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美英中学生物课程教材中科学素质教育及其启示

　　思维能力是人的各种能力的核心，而创造性思维又是思维的最高形式，所以创造性思维能力是人的最高层次的能力。古今中外有突出贡献的科学家，在青少年时期大都已具有超常的创造性思维。创造性思维，对人一生成就的大小至关重要。人类社会正在进入高科技信息时代，在未来的社会里创造性劳动将成为重要的劳动形式。这种劳动性质给学校的教育和教学提出了新的要求，使得培养学生的创造性成为未来教育的一个非常重要的任务。然而，当前学校教育的现状，与这种形势是很不适应的。中科院院士、北京大学校长陈佳洱教授最近指出：“获得诺贝尔奖，需要积累，需要有很好的教育。我国的教育，从小学开始，就存在着严重的问题，除教育的知识面太窄，缺乏基本素质的训练等多种不足外，最根本的问题是缺乏对学生创造性思维的培养。"因此，培养学生的创造性思维，应成为各学科教学改革的重点之一。下面就谈谈在生物教学中培养学生创造性思维能力的一些途径。
　　一、通过联想训练，培养创造性思维能力
　　联想是由所感知或所想的事物想起相关的事物的思维活动。联想虽然并不能直接产生有创新价值的新的形象，但它却为能够产生新形象的想象思维活动提供一定的基础。通过自由想象可探索各种解决问题的方案，通过强制联想可找到实现预期目标的途径。联想的主要类型有接近联想、相似联想、对比联想和因果联想。
　　1.接近联想
　　接近联想是指由于时间或空间上的接近而引起的不同事物间的联想。例如提起有丝分裂中期的细胞特点，就可能联想到细胞分裂后期每一个着丝点一分为二，两个姐妹染色单体也随着分开，纺锤丝不断地收缩变短，牵引着分开的两个染色体移向两极。这就是一种时间接近联想。当看到根的结构的挂图时，可能会起到茎的结构，甚至会想到叶的结构。这就是空间接近联想。
　　2.相似联想
　　相似联想是指由于外形或意义相似引起的联想。比如，当看到油菜的花时，就会想到白菜的花和萝卜的花，这就是外形相似联想；当看到人身体上的血管时，就会想到植物的导管和筛管，这是意义相似联想。
　　3.对比联想
　　对比联想是指由于事物间完全对立或存在某种差异而引起的联想。比如，当看到光合作用的公式＋氧气）时，立即会想到呼吸作用的公式。
　　4.因果联想
　　因果联想是指由于两事物间存在的因果关系而引起的联想。这种联想往往是双向的，既可以由原因想到结果，也可以由结果想到原因。在科学研究中，得益于因果联想的例子很多，我国植保专家李连昌发明微粒塑料性诱芯就是典型一例。当李连昌手捏着一只枣粘虫的雌蛾时，总有一群雄蛾追随，这使他联想到，一定是雌蛾体内释放了一种性信息素所致，由此他研制成功了枣粘虫性信息素，并制成微粒塑料性诱芯，杀虫效果甚佳，被国家认定为重大发明。
　　二、通过想象训练，培养创造性思维能力
　　想象是人脑在原有形象的基础上加工改造，形成新形象的思维过程。想象的具体类型主要有三种，即再造想象、创造想象和幻想。
　　1.再造想象
　　再造想象是根据一定的词的描述或图样的示意在头脑中形成相应的新形象的想象。例如，生命起源的教学，由于生命起源过程学生无法直接感知，只有借助于教师的语言和画面给学生创造一个想象的情景和气氛，使他们仿佛置身于远古的地球，思维随着画面的变化而自由驰聘，各种表象在大脑中变化、组合，学生在理解生命起源过程的同时，也完成了再造想象。
　　2.创造想象
