王颖丨建立生命观念发展科学思维 ——《生物学·必修2·遗传与进化》修订情况介绍（一）

本文刊发于2019年《中学生物教学》上半月·高初中12期，敬请关注~

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提出了生物学学科核心素养，明确了学生在学习生物学后应达成的正确价值观念、必备品格和关键能力。在教材编写和教学中都应注重落实学科核心素养。本文主要介绍了新编写的人教版《生物学·必修2·遗传与进化》如何发展学生的生命观念及科学思维。

1.1《生物学·必修2·遗传与进化》的生命观念

生命观念是指认识主体在了解事实的基础上形成概念，再进一步提炼和升华，内化在头脑中的意识、观念和思想方法，关乎看待生命世界的态度和价值取向，在分析和解决与生物学相关的问题时，生命观念会指明分析问题的思路与方向［1］。《生物学·必修2·遗传与进化》包含遗传的基本规律、遗传的细胞基础、遗传的分子基础、生物的变异和生物的进化等内容。通过对本模块的学习，学生可以理解遗传、进化和生命的本质，并在《生物学·必修1·分子与细胞》的基础上进一步形成生命的物质观、信息观、进化观、结构与功能观等生命观念。

生命的物质观主要指对生命物质性的理解。生命是以物质为基础的，组成生命的物质都来自自然界；生命的不同层次、生命系统的各组成部分有着不同的物质组成；这些物质组合在一起，才能成为有功能的生命体；生命表现为物质的运动和变化。《生物学·必修1·分子与细胞》介绍了组成细胞的分子、细胞的结构和功能、细胞的代谢等内容，使学生对生命的物质性有了基本的理解，但在遗传物质方面，仅介绍了核酸的组成与结构，因此学生对遗传物质本质的理解尚不全面。《生物学·必修2·遗传与进化》解释了遗传物质的本质，让学生知道控制性状的物质是位于DNA上的基因，从而加深对遗传物质的理解。

生命系统内具有多种信息，如遗传信息、生理信息、生态系统中的信息等。生命活动不仅有物质循环、能量流动，信息传递也贯穿始终。《生物学·必修2·遗传与进化》中的信息观主要指对遗传信息的理解。基因的化学本质是核酸，但核酸上碱基的排列并非是无序和随机的，而有其自然规律，其中蕴藏了生命的密码——遗传信息。遗传信息会指导生命有序进行；在生命自我延续的过程中，遗传信息会传递给子代；基因变异的本质是遗传信息的改变；遗传信息改变后，适应环境的生命能够继续存活和繁殖，最终呈现出生物多样性。

新版教材必修两个模块在物质观、信息观等方面侧重不同。《生物学·必修1·分子与细胞》突出物质观与能量观；《生物学·必修2·遗传与进化》突出物质观与信息观。两个模块综合起来，能够帮助学生形成生命是物质、能量、信息的统一体的观念，加深对生命本质的理解。

进化观解释了生命的统一性与多样性，包括遗传与变异、进化与适应等生命观念。遗传和变异本身是对立统一的，遗传保证了物种的稳定性，变异增加了生物的多样性。适应是自然选择的产物，生物面对复杂多变的环境，只有适应环境并存活，才有繁殖后代的机会，这种适应是生物对环境的适应；在生物个体水平内，适应还体现为结构与功能相适应［1］。遗传、变异、适应的整个过程形成了进化。在理解这些内容的基础上，才能进一步形成正确看待生命世界的进化观，认同人类与其他生物一样，都是进化来的，认同人类应当尊重自然、顺应自然、保护自然，与大自然和谐共生［1］。《生物学·必修2·遗传与进化》介绍了遗传的分子机制、生物的变异和生物进化，内容步步深入，可引导学生树立正确的进化观。

结构与功能观包含结构观、功能观及结构与功能的关系观［1］。结构观是对生命系统各层次结构的认识；功能观是对各层次功能的认识。理解结构与功能观，不能脱离生物体各层次结构之间的联系，即离不开整体；还要考虑生命体自我更新和自我复制（即代谢和繁殖）的基本特征。归根结底，各层次结构的功能是为这两个基本特征服务的。因此，理解结构与功能观，不能机械地、线性地、孤立地看一个结构和它的功能，还要考虑实现这些功能所需的外部条件［1］。

《生物学·必修2·遗传与进化》中涉及结构、功能的内容比较丰富。例如，DNA结构，DNA的复制、转录和翻译，基因的变异等。这些内容能够从分子水平呈现遗传物质调控生命活动的过程，体现了DNA如何通过精巧的结构储存、传递遗传信息。此外，讨论结构与功能的关系，还应思考结构的物质基础，结构中蕴含的信息，结构与功能在生命个体层面、群体层面的意义。例如，结构对遗传信息传递的意义；遗传信息传递对进化和生物多样性的作用。有利于在结构与功能观、物质观、信息观、进化观间建立联系。

