关注生物学中的“过程” 凸显科学课程性质

关注生物学中的“过程” 凸显科学课程性质

桐乡第一中学     武辉

摘  要：生物新课程标准明确了“生物学是一门自然科学” ，这就要求在课堂中体现出科学的本质和特征来。笔者认为以生物学中重要的“过程”为抓手，是体现这一课程性质的一个思路。本文从教学实际出发，阐明了“过程”的教学意义，并结合教学实践尝试提出教学中的围绕“过程”展开分析，着重对“过程”的条件以及其中蕴涵的科学思维、科学原理、科学方法等方面探讨相应的教学策略。

关键词：过程   教学实践   过程构建    过程思维  过程意识

高中生物教材中涉及的“过程”包括：分子水平物质变化过程、细胞水平代谢过程、动植物个体水平调节过程、种群水平进化过程、生态系统水平的物质流、能量流、信息流过程等内容。这些重要过程包涵着生物学的核心知识、科学思维与研究方法，因此，在教学中有极大的价值。《生物新课程标准》中的知识目标为：“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”。这些基础知识的获得是建立在人类对知识和自然探索的动态过程上的，因此，生物学不仅是一种结果，也是一种过程。

 反观现实课堂教学，教师和学生普遍对“过程”的重视不够。表现主要有如下几种：

一是教师在一定程度上更偏爱“填鸭式”的授课方式，片面地认为生物知识都是描述性的知识，缺乏对知识背后的“过程”环节的探究；

二是学生在课堂上学习以记笔记和记忆为主，学生把生物课被当成是一门文科课程来学习，在学习中逐步丧失了理性思考；

三是部分学生能说出生物学术语、概念、原理，但对概念的理解和原理的运用不够准确甚至错误，知识的掌握停留于表面；

通过以上分析，有一个问题值得我们关注——“生物学科是文科课程性质还是理科课程性质多一点？”《生物新课程标准》给出了明确的答案。我完全认同生物学科的理科地位，这个“理”就体现在各种“过程”中。因此，我们有必要考虑应该如何面对 “过程”，并且我们有必要探讨“过程”如何全面落实在课堂教学中。

一、“过程”在生物学中的教学意义

1.从“过程”角度审视知识

生物科学作为众多生物学事实和理论组成的知识体系，是人们不断探索的过程中逐步发展起来的，也就是说，整个生物学历史就是一部探究的历史。生物学家的探究过程是学生模仿探究性学习方式的一种最好材料。

不同教材进行了很多尝试，浙江科技出版社的新教材更注重对“过程”的讲述，更详细，如光合作用过程、呼吸作用过程、特异性免疫过程等。

2.“过程”本身的意义

有专家定义“过程就是整体地描述事物的所有性质。一个事物具有哪些性质，必须通过过程才能完整表现出来。换句话说，过程就是事物性质表现的终端。”教学要求我们要理解过程的现实存在和学习意义。如《植物生长素的发现》一节内容更重视“过程”，教材用很大的篇幅强化了这一部分，旨在让学生感受生物学家对某一问题的发现是有过程的。教学要求学生经历一个知识发现、形成和发展的过程事实，跟随科学家一起观察、思考、实验，对这些过程进行“再研究”的学习意义。

3.

实验中的“实验步骤”本身就是一种过程，体现了学生思维认知和建构的过程。

4.应用需要“过程”

生物学原理的应用往往需要体现在具体的过程中，如制定一个育种方案。

二、 教学中落实重要“过程”的实践及策略

笔者认为，学科化的过程应该是指引学生思维的过程，是学生思考问题的认知建构过程。结合教学实践，笔者对“过程”的教学主要采用流程图的形式呈现，对不同的过程尝试了不同的教学策略。

（一）“过程”的构建

1.教材上的“显性过程”