　　创造想象是不依据现成的描述而独立地创造出新形象的想象。例如，将DNA的结构模型拆卸成零件，再让学生动手组装成结构模型，恰如科学家当年创造这些模型一样，启发学生也重新来一次创造。再如让学生自己设计实验方案来验证某些生命现象和规律。有的学校在做完“叶绿体中色素的提取和分离实验"后，教师鼓励学生依据分离原理设计出其他方案。学生提出：①用汽油做层析液；②用毛细玻璃管沾些色素提取液立在园形滤纸中心；③以粉笔取代滤纸条做实验。在此基础上，组织学生对这些设计进行分析讨论，从中选出可行的方案进行实验，以检验是否成功。这样学生在独立地进行形象分析、实验设计、结果预测、直到进行实验的全过程中，都必须经过自己的创造想象。
　　3.幻想
　　幻想是创造想象的一种特殊形式，是一种与主观意向相结合并指向未来的想象。由于幻想的结果超越现实太远，有的甚至很难实现，所以人们往往把幻想同不切实际等同起来。其实许多幻想并非是真的不能实现，而只是受制于人的认识水平，才被人舍弃的。培养现实的幻想精神，对于开发智力确实是不可忽视的，在生物教学中，应经常提出一些能激起学生幻想的问题。如讲完新陈代谢以后可提出如下问题：对于大多数生物来说，新陈代谢越缓慢其寿命越长，为了提高人的寿命，你能想出哪些方法？
　　三、通过发散思维训练，培养创造性思维能力
　　科学素质包括科学知识、科学方法和科学态度。中学生物教育中培养学生的科学素质应从这几个方面着手，课程目标及教材编制也应予以全面体现。长期以来，我国中学生物教材在体现科学方法和科学态度教育方面显得薄弱，本文试通过分析美英生物课程教材中的有关内容，希望能为我国中学生物课程教材建设带来一定的启发。
　　一、美国生物课程教材中的科学方法与科学态度教育
　　美国重视科学素质培养始于60年代初，到90年代提出2061计划更把提高全民的科学素质作为科学教育的目标。就科学方法和科学态度教育而言，60年代主要是培养学生的科学探究态度和技能，教材中的体现是增加大量的实验活动，把科学方法的学习放在首位。如《生命科学的概念与挑战》，第一单元为“科学方法与技能"，讲了以下几个问题：什么是生命科学、什么是科学技能、什么是科学方法、什么是科学实验、什么是测量系统、你如何用测量系统进行测量、显微镜是什么、显微镜的结构。在整套教材每一章后面都有与科学研究有关的内容，它们是：生命科学生涯、科学联系、科学研究人员、科学与社会、活动、科学回顾、课下活动。
　　又如《生命科学的焦点》，它也将“科学方法"作为独立的一章，介绍科学研究的基本方法和原理，并将相应的训练体现于教材中心。[1]其对科学方法训练的目的要求为：
　　1.使学生了解应用科学方法解决问题的步骤，包括：明确问题——收集资料——提出假说——验证假说——接受或摒弃假说——得出并报告结果。
　　2.使学生掌握应用科学方法解决问题所需要的一系列过程技能。其中基本的过程技能有：观察、分类、推论、交流、认识和利用空间关系、测量、应用数学方法；复杂的过程技能有：解释资料、形成假说、分解和控制变量、实验、构建模型、形成操作性定义。[2]
　　美国注重对学生进行科学研究的过程及技能教育，科学方法的训练内容也比较全面。2061计划中指出：各种科学领域中知识的探索和技术的应用都随着时间的发展和新设备的出现而不断变化，但各种科学探索的过程是相似的，科学研究都需要有证据、可以进行操作的假设、逻辑及理论上的分析、得出并解释理论结果、努力识别和避免偏见。[3]因此，美国更注重行为教育而非单纯的理论学习。例如，对喝生水会引起疾病问题的学习，教师并不直接告诉学生生水里有细菌、不卫生，而是让学生对生水进行卫生检查、测定，并提供多种有关的数据和材料，然后由学生分析自己的研究结果和材料，回答为什么不能喝生水。学生通过亲自参与这些简单的科学研究过程，学习和应用科学方法，并懂得了如何发现问题和解决问题，这正是美国的科学教育重视培养学生适应未来生活的能力和素质的体现。