1.2教材突出生命观念的途径

1.2.1循序渐进，依次突出物质观、信息观和进化观，渗透结构与功能观

《生物学·必修2·遗传与进化》以科学史为主线进行编排，前3章主要介绍了人类发现遗传规律、揭示基因本质的过程，这3章主要落实生命的物质观。第4章介绍了遗传信息在生命活动中的功能，凸显了信息观。第5，6章介绍了变异、适应、进化等概念，引导学生理解进化的实质和生命的本质，正确看待人和其他生物在自然界中的地位，从而形成进化观。由此可见，本模块教材依次突出了生命的物质观、信息观和进化观。教材在中间章节介绍染色体、DNA、基因等概念时，重点介绍了DNA和基因的结构与功能，这些内容均落实了结构与功能观。

1.2.2以概念为基础，落实生命观念

生命观念不等同于生物学概念，但它与概念具有密切的联系，生命观念的建立要以对概念的理解为基础，它也需要依靠概念来表达［2］。教材遵从学生的认知规律，围绕重要概念组织内容，并用多种方式系统地呈现重要概念。在陈述重要概念后，教材往往用精炼的文字进一步总结提升，点明生命观念。

以“DNA的复制”一节为例，教材以科学史为情境，让学生根据DNA的结构推测DNA的复制方式，并在节引言中介绍了两种推测，然后通过“证明DNA半保留复制的实验”探究活动引导学生用“假说—演绎法”进行推断。接下来教材总结并用黑体字呈现概念，课后练习帮助学生在新情境下巩固练习。这样，教材多种方式并用，呈现了DNA半保留复制的概念。教材在该节还介绍了DNA复制的过程和概念，并配有示意图。在呈现上述概念的基础上，节末尾点明DNA复制的意义：保证了遗传信息的连续性。由此可见，教材图文结合，层层推进，在建构“半保留复制”“DNA复制过程”概念的基础上，渗透了结构与功能观，以及遗传信息稳定而连续传递的信息观。

1.2.3创设情境，立体化渗透生命观念

情境教学立足于学生需要，可以引导学生主动学习，有利于学科核心素养的发展。教材注重创设情境，立体化渗透生命观念，主要有以下策略。

（1）问题情境指向生命观念。例如，第2章章首页写道：“基因在细胞中究竟有没有物质基础呢？孟德尔所假设的颗粒状的因子，究竟是不是物质的实体？”该问题情境沿着学生的认知逻辑顺序（同时也是科学史顺序）发问，既指向该章的重要概念，也暗示基因是具有物质性的。又如，第4章第1节的“思考·讨论”围绕“遗传信息的转录过程”设置思考题：“转录与DNA复制有什么共同之处？这对保证遗传信息的准确转录有什么意义？”该题启发学生从结构和功能出发，思考转录与复制的过程和意义，将结构与功能观、信息观联系起来。

（2）正文中讲述生命观念，有时以黑体字呈现。例如，在“基因控制蛋白质的合成”一节中，教材以黑体字写道：“在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而ATP为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。”黑体字易引起学生的关注，加深其对信息观和生命本质的认识。

（3）在新情境中应用生命观念。教材体现应用生命观念的内容主要有两类。一类是创设情境的习题。例如，第3章第2节的习题“碱基的互补配对原则对遗传信息的传递具有什么意义？”该题引导学生基于DNA的结构特点推测其对遗传信息传递的意义，既拓展了学生思维，也体现了结构与功能观、信息观。另一类是科学家利用生命观念进行研究的实例。例如，沃森和克里克利用结构与功能观推测DNA的复制方式；达尔文根据兰花的结构推测有为其传粉的昆虫，等等。

（4）通过本章小结集中呈现。教材在本章小结中设计了“发展素养”栏目，集中总结了该章涉及的生命观念。

科学思维是指基于事实证据，运用科学概念，通过科学推理和论证对客观事物的本质、规律及其相互关系作出判断和解释，对客观事物的发展变化作出预测的认识方式［3］。科学思维是一种重视实证和逻辑的求真务实的思维习惯和能力；既有常规逻辑思维在科学领域的具体运用，又需要批判审视、质疑包容的思维取向和心理品格，还要靠想象、联想、直觉和灵感等非逻辑思维提出创造性见解［3］。

由此可见，具有科学思维的人，主观上有质疑的习惯，自身具备运用逻辑思维、非逻辑思维的能力。运用科学思维可能包括以下环节：批判质疑是起点；对事实证据的获取、分析和评价，对科学概念的掌握和运用是基础与保障；科学推理和论证属于方法或工具；目的是分析事物的本质、规律、相互关系及发展变化。此外，创造性思维、非逻辑思维等对科学思维能力的提高亦有帮助。理清这些环节后，可从中入手，培养学生的科学思维。

质疑是指个体在求知欲的驱使下，带着问题意识看待事物，敢于独立思考、敢于批判、敢于挑战权威、敢于发表见解、敢于追求真理的一种思维习惯［4］。质疑是探索的起点和创新的前提，是科学精神的内涵之一。质疑精神是科学思维的重要组成部分。传统的讲述式教材在内容上讲解清晰，但留给学生思考、操作的空间少，使学生在学习时往往被动服从多、主动思考少，质疑自然也少了。倡导探究性学习以来，教材编写和教学理念已有了很大变化，课堂的自由度、开放性和生成性得到改善，提高了对学生质疑精神的培养。此次修订的教材更加凸显探究性学习，加强对质疑精神的培养。

