1、生物論文之關注生物學中的“過程” 凸顯科學課程性質 關注生物學中的“過程” 凸顯科學課程性質桐鄉(xiāng)第一中學 武輝摘 要：生物新課程標準明確了“生物學是一門自然科學” ，這就要求在課堂中體現出科學的本質和特征來。筆者認為以生物學中重要的“過程”為抓手，是體現這一課程性質的一個思路。本文從教學實際出發(fā)，闡明了“過程”的教學意義，并結合教學實踐嘗試提出教學中的圍繞“過程”展開分析，著重對“過程”的條件以及其中蘊涵的科學思維、科學原理、科學方法等方面探討相應的教學策略。關鍵詞：過程 教學實踐 過程構建 過程思維 過程意識高中生物教材中涉及的“過程”包括：分子水平物質變化過程、細胞水平代謝過程、動植物個體

2、水平調節(jié)過程、種群水平進化過程、生態(tài)系統(tǒng)水平的物質流、能量流、信息流過程等內容。這些重要過程包涵著生物學的核心知識、科學思維與研究方法，因此，在教學中有極大的價值。生物新課程標準中的知識目標為：“獲得生物學基本事實、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎知識”。這些基礎知識的獲得是建立在人類對知識和自然探索的動態(tài)過程上的，因此，生物學不僅是一種結果，也是一種過程。反觀現實課堂教學，教師和學生普遍對“過程”的重視不夠。表現主要有如下幾種：一是教師在一定程度上更偏愛“填鴨式”的授課方式，片面地認為生物知識都是描述性的知識，缺乏對知識背后的“過程”環(huán)節(jié)的探究； 二是學生在課堂上學習以記筆記和記憶為主，學

3、生把生物課被當成是一門文科課程來學習，在學習中逐步喪失了理性思考；三是部分學生能說出生物學術語、概念、原理，但對概念的理解和原理的運用不夠準確甚至錯誤，知識的掌握停留于表面；通過以上分析，有一個問題值得我們關注“生物學科是文科課程性質還是理科課程性質多一點？”生物新課程標準給出了明確的答案。我完全認同生物學科的理科地位，這個“理”就體現在各種“過程”中。因此，我們有必要考慮應該如何面對 “過程”，并且我們有必要探討“過程”如何全面落實在課堂教學中。一、“過程”在生物學中的教學意義1.從“過程”角度審視知識生物科學作為眾多生物學事實和理論組成的知識體系，是人們不斷探索的過程中逐步發(fā)展起來的，也就

4、是說，整個生物學歷史就是一部探究的歷史。生物學家的探究過程是學生模仿探究性學習方式的一種最好材料。 不同教材進行了很多嘗試，浙江科技出版社的新教材更注重對“過程”的講述，更詳細，如光合作用過程、呼吸作用過程、特異性免疫過程等。2.“過程”本身的意義有專家定義“過程就是整體地描述事物的所有性質。一個事物具有哪些性質，必須通過過程才能完整表現出來。換句話說，過程就是事物性質表現的終端。”教學要求我們要理解過程的現實存在和學習意義。如植物生長素的發(fā)現一節(jié)內容更重視“過程”，教材用很大的篇幅強化了這一部分，旨在讓學生感受生物學家對某一問題的發(fā)現是有過程的。教學要求學生經歷一個知識發(fā)現、形成和發(fā)展的過程

5、事實，跟隨科學家一起觀察、思考、實驗，對這些過程進行“再研究”的學習意義。3. 實驗中“過程”實驗中的“實驗步驟”本身就是一種過程，體現了學生思維認知和建構的過程。4.應用需要“過程” 生物學原理的應用往往需要體現在具體的過程中，如制定一個育種方案。二、 教學中落實重要“過程”的實踐及策略筆者認為，學科化的過程應該是指引學生思維的過程，是學生思考問題的認知建構過程。結合教學實踐，筆者對“過程”的教學主要采用流程圖的形式呈現，對不同的過程嘗試了不同的教學策略。（一）“過程”的構建1.教材上的“顯性過程”教材中關于生物學的概念、原理、規(guī)律等，實際上是交代了具體的的“過程”的（見表1）。 章節(jié) 基本