　　此外，通过了解生命科学的发展历程和进展、了解科学家的工作、回顾科学知识产生的过程，学生也可从中学到科学研究的思维过程，并学习科学家坚韧不拔、实事求是的科学态度，认识科学、技术、社会三者的联系及科学的本质。活动过程中，学生可以有不同的设计和结果，要求学生各自报告结果、开展讨论、各抒己见、大胆怀疑，体现了科学态度的培养，并有利于培养和提高学生的创造力。
　　二、英国生物课程教材中的科学方法与科学态度教育
　　与美国相同，英国也是在科学教育中重视科学方法训练和科学态度培养的国家。在60年代世界教育改革浪潮中，英国推出的纳菲尔德生物学就具有此明显的特点。如它的教师指导书中指出：要训练学生进行科学研究计划的方法、提出问题、设计实验；使学生懂得生物学不仅建立在观察实验的基础上，而且建立在怀疑、提出假说、验证假说及互相交流的基础上。[4]在教材的编写上也体现了这种要求。如《生物学引论》[5]即是其中一套教材，其中充满了科学研究的气氛。
　　1.将“探究—发现"教学理论引入教材
　　教材在编写方式上注重指导学生进行科学研究。每章教材的开始总是以谈话式的语言把学生带入一定的问题情境，激起学生进行探究的欲望。然后，指出观察、实验的方法和步骤，并提出相应的问题。这样的结构反复出现，使学生在探究活动中，自己获取有关的知识。例如，第四章“生命是如何开始的"，连续让学生进行如下活动：观察煮熟的鸡卵、观察生鸡卵、观察开始孵化了的鸡卵，在暖房参加鸡卵孵化的管理工作。随着这些活动的逐步进行，学生的知识逐渐增加，最后达到对鸡卵的结构、受精卵的产生、鸡的个体发育等知识的学习。在一些不易安排学生活动的地方，教材采取对可能进行的活动、可能发生的现象等进行描述的方式，提供学习的背景知识，然后提出问题。所以整套教材没有纯粹的学术知识的介绍，而是提供了引导学生自己获取知识的材料。
　　2.重视科学方法的教育
　　首先，教材用两章的篇幅将研究生物的方式、方法交给学生，这里包括了进行科学研究的步骤和方法。第一章“研究生物"分为以下几部分：研究什么。介绍了一些常见的生命现象，及我们可以在哪发现生物体；你发现了什么。使用放大镜分类鉴别所观察的生物体。给出近30种动物的图画，让学生按这些动物进行观察，并试着进行分类；从其它方面研究生物。观察动物的结构，研究动物的运动，寻找动物活动的证据；观察研究动物的各种行为。这里以研究动物为例，介绍了两种研究方法：观察法、分类法。提示了科学研究应从问题开始，首先应明确研究什么，接下来选择适当的方法进行研究。使学生明白研究内容及相应方法。第二章介绍了测量、记录、数据处理、分析等方法，学生练习列表、填表、绘图表等技能。
　　其次，将观察、实验有机地融入课文中。课文的编排是按提出问题、实验活动，再提出问题，再实验的方式，处处闪烁着科学研究的火花。
　　第三，每章后都提供与本章内容有关的背景材料，介绍有关的科学发现过程，这是可供学生阅读的学习材料。在这些资料中，包括了科学研究的步骤、方法，更重要的是科学家的思维过程。这些思维过程正是进行科学研究的基本思维过程。
　　不难想象，教材的这种编写方式，对于提高学生的科学素质、培养学生能力是极为有利的。
　　80年代中期以来，英国政府开始制订统一的国家课程标准。其科学课程中主要关注的是科学方法、科学意识、科学与社会的联系教育，对于概念学习的要求层次并不高，对于科学方法训练的要求比较全面。如1995年的《国家科学课程》中对11～14岁学生的实验与调查能力要求是：设计实验过程；收集证据资料；分析资料并得出结论；认识所获资料中的优点与不足。[6]北方考试与评价委员会制定的1998年《生物学》教学大纲中有关的评价目标为：在进行实验和调查活动中，学生能设计活动程序，用正确而系统的方法进行测量、观察、分析和评价资料，并将其与科学知识相联系；交流科学观察的结果和思想，用一系列科技术语及恰当的科学和数学方法进行讨论；评价有关的科学信息，并从中作出有见解的判断。[7]
