、發展的體系；在于具有生物學科獨特的思想。生物學的本質決定高中生物課程的性質，也決定高中生生物課程在發展科學素養方面的價值（表1）。 表1 高中生物課程在發展科學素養方面的價值
由于只有必修課才是全體高中生都要學習的，高中生物課程在全體高中生發展科學素養方面的價值基本是靠必修來實現。因此要特別規劃好哪些應當必修，哪些應當選修，要關注重要內容列為選修會不會造成很大一部分高中生核心素養的殘缺。 二、知識內容的選擇 1．涵蓋理解生命必需的基本概念 生物學基本知識包括什么？我們可以從以下兩個途徑去考察。一是借鑒國內和國際上正在使用的大學普通生物學教材。考察可知，其基本內容都包括生命的物質基礎，細胞，植物與動物的結構、功能、生殖、發育，物質、能量代謝，調控，遺傳與變異，進化，生物多樣性，生態學等。二是參考生物學哲學對生物學知識的提煉。邁爾認為，生物學的基本任務是研究生命系統的結構、功能，生命的過去、現在和未來[7]。美國國家科學院研究理事會提出，二十一世紀新生物學依賴于從各個學科整合而來的知識，以促進對生命系統的理解[8]。我們可以由此總結：生物學基本知識的核心指向是理解生命。具備哪些知識才能理解生命？我們可以從回答生命“是什么”“怎么樣”和“為什么”[9]這樣3個基本問題所需去闡述。 表2 理解生命應該能回答的3個基本問題
這3大問題中每個問題又包括多個層次的問題。回答這些問題所構成的基本內容框架主要是什么呢？邁爾曾經說過，生物學的進展大多是概念（或原則）發展的結果。可見，生物學知識的主體是一個概念體系，生物學核心概念是框架。強調“核心”，“精”是本質，“少”是外在表現。怎么精選核心概念？一是借鑒國際經驗。英國、美國課程文件和PISA 2015 科學框架圖關于生物學核心概念的敘述見表3。[10,11,12]這幾份文件內關于生物學核心概念的內容雖然表述各異，但都可以由共同點構成交集。 表3 英國、美國、PISA2015文件中的生物學核心概念
二是考察我國現有高中生物課程的現實與歷史。近年在相關機構開展的對現行高中生物課程標準的調研中，很多專家都提出，除了目前已有的分子、細胞、遺傳、進化、穩態、環境等核心概念，還應增加新陳代謝、發育等方面的內容。 綜上所述，我們提出，高中生物必修應涵蓋細胞、新陳代謝、穩態與調節、生態系統、遺傳與變異、進化等概念（表4）。 表4 高中生物必修應涵蓋的生物學核心概念
考慮必修學分、學時減少的現實，必修部分可以適當降低核心概念包括的下級概念的深度、廣度的要求，但上述六個核心概念都是必修內容所不可缺少的，不可以將某些核心概念列入選修。面對類似問題，我國臺灣地區高中生物課程就是按照這一思路設計[13]。生物學的發展很多時候是在發現事實和發展概念，必修課程缺席的基本事實和核心概念，學生難以從其他概念推演而得到，因此，生物學必修課程中保持上述核心概念的相對完整顯得尤為重要。放眼世界，發達國家和地區的高中生物課程，還幾乎沒有將生命活動的調節、生態學等內容整體放到選修的做法。 需要強調的是，這里討論的是生物學核心概念，考慮的是生物學的獨特性。生物學與科學通用概念的關系，我們將在后文討論。 1．以生物學思想整合概念形成網絡 理解生命需要以上述核心概念及其下級概念為基礎，但是這些概念需要相互關聯形成概念網絡才具有解釋力，整合這些概念需要生物學思想。高中生物課程里需要特別關注的生物學思想主要有進化思想、系統論與生態學思想，它們是溝通核心概念的橋梁，也是生物學的靈魂（圖1）。
圖1 生物學思想與核心概念的關聯 生物學里最核心的思想是“進化”。“現代的生物進化理論，為人們理解生命的歷史、各種生物之間的關系、以及生命依賴于物理環境提供了統一的準則，生物進化的概念提供了將大部分生物學知識構建成一個整體的框架” [14]。甚至有人說，生命就是自然選擇作用下的物理、化學現象 [15]。滲透進化思想的課程，就不僅要介紹進化理論，還注意以進化思想貫穿各概念，發揮“進化”在解釋生命現象“終極原因”時的解釋力。 生態學思想與系統論思想的關系非常密切，二者有時甚至難以區分。系統論認為系統是物質存在的普遍形式，系統具有整體性、層次性和動態性 [16]。生態學從整體性角度，研究不同層次和等級生命系統與環境的相互作用 [17] ；究方法上以整體性為核心，從整體上思考、突出生態綜合、重視非線性復雜現象為基本特征[18]。