6、內容 重要過程 主要的呈現方式 細胞代謝 細胞自我更新過程 光合作用、呼吸作用等 圖解、示意圖等 生殖和發(fā)育 生物的繁殖和個體發(fā)育 減數分裂、有絲分裂、分化等 同上 生命活動調節(jié) 生物自我調節(jié)機制 激素調節(jié)、神經調節(jié)和免疫調節(jié) 同上 遺傳和變異 遺傳信息的復制、傳遞、表達和改變 DNA復制、轉錄、翻譯 同上 現代生物科技 基因工程、細胞工程、胚胎工程、生態(tài)工程 細胞培養(yǎng)、組織培養(yǎng)、胚胎體外培養(yǎng)、胚胎分割、胚胎移植等 同上 表1（教材涉及的重要過程一覽表）教學策略：感受“過程性”，過程的分類分析 教學案例1 DNA復制、轉錄、翻譯（分子水平） 呈現形式：課本示意圖 多媒體動畫、改進圖(與細胞核、

7、核糖體等結構結合) 展開內容：發(fā)生的時期、場所、條件(能量、ATP等) 、原料、產物 研究方法：同位標記素法 （用15N標記DNA分子、尿嘧啶核糖核苷酸、3H標記氨基酸） 科學思維：揭示遺傳物質的DNA分子復制、傳遞和表達機制中心法則 （從知識的本質屬性出發(fā)，加強認知過程與知識結果的統(tǒng)一） 2.豐富“顯性過程”教學策略一：補充、完善教材上的流程圖。教材上由于示意圖數量有限，有些過程以文字敘述的形式表述。教學中師生需要共同追問過程，完善 “過程”的流程圖，補充重要細節(jié)，幫助學生記憶和掌握，這樣的做法也訓練了學生的圖文轉換能力。下圖是筆者對教材“血糖的激素調節(jié)示意圖”結合教材文字做了補充，把神經調

8、節(jié)的過程合并在這個圖上（見圖1）。圖1（圖中黑色直線為添加的曲線）教學策略二：反問過程 教學案例2 基因工程操作過程 教材呈現形式：課本示意圖（利用大腸桿菌合成人的胰島素） 問題： 大腸桿菌是原核生物，只有核糖體無內質網和高爾基體等復雜的膜系統(tǒng)， 如何加工人的胰島素？ 解決辦法：查閱資料 問題答案： 把人胰島素A、B鏈的人工合成基因分別形成重組質粒，導入到菌體內，工程菌產生人胰島素A、B鏈，然后體外人工通過二硫鍵連接成具有活性的人胰島素?，F在多采用酵母菌、哺乳動物等真核細胞作為受體細胞了。 在學生初步經歷了知識形成過程后，復習課中能否不“炒剩飯”，再度展開思維，讓學生獲得生成性的知識呢？知識構

9、建的過程不可避免地產生新的問題，教師應及時捕捉學生的思維動向，使課程目標成為學生發(fā)展的內在要求。3.暴露“隱性過程”又如人教版必修2教材關于受精作用的一段描述“未受精時，卵細胞好像睡著了，細胞呼吸和物質合成進行得比較緩慢。受精過程使卵細胞變得十分活躍?！睂κ芫饔玫倪^程沒有細化。多數學生得出這樣的結論：先減數分裂形成精子和卵細胞，再受精作用。但結合人教版選修對比分析，受精作用實際涉及到三個過程：頂體反應、透明帶反應和卵黃封閉作用。科學的實際是：形成卵細胞的減數第二次分裂過程中的細胞（實際上是次級卵母細胞）受精作用。而且若不受精就停滯在這個時期，超過一定時間還沒有受精，次級卵母細胞會死亡。所以，

