第二章 生物学学科核心素养梳理

一、生物学学科核心素养的提取

培养学生生物学学科核心素养是高中生物学课程的价值追求和预期教学目标。生物学学科核心素养所涵盖的生命观念、科学思维、科学探究、社会责任4个要素是较以往生物学课程更具挑战性的教学要求，需要通过每节课或每项活动逐步培养形成。根据不同的教学内容，落实核心素养的侧重点也有所不同，需要从课程标准、教材等教学资源中提取，并采用相应的策略和方法培养。

（一）提取生命观念素养的方法与策略

高中的生物学课程标准（实验）和义务教育阶段的生物学课程标准，对生命观念的内容体系都没有系统表述。以往的研究中，少见对生命观念进行的系统梳理，也少见对生命观念具体内涵的界定。因此，在高中生物学新课程中开展基于生命观念的教学，首要问题就是在生物学学科核心素养框架下从课程资源中系统提炼出生命观念。生命观念的提炼应该主要考虑以下3个方面：

第一，要将高中生物学新课程在发展学生核心素养中的价值和基本任务，作为提炼生命观念的出发点和落脚点。

通过对高中生物学新课程的学习，学生一方面在建构概念的基础上理解生命，从而更好地理解自然界，另一方面又要参与科学探究和技术实践活动，建立对生物学的理解，从而更好地理解科学的本质，养成良好的科学态度和精神。因此，对生命观念的提炼应紧紧围绕学生对生命和生物学的理解这一范畴，既要关注生命观念，也要关注科学本质。

第二，生命观念的提炼要基于学科核心概念。

生命观念并非空中楼阁，而是以核心概念为基石构建的。生物学是一个内容丰富的概念体系，新课标的一大特点就是用生物学大概念构建和组织课程和教学内容。中学生物学课程的核心概念主要包括细胞、新陈代谢、稳态与调节、遗传与变异、进化与适应、生态系统、生物多样性等。学生要理解生命的本质，首先要理解以上核心概念。因此，生命观念的提炼需要以生物学的核心概念为基础，建立生物学的深层结构。同时，由于科学是一个整体，因此学科之间存在着相互关联和交叉，也必然存在一些通用概念，如系统、结构与功能等。这些通用概念与生物学概念具有广泛的联系，有利于学生更好地理解生命、理解生物学和科学，所以生命观念的提炼也要关注科学通用概念。

第三，生命观念的提炼还应从生命科学哲学的视角出发。

生命科学哲学是研究生命的本质以及生物学的理论、思想和方法等问题的哲学学科。历史上生物哲学家们关于生物学在科学中的地位、生物学的社会责任、生命的本质和价值等问题的讨论，可以为我们理解生命的本质、提炼生物学观念提供参考。

（二）提取科学思维素养的方法与策略

学习生物学离不开思维，无论是生物学问题的提出、生物学现象的观察、生物学数据的测量、生物学模型的抽象、生物学概念的形成、生物科学规律和科学理论的建立，还是应用生物学理论解决生物学问题等，都离不开科学思维。因此，科学思维是生物学学科核心素养的核心组成要素。

科学思维是大脑对科学信息的加工活动，包括了科学领域中，在产生假设、实验设计、证据评估、推断思辨、得出科学结论等过程中的一切思维技能。它既包含了很多一般目的的策略与算法，也是一种非算法性的、复杂的高级思维，其核心是在对一个多变量系统进行推断时所表现出的科学推理能力。科学思维不是与生俱来的，应在高中自然科学课程的教学过程中逐步培养。有多种科学思维的培养策略和方式被研究者证明行之有效。从课程资源中提取科学思维素养是培养科学思维的前提。

第一，基于生物学概念的形成提炼科学思维。

生物学作为科学课程的主要要求之一就是让学生形成生物学概念。逻辑思维是形成概念的主要方式，主要包括分类与比较、归纳与演绎、分析与综合、抽象与概括、建立模型等方法。不同概念的形成所需要的逻辑思维方法是不同的，其中分类与比较是形成概念的基础逻辑思维。例如：新课标必修模块1.3.2概念“原核细胞与真核细胞的最大区别是原核细胞没有由核膜包被的细胞核”的形成就是运用了分类与比较。抽象与概括是形成概念的重要逻辑思维，如新课标必修模块2.2.3概念是在分类与比较光合作用条件、原料、场所、产物和过程的基础上，进行分析、综合、抽象与概括而形成的。

从广义上来讲，概念的建构过程就是建立模型的过程，概念的形成就是模型的形成过程。例如：新课标必修模块2.2.3概念就是一个概念模型，其形成可以采用构建模型的方法。一个严谨的构建模型过程包括模型准备（研究对象，提出问题）、模型假设（合理简化，提出假设）、模型建立（理清关系，建立模型）、模型检验（实验检验，修订模型）、模型应用（分析实际问题）。构建模型的过程是科学探究和进行严密科学思维的过程。由新课标必修模块2.2.3概念的形成方法可见一个生物学概念的形成可以运用不同的科学思维方式。