教材中关于生物学的概念、原理、规律等，实际上是交代了具体的的“过程”的（见表1）。

章节

基本内容

重要过程

主要的呈现方式

细胞代谢

细胞自我更新过程

光合作用、呼吸作用等

图解、示意图等

生殖和发育

生物的繁殖和个体发育

减数分裂、有丝分裂、分化等

同上

生命活动调节

生物自我调节机制

激素调节、神经调节和免疫调节

同上

遗传和变异

遗传信息的复制、传递、表达和改变

DNA复制、转录、翻译

同上

现代生物科技

基因工程、细胞工程、胚胎工程、生态工程

细胞培养、组织培养、胚胎体外培养、胚胎分割、胚胎移植等

同上

表1（教材涉及的重要过程一览表）

教学策略：感受“过程性”，过程的分类分析

教学案例1 DNA复制、转录、翻译（分子水平）

呈现形式：课本示意图

多媒体动画、改进图(与细胞核、核糖体等结构结合)

展开内容：发生的时期、场所、条件(能量、ATP等) 、原料、产物

研究方法：同位标记素法

（用¹⁵N标记DNA分子、尿嘧啶核糖核苷酸、³H标记氨基酸）

科学思维：揭示遗传物质的DNA分子复制、传递和表达机制——中心法则

（从知识的本质属性出发，加强认知过程与知识结果的统一）

2.丰富“显性过程”

教学策略一：补充、完善教材上的流程图。教材上由于示意图数量有限，有些过程以文字叙述的形式表述。教学中师生需要共同追问过程，完善 “过程”的流程图，补充重要细节，帮助学生记忆和掌握，这样的做法也训练了学生的图文转换能力。

下图是笔者对教材“血糖的激素调节示意图”结合教材文字做了补充，把神经调节的过程合并在这个图上（见图1）。

图1（图中黑色直线为添加的曲线）

教学策略二：反问过程

教学案例2 基因工程操作过程

教材呈现形式：课本示意图（利用大肠杆菌合成人的胰岛素）

问题：   大肠杆菌是原核生物，只有核糖体无内质网和高尔基体等复杂的膜系统，

如何加工人的胰岛素？

解决办法：查阅资料

问题答案： 把人胰岛素A、B链的人工合成基因分别形成重组质粒，导入到菌体内，工程菌产生人胰岛素A、B链，然后体外人工通过二硫键连接成具有活性的人胰岛素。现在多采用酵母菌、哺乳动物等真核细胞作为受体细胞了。

在学生初步经历了知识形成过程后，复习课中能否不“炒剩饭”，再度展开思维，让学生获得生成性的知识呢？知识构建的过程不可避免地产生新的问题，教师应及时捕捉学生的思维动向，使课程目标成为学生发展的内在要求。

3.暴露“隐性过程”

又如人教版必修2教材关于受精作用的一段描述“未受精时，卵细胞好像睡着了，细胞呼吸和物质合成进行得比较缓慢。受精过程使卵细胞变得十分活跃。”对受精作用的过程没有细化。多数学生得出这样的结论：先减数分裂形成精子和卵细胞，再受精作用。但结合人教版选修对比分析，受精作用实际涉及到三个过程：顶体反应、透明带反应和卵黄封闭作用。科学的实际是：形成卵细胞的减数第二次分裂过程中的细胞（实际上是次级卵母细胞）受精作用。而且若不受精就停滞在这个时期，超过一定时间还没有受精，次级卵母细胞会死亡。所以，减数分裂过程中发生受精作用。学生在这一点非常容易误解，以至形成科学性错误。

教学策略：教师应交代清楚，做到“到位不越位”。

（二）“过程”中思维能力

概念、原理、规律等它在教材上是静态的，只有恢复到具体“过程”才能赋予它们意义，使其恢复到产生时的状态。因此，知识形成的过程，既是一个观察、比较、分析、综合，获取数学经验的过程，更是一个启发思维的过程。

1.分析“过程”发生的条件

对于不同的“过程”，充分分析“过程”发生的条件是教学中认识“过程”的前提。

仅用一例说明，如光合作用教学中，有学生提出疑惑：既然暗反应不需要光,暗反应能不能在无光条件下单独进行？师生分析过程暗反应的发生的物质条件是需要[H]和ATP等物质的，这些物质条件是光反应的产物，学生在思考中构建了知识。事实证明，学生在这个建构过程中知识的掌握也更有效。