10、減數分裂過程中發(fā)生受精作用。學生在這一點非常容易誤解，以至形成科學性錯誤。教學策略：教師應交代清楚，做到“到位不越位”。（二）“過程”中思維能力概念、原理、規(guī)律等它在教材上是靜態(tài)的，只有恢復到具體“過程”才能賦予它們意義，使其恢復到產生時的狀態(tài)。因此，知識形成的過程，既是一個觀察、比較、分析、綜合，獲取數學經驗的過程，更是一個啟發(fā)思維的過程。1.分析“過程”發(fā)生的條件對于不同的“過程”，充分分析“過程”發(fā)生的條件是教學中認識“過程”的前提。僅用一例說明，如光合作用教學中，有學生提出疑惑：既然暗反應不需要光,暗反應能不能在無光條件下單獨進行？師生分析過程暗反應的發(fā)生的物質條件是需要H和ATP等物

11、質的，這些物質條件是光反應的產物，學生在思考中構建了知識。事實證明，學生在這個建構過程中知識的掌握也更有效。2. 領悟“過程”中的原理“過程”中的原理體現了對復雜“過程”思路的整體理解，是教學中值得討論的問題。如選修3現代生物科技專題中各個現代科技過程都體現出各項技術所依據的生物學原理。3.找出“過程”中的方法學科的概念、原理體系只有和相應的探究過程和方法論結合起來，才能使學生的理智和整個精神世界獲得實質性的發(fā)展與提升。教學中要注重科學方法的滲透?？茖W方教育包括三個層次：第一層次是科學中具體研究方法。如，用染色法觀察細胞結構、用離心法分離細胞組分、用同位素示蹤法跟蹤元素或物質走向。第二層次是科

12、學的一般研究方法,其基本階段有：問題、假設、驗證、結論，包括積累材料的方法（觀察法、實驗法、調查法等）、進行理論思維的方法（分析、概括、綜合、歸納、演繹、類比、模型等）以及數學方法等。第三層次是哲學方法。如唯物辯證法、系統(tǒng)方法、結構決定功能法等。 如（1）同位素示蹤法：在光合作用過程中利用示蹤元素（18O、3H、14C）分析元素的來源去路；呼吸作用過程中18O2的利用；含15N的DNA分子研究DNA復制方式；32P、35S標記的T2噬菌體侵染細菌；3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸研究有絲分裂等。（2）假說演繹法：孟德爾兩大遺傳規(guī)律的得出、摩爾根證明了基因在染色體上。（3）熒光標記法：證明細胞膜的流

13、動性、基因在染色體上的位置。（4）類比推理的法：薩頓用提出基因位于染色體上。教學中，筆者一直要求學生找出“過程”的方法。這些使學生在各部分的學習中能領悟到科學結論的得出需要采用的科學方法，這對培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)有積極意義。4. 感悟“過程”中的情感態(tài)度價值觀過程也是體現情感態(tài)度價值觀的一個途徑。（三） “過程”意識的培養(yǎng)杜威在我們怎樣思維一書中：傳統(tǒng)教學中重視結論的獲得，其實就是重視作為思維結果的邏輯。過去，我們關注的大多是作為思維結果的邏輯，關心“是什么”和“為什么”，如今需要強調“如何知道是什么”和“如何認識為什么”。 基于這樣的認識，教學要求教師強調“過程”意識。 教學案例3 酶活性受溫

14、度影響 教材呈現形式：示意圖（見右圖） 問題： 部分學生認為該結論是通過一個實驗組通過逐漸 調高溫度獲得的。 原因分析：缺乏過程意識 問題解決：同探討具體操作過程，制定實驗方案 教學策略一：有意識的訓練 如學習了“甲狀腺激素的分級調節(jié)”后讓學生模擬寫出“長光照引起雌性激素的調節(jié)過程”、高等動物和人的反饋調節(jié)過程血糖的調節(jié)、體溫的調節(jié)、水鹽平衡的調節(jié)；高三復習“假說-演繹法”時，用教材中摩爾根的“紅眼雌果蠅和白眼雄果蠅雜交試驗”（證明基因在染色體上的材料）代替孟德爾的經典遺傳試驗，讓學生利用“假說-演繹法” 分析整個過程，減少學生的枯燥感。教學策略二：引導學生進行有意義過程的構建如“胚胎工程”部

