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基于科学的本质对中学生物教育的几点思考 谭永平  

2015-10-12 20:24:20|  分类: 理论学习 |  标签: |举报 |字号 订阅

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谭永平
摘要:本文简述了当前国内外关于科学本质的讨论。在此基础上,对中学生物教育中如何通过探究活动体现科学的本质,以及应如何理解知识的系统性和STS教育的实质意义等问题进行了探讨。
关键词: 科学的本质 中学生物教育
中学生物教育作为科学教育的重要组成部分,对它的深入探讨必然要涉及什么是科学的本质(the nature of science, 缩写为NOS)的问题。
1.问题的提出
国际上对于科学教育中让学生理解科学本质的要求近年来广受关注。美国《国家科学教育标准》中三个年龄段的科学内容标准部分,都有“科学的历史和本质”的内容[1]。近年来,探讨科学本质的有关著作时有出版,Science Education上也常有有关文章发表。国内对中学生物学课程应该“提高学生的生物科学素养”的认识正在被广泛接受。《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)》中,都提出以提高学生的生物科学素养为课程主要目的,对科学素养的阐述就包括“理解科学的本质”。在这样的背景下,确有必要讨论什么是科学的本质及其与中学生物教育的关系。
2.科学的本质
科学究竟是什么?至今还没有一个公认的结论。人们一般认为,科学是科学知识、科学方法和科学精神三个方面组成的一个不可分割的有机整体。美国《国家科学教育标准》提出,科学是格物致知的一种途径,其基本特点是以实证为判断尺度,以逻辑作论辩的武器、以怀疑作审视的出发点[1]。
尽管最近几年对科学本质的讨论非常多,但至今并没有达成普遍的一致。事实上,对于科学本质的认识和科学本身一样,也是试探性的、动态的。
AAAS(1989)对科学本质的论述是:(1)科学所看到的世界:世界是可以被认识的;科学是一个产生知识的过程,这个过程依赖于对现象的细致观察以及由此提出的理论,但科学知识不是绝对真理;不过,科学观点的变化通常不是彻底抛弃,而是修正,科学知识是有生命力的并会越来越接近事实真相;科学并不能对所有问题提供完全的答案。(2)科学探究:科学重视证据;科学揉合了逻辑与想象;科学进行解释并预测;科学尽量避免偏见;科学拒绝专制。(3)科学事业具有个人、社会和公共机构三个维度,科学是复杂的社会活动;科学具有不同的研究领域;科学研究中具有普遍接受的道德原则;科学家既作为专家也作为公民参与公共事务[2]。
McComas(1998)给NOS下的定义是:科学的本质是混合了包括历史、社会学、科学哲学、心理学等多学科的研究观点的,关于科学是什么、科学怎样运转、科学家作为一个社会群体怎样工作、社会怎样既引导科学事业又对科学事业做出反应等问题的理解。他归纳了8个国家的科学教育标准中对科学本质的阐述一致性的部分:科学知识是可信的,同时又是试探性的;科学知识非常(不是完全)依赖于观察、实验证据、理性的辩论和质疑;不存在一种做科学的唯一方法;科学试图解释自然现象;定律和理论在科学中具有不同的角色;所有文化背景的人都对科学有贡献;应清楚地、开放地报告新知识;科学家需要精确的记录保存、同事评议,科学结果有可重复性;观察建立在理论的基础上;科学家是创造性的人;科学的历史既是进化的,又具有革命性;科学是社会和文化传统的一部分;科学和技术相互作用;科学观点受社会和历史背景影响[3]。
Lederman等(2002)提出,目前对科学本质的认识在以下3方面是基本一致的:科学观察依赖于理论指导、科学知识不是绝对真理、科学知识的经验性。他还提出比较适合中学生的对科学本质的阐述:科学知识是试探性的、经验性的、依赖于理论指导的;在一定意义上,是人类的推理、想象和创造力的产物;是与社会和文化紧密相关的;观察与推理有区别;没有唯一而万能的科学研究方法;科学理论和定律的功能不同但又相互关联[4]。
3.中学生物教育中和科学的本质有关的几个问题
尽管目前我国中学的生物课程标准中并没有对理解科学的本质作具体的要求,但事实上,作为科学教育的一部分本身就蕴涵着这样的基本要求。对照上述论述,本文就目前中学生物教育教学中几个有关问题作以下思考。
3.1 在科学探究活动(广义)中体现科学的本质
对于中学生来说,科学探究是指用以获取知识、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动,包括观察,提出问题,设计研究方案,获得实验证据,分析和解读数据,提出答案、解释和预测,把结果和结论告诉他人,等等[5]。
人们早就认识到生物学是一门建立在观察和实验基础上的科学。生物科学的历史是人类对生命现象不断探究的、充满错误和艰辛的历程。只有通过探究活动,学生才能真正理解生命科学的历史和本质,并将对生命科学的理解和科学探究的经历内化为生物科学素养。