首先，科学家访谈、科学史等内容介绍了科学家的质疑精神。例如，袁隆平院士对“水稻等自花传粉植物没有杂种优势，不适宜进行杂交”的权威理论产生的怀疑；孟德尔冲破融合遗传这个错误观点的“束缚”，提出了完全不同的遗传理论；摩尔根曾怀疑孟德尔和萨顿的学说，认为这是主观臆测，但在实验结果面前，他改变了自己的看法，等等。这些内容均突出了科学家从质疑出发展开研究的过程。

其次，教材的设计突出问题导向，具体表现在以下方面：（1）设计问题串。问题串贯穿教材，也贯穿课堂，利用问题串可以有效激发学生的思维；同时显性化的问题串也会潜移默化地培养学生质疑的习惯。（2）在教材主体内容（正文、活动、习题等）增加引导学生主动思考、质疑的问题。例如，让学生思考“培育有观赏价值的狮虎兽或虎狮兽的做法”是否合理。（3）通过旁栏“批判性思维”“小问题”等辅助栏目培养学生的质疑精神。例如，“你能举例反驳用进废退、获得性遗传的观点吗？”这个问题可引导学生对获得性遗传的观点进行质疑。

2.2培养学生的证据意识

在自然科学中，证据是作出判断、证明论点、得出科学结论的基础。科学家往往需要先获得证据，再运用论证方法评价证据和观点之间的相关性，从而得出科学结论。在教材和教学中培养学生的证据意识可从培养学生获取证据、运用证据、评价证据等方面入手。

教材的诸多内容都注重向学生渗透证据意识。例如，“观察蝗虫精母细胞减数分裂装片”“探究抗生素对细菌的选择作用”等活动，培养学生获取证据的能力。新增“生物有共同祖先的证据”一节，综合培养了学生的证据意识，问题探讨中的两个问题可引导学生认识到，对进化论无论支持还是反对，都需要有证据来支持论点；该节有多个“思考·讨论”，提供了化石、比较解剖学、细胞生物学、分子生物学等多种证据，问题的设置具有层次性和针对性，有的问题能引导学生分析证据。例如，“人和类人猿在DNA的碱基序列或基因组方面高度接近说明了什么？”有的问题能引导学生评价证据。例如，“这些数据是否支持生物有着共同的起源？”此外，教材在讲述“遗传定律的发现”“证明基因在染色体上”“揭示遗传物质本质”等内容时，注重呈现“在证据基础上得出结论的”的研究方法，也培养了学生的证据意识。

2.3培养学生的逻辑思维

逻辑思维是人类运用概念、判断、推理等形式，认识和反映客观世界时的思维过程，是科学研究中最普遍、最基本的思维方法。包括比较、分析与类比，归纳与演绎，分析与综合，论证与反驳等，它们的共同点是合逻辑性。

《生物学·必修1·分子与细胞》和《生物学·必修2·遗传与进化》分别凸显了归纳推理和演绎推理。关于假说—演绎法，《生物学·必修2·遗传与进化》的设计体现了梯度性。在介绍豌豆杂交实验时，用“科学方法”栏目予以介绍；接着按“假说—演绎法”的一般过程介绍摩尔根如何证明基因在染色体上，引导学生温习这种方法；然后引导学生运用假说—演绎法探究DNA的复制方式。这样的设计方式有利于学生从认识到熟悉，再到掌握和运用。其他逻辑思维方法，教材也有针对性的训练。例如，第2章第1节就通过“思维训练”栏目，让学生从配子形成和受精作用两个方面，分别对遗传稳定性和遗传多样性能综合概括，训练“综合”的逻辑思维方法。分析、比较等常用方法，在教材中随处可见，这里不再一一举例说明。

2.4培养学生的创造性思维

创造性思维是一种高阶思维，是人脑对客观事物进行有价值的求新探索而获得独创结果的思维过程［5］。要培养学生的创造性思维，要为学生创设产生创造性思维的环境，培养他们浓厚的学习兴趣，激发求知欲，引发好奇心，丰富想象力，并加强意志力和学习态度的培养等［6］。首先，《生物学·必修2·遗传与进化》增强了教材的开放性，为学生创造想象、创新、探索的机会。新增了大量探究活动给学生提供了动脑、动手的机会。例如，在“建立减数分裂中染色体变化的模型”“制作DNA双螺旋结构模型”等活动中，制作模型的方法更具开放性。又如，一些问题的答案可能并不唯一，具体体现在习题中对“父母是单眼皮，生出双眼皮孩子的实例”的探讨，探究活动中对基因检测利与弊的探讨，等等。其次，教材注重培养学生的想象力。例如，介绍“孟德尔通过严谨的推理和大胆的想象，对分离现象的原因提出假说”；又如，通过“想象空间”栏目设置情境，引导学生进行想象和推理。