2. 领悟“过程”中的原理

“过程”中的原理体现了对复杂“过程”思路的整体理解，是教学中值得讨论的问题。如选修3《现代生物科技专题》中各个现代科技过程都体现出各项技术所依据的生物学原理。

3.找出“过程”中的方法

学科的概念、原理体系只有和相应的探究过程和方法论结合起来，才能使学生的理智和整个精神世界获得实质性的发展与提升。

教学中要注重科学方法的渗透。科学方教育包括三个层次：第一层次是科学中具体研究方法。如，用染色法观察细胞结构、用离心法分离细胞组分、用同位素示踪法跟踪元素或物质走向。第二层次是科学的一般研究方法,其基本阶段有：问题、假设、验证、结论，包括积累材料的方法（观察法、实验法、调查法等）、进行理论思维的方法（分析、概括、综合、归纳、演绎、类比、模型等）以及数学方法等。第三层次是哲学方法。如唯物辩证法、系统方法、结构决定功能法等。

如（1）同位素示踪法：在光合作用过程中利用示踪元素（¹⁸O、³H、¹⁴C）分析元素的来源去路；呼吸作用过程中¹⁸O₂的利用；含¹⁵N的DNA分子研究DNA复制方式；³²P、³⁵S标记的T2噬菌体侵染细菌；³H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸研究有丝分裂等。（2）假说——演绎法：孟德尔两大遗传规律的得出、摩尔根证明了基因在染色体上。（3）荧光标记法：证明细胞膜的流动性、基因在染色体上的位置。（4）类比推理的法：萨顿用提出基因位于染色体上。

教学中，笔者一直要求学生找出“过程”的方法。这些使学生在各部分的学习中能领悟到科学结论的得出需要采用的科学方法，这对培养学生的科学素养有积极意义。

4. 感悟“过程”中的情感态度价值观

过程也是体现情感态度价值观的一个途径。

（三） “过程”意识的培养

杜威在《我们怎样思维》一书中：传统教学中重视结论的获得，其实就是重视作为思维结果的逻辑。过去，我们关注的大多是作为思维结果的逻辑，关心“是什么”和“为什么”，如今需要强调“如何知道是什么”和“如何认识

为什么”。 基于这样的认识，教学要求教师强调“过程”意识。

教学案例3 酶活性受温度影响

教材呈现形式：示意图（见右图）

问题：    部分学生认为该结论是通过一个实验组通过逐渐

调高温度获得的。

原因分析：缺乏过程意识

问题解决：同探讨具体操作过程，制定实验方案

教学策略一：有意识的训练

如学习了“甲状腺激素的分级调节”后让学生模拟写出“长光照引起雌性激素的调节过程”、高等动物和人的反馈调节过程血糖的调节、体温的调节、水盐平衡的调节；高三复习“假说-演绎法”时，用教材中摩尔根的“红眼雌果蝇和白眼雄果蝇杂交试验”（证明基因在染色体上的材料）代替孟德尔的经典遗传试验，让学生利用“假说-演绎法” 分析整个过程，减少学生的枯燥感。

教学策略二：引导学生进行有意义过程的构建

如“胚胎工程”部分中围绕“早期胚胎”的获得、分割、移植进行构建有意义流程图。

三、教学实践的体会与建议

1．教师的真正重视和正确引导 

教学上普遍存在重结果轻过程的教学方式。教师应该深刻认识到：课堂上的知识包括陈述性知识（即是什么的知识）和程序性知识（即解决为什么、怎么做的知识），前者强调结果，后者强调过程，教学上尽量将两者统一起来。

对学生过程意识的培养，我教学中有几点体会：

(1).真正的思维能力不是教师教授的，而是学生发现问题后进行的思维 。即过程意识的主体是学生，发展思维能力的意义在于此。

(2).学生过程意识的培养需要适宜的环境。教学过程要多让学生体验 ，多思考，而不是直接按预设生成。

(3).学生的过程意识的形成和发展是一个无意识到有意识的变化过程。

2．现实教学“过程”的缺失

两种现象值得反思：（1）拘泥于“过程”本身，背离了本质意义。如遗传部分新教材遵循科学发展过程安排为：孟德尔的杂交试验和“遗传因子”规律、减数分裂和受精作用、萨顿的假说、摩尔根的研究顺序再深入到对遗传物质的发现及基因本质和功能的探索，整个过程体现了人们对遗传的探索过程。若将它们按照很多个独立的“过程”来看的做法，是不符合教材编写思路的。（2）虽有过程意识，但对“过程”的展开不到位弱化了过程中必要的思维。