高中生物課程中滲透系統論思想與生態學思想，落實在讓學生認識生命系統的層次性、整體性，嘗試系統分析局部與整體、生命與環境的關系，關注從細胞、個體到生態系統等各層次生命系統物質、能量變化和信息的傳遞；在理解生命的繁衍、進化時，將生物放到與其他個體、群體以及環境的關系中去理解；學習遺傳現象與規律時，理解遺傳不但是個體的，更是群體的。 當前，中央正在提倡以生態文明理念推進美麗中國建設，“生態”得到了前所未有的重視，高中生物課程理應強化生態學內容和生態學思想。 2．建立生物學概念與科學通用概念的聯系 生物學屬于自然科學，生物學概念與科學通用概念廣泛聯系在一起。科學通用概念搭建物質科學、生命科學、地球與空間科學等學科之間的橋梁[19]。美國《K-12科學教育框架》提出的跨學科的通用概念包括以下7個。模式；原因與結果：機制與解釋；尺度、比例和數量；系統與系統模型；能量與物質：流動、循環和守恒；結構與功能；穩定性與變化。英國科學學習項目提出的大概念（ideas）是：概念模型和理論；結果與原因；變化與相互作用；科學研究過程；量化分析等[20]。理解這些通用概念有利于學生更好地理解生物學、理解科學。有學者探討過高中生物課程如何融入跨學科概念[21]。高中生物核心概念既應該、也可以與通用概念建立聯系（表5）。 表5 生物學概念與科學通用概念之間的關系
建立生物學概念與科學通用概念的聯系，課程文件可以是提出大致要求，具體落實可以靠教材。教材在闡述生物學概念時，可以是隱含的方式，也可以設置相應欄目總結提煉出科學通用概念，提示學生予以關注，注意引導學生在科學探究時運用科學通用概念（有些通用概念本來就屬于科學方法范疇）。 三、活動內容的設計 1．整體規劃科學方法教育的內容 科學探究能力是科學素養的基本組成要素。科學探究能力是一種科學思維和科學推理能力[22]。科學思維、科學推理需要以科學方法為基礎。現有高中生物課程標準有11條有關科學方法的描述。現行的人教版高中生物教材也對科學方法教育的內容做了較系統的規劃[23]。不過，有關科學方法的教育內容值得進一步系統規劃。科學方法應該包括以下3類。一是獲取科學事實的方法，如觀察、實驗、調查、模擬。二是邏輯思維的方法，如分析與綜合、抽象與概括、比較與分類、歸納與演繹等。三是批判性思維方式的關鍵特征，如思維的清晰、準確、邏輯、完整、公正等[24]。課程文件可以對科學方法的內容、功能、價值做更系統、全面、具體的描述，教材也可以對科學方法教育進一步系統規劃、分清層次、理清先后關系，既系統設計又分步落實。 科學方法的掌握，關鍵是會應用。科學方法的教育途徑，一是滲透在生物學史的介紹之中，二是在觀察、實驗、模型建構等活動中應用。由于實驗、探究的教學是高中生物課程中的難點，以下就此重點展開。 2．系統設計學生實驗、探究等學生活動 國際上一般認為科學實驗可以促進科學教育以下目標的實現：理解科學概念，興趣與動機，科學實踐技能和問題解決能力，科學思維習慣，理解科學的本質，科學探究和理性的方法，科學知識在日常生活中的應用[25]。可見，實驗教學的價值是多樣的。 我國高中生物實驗、探究教學現狀如何？調查可知，一多半學校平均每個必修模塊才做2次實驗、探究甚至更少；有的實驗開出率為0，如低溫誘導植物染色體的加倍[26,27,28]。教學中開展了的實驗、探究的效果也未必好。引起實驗教學問題的原因，既有現實條件的限制，也有課程規劃方面的問題。必修課里的實驗、探究有必要進一步完善。 從現有活動是否充分的角度去考慮，現有的實驗、探究還主要是服務于、依托于知識，缺乏從科學思想、方法教育和探究能力培養出發的系統規劃。特別是幾乎沒有真正的問題解決的探究，而解決問題的能力實際上是科學素養的核心。加上有些實驗、探究未真正實施，實驗教學的價值實現比課程設計的還要打折扣。從現有活動是否都必要的角度分析，并不是所有實驗、探究都有教育價值，需要綜合評估每個活動的價值、意義。例如，我們可以嘗試從以下三方面考察其教育價值（表6）。 表6 實驗、探究的教育價值分析思路