3.1.1 科学探究活动应注重“科学性”与“主动性”
让学生通过探究活动体验科学探究的过程,需注意2个问题。一是“科学”的探究,例如,观察依赖已有的理论基础、探究方案的科学严谨、观察记录的客观准确,等等。其二是学生的主动参与。学生应在“做”中学,如果只是照 “菜谱” 机械操作。“做”是做了,却未必能学到什么。
3.1.2 没有万能的科学方法
既应该让学生通过科学探究活动了解科学探究的一般过程和基本方法,又不能让学生误认为这就是生物学研究的唯一程式。教材的编写在这方面是两难,因此,教学中就更加有责任不将探究的一般过程僵化为唯一模式。
3.1.3 应重视对探究结果的分析
目前的一些教学实际中比较重视探究方案的设计及实施,却往往轻视对探究结果的分析。对探究结果进行分析对于体现科学的本质是非常关键的:(1)对结果的分析和解释需要创造性思维的作用。例如,在孟德尔之前,基因的分离现象和自由组合的遗传现象在自然界年复一年地发生着,但得到基因的分离规律和自由组合规律却需要创造性思维的作用。(2)对结果的分析同样需要有严密的逻辑思维。(3)探究的结论需要用科学、准确的语言去表达和交流。(4)对结果的分析是一个复杂的过程,需要与已有的知识和经验建立联系。(5)未达到预期目的的探究活动能体现科学的试探性。因此,在科学探究过程中,如果离开了对结果的分析,这样的“探究者”不过是事实的搜集者、是半途而废者。
3.1.4 中学生物课程教材中探究活动的总体设计应体现生物学思想
生物学研究的对象,是历经亿万年的进化形成的、比任何非生命系统都更加复杂的系统,对这个系统的研究几乎要包容所有科学的原则。生物学的发展促进了自然科学方法论的进步。作为科学教育一部分的中学生物教育,既应该反映科学的共同本质,也应该反映生物学独特的思想、方法(这样也能更好地反映科学的本质)。例如,适度渗透观察-比较法、假说-演绎法等生物学研究的重要方法;体现对某一生命现象可从近期原因和终极原因进行不同层次的探讨;等等。
3.2 基于科学的本质分析如何看待知识的系统性
任何一门科学的基本特征就包括“系统的知识”,生物科学也是如此。新一轮课程改革,综合考虑学生的发展、社会的需要和学科的特点。因此并没有全盘否定知识的系统性。
在达尔文的进化论提出之前,生物学研究主要是对生命现象进行描述,而多姿多彩生命世界的由来是上帝的事情。这时的生物学各个分支学科各自独立发展,缺乏统一的共同理论基础。随着进化生物学的发展,“现代的生物进化理论,为人们理解生命的历史、各种生物之间的关系、以及生命依赖于物理环境提供了统一的准则,生物进化的概念提供了将大部分生物学知识构建成一个整体的框架”[4]。分子生物学的进展,使得对生命现象的研究能够深入到分子水平去进行本质规律的探讨。当前,分子生物学已经渗入到生物学的各个领域,分子生物学的基本理论已经成为对生命现象进行解释的基础。在另一方面,生物学探讨最复杂问题的学科(如脑科学),尤其对生命复杂系统的研究也为人们深入理解生命现象的本质发挥着重要作用。系统的观点认为,生命系统是一个多层次、非线性、高度有序的、耗散的、远离平衡态的开放系统。无论从细胞到个体,还是从种群到全球生态系统,都可以看作复杂的生命系统。
上述几个领域互相交叉、融合,将生物学整合为一门统一的科学。例如,无论是生命的分子基础,还是生命系统的特征,生命的本质都高度一致;同时,生命又表现出复杂的多样性;这种多样性与一致性的统一,正是生物进化的结果。对生物学知识的全面把握,离不开对这个知识系统的重要基础的把握。如果只强调其中某些知识或对某些知识形成过程的体验,则是只见树木、不见森林。
当然,对于系统的生物知识的学习,不是为了记住这些知识,而是为了开启学生的心智,为了有利于提高学生的生物科学素养,有利于学生的发展。
3.3 基于科学的本质对中学生物教育关注科学、技术、社会的理解
近些年来STS教育的提出和日益受到重视,从其背景看,是科学主义与人文主义抗争和理性统一的结果。人们重新认识到,科学是一种文化现象、社会现象,它的发展能改变整个社会的面貌,又受到社会的制约和推动;它并不能解决人类所面临的所有问题。这也正是人们如今对科学的本质的认识之一。例如,生物技术的发展使得克隆人成为可能,但这种技术的应用却远远超出纯科学的范畴。
对于以生命现象作为研究对象的生物科学来说,由于其学科特点,更是深深植根于社会的文化土壤中,并对社会产生深刻的影响。16世纪以前,生物学以农学和医学的形式与人类的生产和生活发生着密切的联系。近代以来,生物学则在农业、工业、医药、健康等方面与社会生活有着更深刻的嵌合。同时,生物学也是新价值体系的缔造者。例如,达尔文进化理论的提出就引起了人类思想一次革命。
因此,中学生物教育中的STS教育,不是仅仅介绍一些新的生物技术,或者简单交代科学、技术、社会三者交叉融合的事例。通过一些实例让学生更好地理解科学与人文、科学技术与社会之间的深层次关系,真正理解生物
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