3．反思教材中的“过程”

教材处理1：细胞分化主要体现在一个受精卵细胞到肌肉细胞、神经细胞、血细胞等以及一个完整的个体的发育过程中，是个体发育中的重要事件。新人教版删除了原来的第五章“动植物的个体发育”一章。事实上，笔者认为这样的删除对核心概念“分化”的理解是不足的，在课堂上需要补上。

教材处理2：教材关于有丝分裂过程以“表6-1不同细胞的细胞周期持续时间”、静态的过程图、“观察根尖分生区组织细胞有丝分裂”实验呈现。学生如何以静态的材料实现对动态过程的理解是本节的难点。教学上，教师多采用动画演示这个过程。笔者认为，教师应该做必要的说明和实际有丝分裂的差别。

对于教材和教学资料中的“过程”要追问其中的研究方法、原理。由于高中学习水平的限制，有的“过程”没有介绍其中的研究方法和原理，如免疫过程的研究。又如教学中的单倍体育种，教学资料多把原理看作是染色体（数目）变异。从育种过程角度看，有教师理解原理为基因重组是有道理的。

4．如何让过程在学生脑海中留下更深刻的印象？

留下的印象到底是什么？是过程本身还是过程中包含的东西？如果一个什么内容都没有的过程，是很难给人留下什么。可见，我们关注的过程应是有丰富内容的过程，能实现知识、技能和思维的统一的过程。

过程中的知识、技能、方法这些内容应是“实”的。比较来说，过程是在时间这个数轴上把内容组织起来的一个线索，是比较“虚”的东西。我们过去可能更关注“实”的内容，而对“虚”的过程关注不够。

5.教学实践中的挑战要求加强学习

在教学中，我一直有这样的感受：有些“过程”真的不知道。如一个学生提出问题“有氧呼吸和无氧呼吸过程中，丙酮酸的进一步氧化分解的场所不同, 丙酮酸是如何判断线粒体内有没有氧气的？”自己真的没有思考过这个问题。遇到这个问题，我只能求助于大学教材。我在《细胞生物学》中找到了这样一段文字“实验证明，把酵母菌转至无氧条件下培养，线粒体的数目会减少，大量的嵴会消失，同时几乎所有的细胞色素分子消失，线粒体变为很小的无功能的囊泡。如果重新给这些酵母供氧，线粒体又能生成嵴，恢复正常形态，且数量也增加，同时细胞色素也能重新合成，此时细胞活跃增殖。”

肢解着实际上是破坏着。反思教学实践，我们应当认识到生物学中“过程”重要性和必要性。“知其然，知其所以然”，获取知识的最佳方式可能是像我们背诵单词一样采用重复方式，但这样的知识并没有转化为认知能力和解决实际问题的能力。所以，在学习过程中，还必须重视“怎样知道是什么”的“过程”。

原美国科学老师协会主席帕迪里亚认为：“从某种角度说，科学家就像侦探一样，把各种线索收集、拼凑起来，弄清事情的来龙去脉。”“像科学家那样思考、像科学家那样探索、知识能力方法并重、动手动脑趣味无穷”

对于如何评价“过程”落实与否，还需要探进一步探讨。还要说明的是，本文把“过程”单独提出，并不是破坏知识的整体性，而是试图通过 “过程”，使三维目标整体落实，培养学生对课程的自主性学习，优化学生对生物的学习。

参考文献

《生物课程标准》（实验）人民教育出版社，2003年4月第1版

张大也.新课程背景下进行生物学史教学的意义.生物学教学，2009年1期

张华著.课程与教学论.上海教育出版社，2000年11月第1版

冯小勇.高中生物课程标准中科学方法教育的探索.生物学教学，2008年第1期

[美]约翰·杜威著.姜文闵译.我们怎样思维·经验与教育，人民教育出版社，2005

翟中和、王喜中忠、丁明孝主编.细胞生物学. 高等教育出版社，2000年8月第1版

奥尔顿·比格斯等著廖苏、梅傅磊等译.科学发现者，生物生命的动力.浙江教育出版社，2008年8月第1版