分析可知，“低溫誘導植物染色體的加倍”在概念建構方面的價值不高，在科學思維、科學精神教育方面也與其他實驗類同。再考慮這個實驗難開展、效果差，可以舍棄。 其次，實驗、探究的目的要有知識，但是不局限于知識。即便是就知識而言，也不但要關注驗證結論、探究知識，還應運用知識解決問題；不但考慮與單一的知識建立聯系，也考慮知識綜合應用的問題解決。可以考慮每學期學完基本知識之后給學生一次真正的問題解決的探究體驗，突出探究的問題性、知識運用的綜合性、問題解決途徑的多樣性。 除了實驗、探究之外，課程文件和教材中所提供的學生活動可以適當豐富，可以規劃多側面的活動，系統化、整體化、分層次設計形成一個整體[29]。從教材編寫的角度看，可借鑒某些教材做法設置實驗、快速實驗、探究活動、深度探索等類型[30]。當然，考慮到高考、學業水平考試的需要，課程文件應對必須做的實驗和拓展的實驗予以明確的標注。必須做的實驗，是價值高、有普遍適應性、易開展的實驗，以100%的實施為目標；拓展、選擇類的活動則明確闡述可以靈活掌握。 再次，學生活動規劃要立足生物學科，又應有跨學科的大科學視野，也就是說，實驗、探究的設計應有跨學科的視角，強調活動中的綜合科學思維。美國《新一代國家科學教育標準》中，不對具體的生物學實驗做規定，而是結合具體學習內容，圍繞著提出科學問題、描述工程問題，創設和使用模型等8類科學與工程實踐做出要求[31]。這給我們很多的啟示。 3．更加強調學生在活動過程中的知行合一 在學生活動過程中強調知行合一，整合知識、方法，是理解概念、掌握方法、提高能力的有效途徑。美國《K-12科學教育框架》強調必須把學科核心概念、跨學科概念、科學與工程實踐三個維度有效整合[32]。怎樣整合？我們可參考英國約克大學的PACKS項目組提出的科學探究能力模型（圖2）[33]。這個科學探究能力模型給我們的啟示是：我們可以在課程文件、教材中，明確探究、實驗流程中各項行為所對應的能力要求，從而給學、教、評等給予更明確的指導信息，幫助學生在完成活動時真正在“做”中有“思”。具體說，在提出科學問題階段，能說出提出問題的依據，可客觀地評價問題的探究價值；在解決問題時，知道選擇觀察、測量、實驗等途徑來獲取證據，能運用已有的科學知識、根據科學規范要求設計探究方案，正確地操作，獲取證據；在陳述結果階段，可以客觀地陳述事實、描述結果；在得出結論階段，能依據結果，得出符合邏輯的結論，并評價結論的可靠性。
圖2 PACKS科學探究能力模型
四、科學本質教育的滲透 科學是科學知識、科學方法和科學精神三個方面組成的一個不可分割的有機整體。幫助學生理解科學的本質、樹立科學態度、發展科學精神是高中生物課程責無旁貸的義務。 關于科學的本質，美國較早就出現了研究和討論。AAAS( 1989) 就從科學的世界觀、科學探究、科學事業這3個方面做了詳細闡述[34]。McComas( 1998)總結了科學的本質，要點是：科學知識是可信的，同時又是試探性的；科學知識非常(不是完全)依賴于觀察、實驗證據、理性的辯論和質疑；不存在一種做科學的唯一方法；科學試圖解釋自然現象；觀察建立在理論的基礎上；科學和技術相互作用；科學觀點受社會和歷史背景影響；等等[35]。近十年來，國內中學教育界對科學的本質問題已經有不少討論[36,37]。目前廣為認可的科學的基本特點是：以實證為判別尺度，以邏輯作論辯的武器，以懷疑作審視的出發點[38]。讓學生理解科學的本質，重點是要讓學生理解科學的這些本質特點。 理解了科學的本質，樹立科學態度、發展科學精神就有基礎。科學精神是本體論承諾，科學態度是認識論承諾[39]。二者有密切關聯，本文不擬對它們作明確的細分，僅從培育科學精神的角度討論。科學精神至少包含以下六大要素：“客觀的依據，理性的懷疑，多元的思考，平權的爭論，實踐的檢驗，寬容的激勵”[40]。高中生物課程在培育學生科學精神方面，重在引導學生建立尊重實證、尋求論證邏輯的嚴謹以及發展理性的懷疑精神，形成多元思考、平等討論的意識和寬容的品質。 課程文件中可以更明確科學本質的內涵、科學精神的要素，提出理解科學本質、培育科學精神的基本途徑。教材可以結合具體內容滲透科學的本質和科學精神。例如，在科學實驗、探究活動中重視引導學生理解證據的作用，強調運用證據和邏輯去質疑、辯論；通過生物科學史引導學生理解科學知識的開放性；在闡述理論、觀點、規律時，提供事實證據，呈現由事實到觀點、規律、理論的邏輯過程。 發展核心素養的課程更關注元素的整合，因此高中生物必修內容的變革，要特別注意多維整合。