第二，基于生物学社会性议题的论证提炼科学思维。

生物学中含有丰富的生物学社会议题。生物学社会议题是指现代生物学及其技术发展和应用所引发的涉及社会道德和伦理的问题，也包括涉及公共安全等公众广泛关注并争议的问题，如转基因食品、试管婴儿、抗生素滥用、干细胞治疗等问题。审视或论证生物学社会议题包含论点、论据、论证方式3个基本要素，其过程离不开科学思维特别是批判性思维和创新思维。批判性思维是一种从事活动的倾向或技能，是一种用怀疑态度去关注决定相信什么或做什么的心智活动。进行批判性思维时，需要在掌握论据的基础上进行分析、判断、推理、综合、反思修正、捍卫，然后作出正确的客观公正的判断，即阐述你的观点“是什么”和“为什么”。同时，通过批判性思维产生怀疑和问题，并在解决问题的过程中，进行创造性思维以产生新想法或新思维。例如：针对新课标必修模块2.2.3概念，依据光合作用研究新进展，教师设计“‘人工绿叶’能否代替植物绿叶合成有机物从而掀起世界性‘绿色革命’，彻底解决粮食问题”、“如果‘人工绿叶’真能合成有机物，人类食用后对自身健康有无影响”等议题，并引导学生进行分析和讨论，既能锻炼学生的科学论证能力，又能帮助学生逐步学会生物学的成果以承担社会责任。

人民教育出版社的吴成军先生认为：“生命观念既是一种认知结论，也是一种认知方式。”融入生命观念的科学思维就具有鲜明的生物学学科特点和烙印。生物学学科中的科学思维具有多因素思维、生命系统思维、平衡思维、统一性和多样性思维等独特性，这是从课程资源中提炼科学思维应该关注的。例如：为帮助学生达成对新课标必修模块2.2.3概念的理解，新课标提示应开展的活动之一是“探究不同环境因素对光合作用的影响”，从这个活动中应提取出多因素思维，帮助学生理解生物学中复杂的因果关系、主次关系，强化学生的辩证唯物主义生命观、自然观。

（三）提取科学探究素养的方法与策略

新课标将科学探究作为生物学学科核心素养的主要内容，旨在保持和加强始于21世纪初的生物学改革方向和成果，体现了科学探究的重要作用和地位。科学探究是理性思维的实证和发展过程，其基本内容包括过程要素和功能要素（图2-1），两要素密不可分。

高中阶段科学探究的过程要素包括：观察与提出问题、作出假设与预测、制订计划、实施计划（利用工具测量）、得出结论、表达交流、反思修正。与初中阶段相比，高中阶段科学探究的过程要素既有连贯性又有进阶性。功能要素包括科学探究是科学工作的基本范式，是学习科学的有效方式，是提升核心素养的有效策略。

例如：为帮助学生达成对新课标必修模块2.2.3概念的理解，新课标提示应开展“提取和分离叶绿体色素”和“探究不同环境因素对光合作用的影响”两个活动，青岛出版社《生物学·必修1分子与细胞》一书就安排了这两个活动。开展这两个活动不仅能让学生学习科学探究的一般过程，而且能强化“科学工作依赖观察和推论”、“科学工作采用基于实证的范式”等科学本质教育。开展第2个活动时，教师可进一步引导学生将科学、技术、工程学和数学（STEM）的知识和能力综合运用在生产实践中，解决与光合作用有关的实际问题，提高创新能力和实践能力。新课标对光合作用相关内容的教学提示中没有关注有关“光合作用的探究历程”的科学史内容，并非有意淡化或删减，而是给教师“用教材教”留有余地和创新的空间。青岛出版社《生物学·必修1分子与细胞》一书中的“资料分析”中安排了探究光合作用的经典实验，但并不只是简单地让学生理解探究光合作用的实验步骤和实验得出的结论，而是让学生感受科学家的思维方式、巧妙的科学方法，从中感悟科学探索的艰辛和乐趣，进而促进学生对新课标必修模块2.2.3概念的深度理解，强化“科学知识可能随着研究的深入而改变”“科学是创造性的工作”等科学本质教育。

（四）提取社会责任素养的方法与策略

社会责任既是跨学科的要求，又是生物学课程的目标；既是一种态度和意愿，又是学生通过学习可以得到的、终身受益的学习成果。生物学课程中的社会责任，总体上来说与中国学生发展核心素养中的“责任担当”要求的方向完全一致，并特别要求学生负责任地运用生物学学习成果，积极关注生物学社会议题并参与讨论后作出理性解释，辨别迷信和伪科学；结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生产生活问题；树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，参与环境保护实践，成为健康中国的倡导者和实践者（图2-2）。

例如：光合作用相关内容重在引导学生结合本地资源，就如何增强农作物的产量给出更好的建议、决策；引导学生积极参与当地绿化活动，爱护植被，充分发挥绿色植物在生物圈中的重要作用。另外，本部分内容可以引导学生就“人工绿叶”等议题展开讨论，逐步使学生在处理和决策生物学社会议题时更审慎、冷静、理性和科学。例如：教师教授新课标必修模块3.3.3概念“细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下，基因突变概率可能提高，而某些基因突变能导致细胞分裂失控，甚至发生癌变”时，应重在引导学生理解细胞癌变原理，远离致癌因素，使学生积极向他人宣传，成为健康中国的倡导者和实践者。

依据新课标和教学指导，精心研读教材，全面科学地提炼生物学学科核心素养，挖掘其发展学生核心素养的潜在价值，是优化处理教材的过程，更是对新课标再创造的过程。