15、分中圍繞“早期胚胎”的獲得、分割、移植進行構建有意義流程圖。三、教學實踐的體會與建議1教師的真正重視和正確引導 教學上普遍存在重結果輕過程的教學方式。教師應該深刻認識到：課堂上的知識包括陳述性知識（即是什么的知識）和程序性知識（即解決為什么、怎么做的知識），前者強調結果，后者強調過程，教學上盡量將兩者統(tǒng)一起來。對學生過程意識的培養(yǎng)，我教學中有幾點體會：(1).真正的思維能力不是教師教授的，而是學生發(fā)現問題后進行的思維 。即過程意識的主體是學生，發(fā)展思維能力的意義在于此。(2).學生過程意識的培養(yǎng)需要適宜的環(huán)境。教學過程要多讓學生體驗 ，多思考，而不是直接按預設生成。(3).學生的過程意識的形成

16、和發(fā)展是一個無意識到有意識的變化過程。2現實教學“過程”的缺失兩種現象值得反思：（1）拘泥于“過程”本身，背離了本質意義。如遺傳部分新教材遵循科學發(fā)展過程安排為：孟德爾的雜交試驗和“遺傳因子”規(guī)律、減數分裂和受精作用、薩頓的假說、摩爾根的研究順序再深入到對遺傳物質的發(fā)現及基因本質和功能的探索，整個過程體現了人們對遺傳的探索過程。若將它們按照很多個獨立的“過程”來看的做法，是不符合教材編寫思路的。（2）雖有過程意識，但對“過程”的展開不到位弱化了過程中必要的思維。3反思教材中的“過程”教材處理1：細胞分化主要體現在一個受精卵細胞到肌肉細胞、神經細胞、血細胞等以及一個完整的個體的發(fā)育過程中，是個體

17、發(fā)育中的重要事件。新人教版刪除了原來的第五章“動植物的個體發(fā)育”一章。事實上，筆者認為這樣的刪除對核心概念“分化”的理解是不足的，在課堂上需要補上。教材處理2：教材關于有絲分裂過程以“表6-1不同細胞的細胞周期持續(xù)時間”、靜態(tài)的過程圖、“觀察根尖分生區(qū)組織細胞有絲分裂”實驗呈現。學生如何以靜態(tài)的材料實現對動態(tài)過程的理解是本節(jié)的難點。教學上，教師多采用動畫演示這個過程。筆者認為，教師應該做必要的說明和實際有絲分裂的差別。對于教材和教學資料中的“過程”要追問其中的研究方法、原理。由于高中學習水平的限制，有的“過程”沒有介紹其中的研究方法和原理，如免疫過程的研究。又如教學中的單倍體育種，教學資料多把

18、原理看作是染色體（數目）變異。從育種過程角度看，有教師理解原理為基因重組是有道理的。4如何讓過程在學生腦海中留下更深刻的印象？留下的印象到底是什么？是過程本身還是過程中包含的東西？如果一個什么內容都沒有的過程，是很難給人留下什么?？梢?，我們關注的過程應是有豐富內容的過程，能實現知識、技能和思維的統(tǒng)一的過程。過程中的知識、技能、方法這些內容應是“實”的。比較來說，過程是在時間這個數軸上把內容組織起來的一個線索，是比較“虛”的東西。我們過去可能更關注“實”的內容，而對“虛”的過程關注不夠。5.教學實踐中的挑戰(zhàn)要求加強學習在教學中，我一直有這樣的感受：有些“過程”真的不知道。如一個學生提出問題“有氧呼吸和無氧呼吸過程中，丙酮酸的進一步氧化分解的場所不同, 丙酮酸是如何判斷線粒體內有沒有氧氣的？”自己真的沒有思考過這個問題。遇到這個問題，我只能求助于大學教材。我在細胞生物學中找到了這樣一段文字“實驗證明，把酵母菌轉至無氧條件下培養(yǎng)，線粒體的數目會減少，大量的嵴會消失，同時幾乎所有的細胞色素分子消失，線粒體變?yōu)楹苄〉臒o功能的囊泡。如果重新給這些酵母供氧，線粒體又能生成嵴，恢復正常形態(tài)，且數量也增加