一方面要將知識內容、活動設計進行整合，將知識、能力與態度的教育進行整合。另一方面，要從整個高中教育的視角去看生物課程。教育的目的，是讓學生學會認知、學會做事、學會共處、學會做人（發展）、學會改變[41]。高中生物課程內容的變革，應該也可以為學生的終身發展提供更豐富的“營養”：讓學生既學習知識又經歷知而識之的過程，并在知而識之的過程中學會認知和合作共處；內化的知識、能力與態度可以遷移運用于生存和發展；生態學思想可以遷移到生活中的平等合作、和諧共處；系統論思想、進化思想可遷移為對開放交流、發展、改變的深刻認同。 參考文獻： ［1］學生核心素養研究課題組．2014年4月的《我國學生核心素養指標體系總框架論證報告》．內部資料． ［2］柳夕浪．從“素質”到“核心素養”──關于“培養什么樣的人”的進一步追問[J]．教育科學研究，2014（3）：5—11． ［3］Recommendation of the European Parliament and of the Council of 18 December 2006 on Key Competences for Lifelong Learning．Official Journal of the European Union．30．12．2006． ［4］Jonathan Osborne．Science Education for Twenty First Century［M］．Eurasia Journal of Mathematics，Science and Technology Education，2007，3（3）：173—184． ［5］馮翠典．科學素養結構發展的國內外綜述[J]．教育科學研究，2013（6）：62—66． ［6］Helenrose Fives，et，al．Developing a measure of scientific literacy for middle school students[J]．Science education，2014，98（4）：549—580． ［7］E．Mayr．涂長晟等，譯．生物學思想發展的歷史［M］．四川教育出版社，2010（2）：45—55． ［8］美國國家科學院研究理事會編，王菊芳，譯．二十一世紀新生物學［M］．科學出版社，14—15． ［9］E．Mayr．看！這就是生物學［M］．臺北：天下遠見出版股份公司，1999：116—124． ［10］Department for Education（UK）．National Curriculum in England：Science programs of study，key stage 4．www.nationalarchives.gov.uk/doc/open-government-licence/version/2．2015-01-07． ［11］National Research Council （NRC）．A Framework for K-12 Science Education： Practices，Crosscutting Concepts，and Core Ideas. Washington，DC：National Academy Press，2012． ［12］OECD．PISA 2015 Draft science framework．http://www./pisa/pisaproducts/pisa2015draftframeworks.htm．2015—3—4． ［13］臺灣“教育部”．高級中學基礎生物課程標準[EB/OL]．[2015-6-24] http://www./pages/detail.aspx?Node=3015&Page=8657&Index=7&WID=1112353c-88d0-4bdb-914a-77a4952aa893． ［14］American association for the advancement of Science．Project 2061，Science for All Americans．AAAS Publication，1989：25—31． ［15］方舟子．尋找生命的邏輯［M］．