　　可见，英国的生物学课程不仅重视系统的科学方法的训练，还将设计实验及科研过程纳入教学要求，要获得中学普通证书，学生还必须具备进行科学交流及评价的能力、应用数学知识解释生物学问题的能力、勇于并能够提出独到见解。这些要求将科学方法教育与科学品质培养提到了相当的高度。
　　科学教育在重视训练科学方法的同时，重视科学态度教育。如实事求是、独立思维的科学态度；加强学生的集体精神与合作意识的培养；重视科学与生活的联系；等等。如初中的科学教学目标中规定，在一系列探索活动中鼓励学生进行合作；鼓励学生在成员不同的各种小组中活动，发挥各种作用，包括领导作用，小组可以由两人组成到由全班学生组成；鼓励学生自省他们对小组活动有何贡献并发展合作精神及集体工作能力。教学目标还规定，鼓励学生运用他们的知识和技能去解决实际问题；鼓励学生认识并报告在活动过程中出现的误差和不准确的根源，识别异常结果并在可能时予以考虑；鼓励他们意识到他们探索活动的局限性，从而知道并非所有的探索活动都能获得保险的、“正确的"解答。
　　三、对我们的启示
　　通过以上分析，我们认为美英中学生物课程教材中的科学方法及科学态度教育，在以下方面是值得我们借鉴的。
　　1.全面而完善的科学研究过程和方法的认识与训练。使学生认识、经历科学研究的过程，并训练其使用有关的具体方法完成每一步骤，是培养学生发现问题、分析问题、解决问题能力的有效思维方式和操作方式。我国中学生物教材中，在体现科学方法训练方面还不够全面，主要是简单的具体方法训练，如观察、分类、实验等，对于如何发现并提出问题、形成假说、设计实验、模型化、给出定义等则没有体现或体现不够充分。
　　2.培养和发展学生的创造能力。创造力是科学素质之冠上的一颗明珠，科学方法教育的成功导致创造力的提高。英国生物课程中对于实验设计能力的要求，美国生物教材中大量的学生“课下活动"，这都是培养学生创造力的表现。另外，他们都注重鼓励学生得出自己的结论、畅述自己的观点。这种求新、求异的精神，是创造性人才不可缺少的素质，这一点在我国的文化及教育中是极其薄弱的，甚至是被压抑的，我们的课程教材改革应在这方面勇于革新和突破。
　　3.多渠道的信息交流能力训练和集体协作精神教育。信息的获取与交流将是信息时代公民的生命，与他人的友好合作是信息时代发展的重要基础，美英的科学教育都看到了这一点。如他们都提倡学生间的讨论与交流，学生既要进行语言交流，还要写出各自的研究报告进行书面交流；要求学生在小组活动中充分发挥自己的作用。美国2061计划关于“科学的思维"中专门提出交流技能，要求从一般阅读到能清楚地以口头和书面的方式阐述基本观点、指示和信息；用表格和简图组织信息，绘制草图；阅读和理解大众媒体中出现的科技新闻。我国的教育往往把交流能力的训练归于语言课、把集体精神的培养归于思想品德课，这种泾渭分明的划分是无益的。我们的生物课程教材改革，应打破这种框架的束缚，在提高学生的交流能力上有所加强，在培养学生的集体意识上有所体现。
　　4.注重科学史教育。美英教材中都有大量的科学史料，以期对学生进行科学的思维方法、科学精神、科学态度和科学世界观的教育。正如美国的2061计划所说，科学训练的详细知识本身即是一系列有说服力的世界观。2061计划还指出：科学素质包括按照文化和智慧的发展史来看待科学探索。它包括知道科学世界观来源于长期积累下来的许多小发现和认识世界的方法的迅速改革；了解科学技术发展史上的一些特殊事件及我们的文化传统是非常有益的；懂得一些被证实了的重要思想，这些知识对于我们理解事物的产生原理是非常有用的。我国的生物教材改革在此方面有所改观，但只是出现于阅读材料中极少量的内容，阅读材料应去掉一般性科普知识介绍，加强生物学发展史、生物学家生平、生物学知识与社会、生物学知识的过去、现在与未来的介绍。美英中学生物课程教材中科学素质教育及其启示