上海交通大學出版社，2005：151． ［16］高奇．系統科學概論［M］．濟南：山東大學出版社，2001：12—25． ［17］彭光華，孫振鈞，吳文良．生態科學的內涵、本質與作用[J]．自然辯證法通訊，2007（1）：53—59． ［18］王國聘．生態整合:哲學視野下的生態學方法[J]．南京工業大學學報(社會科學版)，2014（2）：5—11． ［19］Rivhard A．Duschl．葉兆寧，譯．第二維度：跨領域概念——解讀《K-12科學教育框架》[J]．中國科技教育，2012（4）：40—44． ［20］溫·哈倫．韋鈺，譯．科學教育的原則和大概念［M］．科學普及出版社，2011：19：26． ［21］王威，劉恩山，李倩．將跨學科概念融入高中生物學課程初探．生物學通報，2012（8）：29—33． ［22］杜秀芳．國外評價學生科學探究能力的兩種不同視角[J]．教育科學研究，2009 （4）：73—75． ［23］趙占良．人教版高中生物課標教材中的科學方法體系[J]．中學生物教學，2007（3）：4—7． ［24］理查德·保羅，琳達·埃爾德．侯玉波，姜佟琳等，譯．批判性思維［M］．機械工業出版社，2013：48—90． ［25］Avi Hofstein，Vincent N．Lunetta，the Laboratory in Science Education: Foundations for the Twenty-first Century．Science Education，2004，88（1）：28—54． ［26］解凱彬．實驗教學現狀分析及對教師實驗敎學行為調適若干建議[J]．新課程教學，2013（6）：4—7． ［27］張云，陳巧，林穎．高中生物新課程實驗教學實施情況淺析[J]．新課程研究，2014（6）：47—48． ［28］王桔紅，馬瑞君．新課程背景下粵東地區高中生物實驗教學現狀調查與思考[J]．教育與教學研究，2014（5）：110—113． ［29］譚永平．探究性學習與中學生物教材的設計[J]．中學生物教學，2005（10）：22—23． ［30］Kenneth R．Miller，Joseph Levine．Biology．New Jersey：Pearson Prentice Hall，2006． ［31］Achieve．Next Generation Science Standards（2013）．http://www./next-generation-science-standardsds．2013—06—21． ［32］約瑟夫·科瑞柴科．革命性的變化：美國確立新一代科學教育框架．基礎教育課程，2013（109/110）：82—85． ［33］郭玉英．學生的科學探究能力：國外的研究及啟示[J]．課程教材教法，2005年（7）：93—96． ［34］American association for advancement of science．Project 2061 , science for all Americans．AAAS Publication，1989：25—31． ［35］Macomas W F．The nature of science in science education，rationales and strategies．Netherlands：Kluwer Academic Publishers，1998：6—7． ［36］譚永平．基于科學的本質對中學生物教育的幾點思考[J]．生物學通報，2003（8）：30—32． ［37］梁永平．論理科教師科學本質教學行為的發展性評價[J]．教育科學，2007，23（3）：48—53． ［38］美國國家研究理事會．戢守志等，譯．美國國家科學教育標準［M］．北京：科學技術文獻出版社，1999：1—28． ［39］季國清，劉孝廷．科學態度是科學素質的核心[J]．北方論叢，2004（3）：102—105． ［40］蔡德誠．科學精神和人文精神是科學文化素質的核心[J]．中國社會科學院院報，2004（2）． ［41］聯合國教科文組織．教育：財富蘊含其中［M］．教育科學出版社，1996． |
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