美英中學生物課程教材中科學素質教育及其啟示范文
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思維能力是人的各種能力的核心，而創造性思維又是思維的最高形式，所以創造性思維能力是人的最高層次的能力。古今中外有突出貢獻的科學家，在青少年時期大都已具有超常的創造性思維。創造性思維，對人一生成就的大小至關重要。人類社會正在進入高科技信息時代，在未來的社會里創造性勞動將成為重要的勞動形式。這種勞動性質給學校的教育和教學提出了新的要求，使得培養學生的創造性成為未來教育的一個非常重要的任務。然而，當前學校教育的現狀，與這種形勢是很不適應的。中科院院士、北京大學校長陳佳洱教授最近指出：“獲得諾貝爾獎，需要積累，需要有很好的教育。我國的教育，從小學開始，就存在著嚴重的問題，除教育的知識面太窄，缺乏基本素質的訓練等多種不足外，最根本的問題是缺乏對學生創造性思維的培養。"因此，培養學生的創造性思維，應成為各學科教學改革的重點之一。下面就談談在生物教學中培養學生創造性思維能力的一些途徑。
一、通過聯想訓練，培養創造性思維能力
聯想是由所感知或所想的事物想起相關的事物的思維活動。聯想雖然并不能直接產生有創新價值的新的形象，但它卻為能夠產生新形象的想象思維活動提供一定的基礎。通過自由想象可探索各種解決問題的方案，通過強制聯想可找到實現預期目標的途徑。聯想的主要類型有接近聯想、相似聯想、對比聯想和因果聯想。
1.接近聯想
接近聯想是指由于時間或空間上的接近而引起的不同事物間的聯想。例如提起有絲分裂中期的細胞特點（紡錘體清晰可見，染色體的著絲點排列在細胞的赤道板上），就可能聯想到細胞分裂后期每一個著絲點一分為二，兩個姐妹染色單體也隨著分開，紡錘絲不斷地收縮變短，牽引著分開的兩個染色體移向兩極。這就是一種時間接近聯想。當看到根的結構的掛圖時，可能會起到莖的結構，甚至會想到葉的結構。這就是空間接近聯想。
2.相似聯想
相似聯想是指由于外形或意義相似引起的聯想。比如，當看到油菜的花時，就會想到白菜的花和蘿卜的花，這就是外形相似聯想；當看到人身體上的血管時，就會想到植物的導管和篩管，這是意義相似聯想。
3.對比聯想
對比聯想是指由于事物間完全對立或存在某種差異而引起的聯想。比如，當看到光合作用的公式（二氧化碳＋水→有機物（儲存能量）＋氧氣）時，立即會想到呼吸作用的公式（有機物＋氧氣→二氧化碳＋水＋能量）。
4.因果聯想
因果聯想是指由于兩事物間存在的因果關系而引起的聯想。這種聯想往往是雙向的，既可以由原因想到結果，也可以由結果想到原因。在科學研究中，得益于因果聯想的例子很多，我國植保專家李連昌發明微粒塑料性誘芯就是典型一例。當李連昌手捏著一只棗粘蟲的雌蛾時，總有一群雄蛾追隨，這使他聯想到，一定是雌蛾體內釋放了一種性信息素所致，由此他研制成功了棗粘蟲性信息素，并制成微粒塑料性誘芯，殺蟲效果甚佳，被國家認定為重大發明。
二、通過想象訓練，培養創造性思維能力
想象是人腦在原有形象的基礎上加工改造，形成新形象的思維過程。想象的具體類型主要有三種，即再造想象、創造想象和幻想。
1.再造想象
再造想象是根據一定的詞的描述（言語、文字）或圖樣（圖表、圖解符號、模型等）的示意在頭腦中形成相應的新形象的想象。例如，生命起源的教學，由于生命起源過程學生無法直接感知，只有借助于教師的語言和畫面給學生創造一個想象的情景和氣氛，使他們仿佛置身于遠古的地球，思維隨著畫面的變化而自由馳聘，各種表象在大腦中變化、組合，學生在理解生命起源過程的同時，也完成了再造想象。
2.創造想象
創造想象是不依據現成的描述而獨立地創造出新形象的想象。例如，將DNA的結構模型拆卸成零件，再讓學生動手組裝成結構模型，恰如科學家當年創造這些模型一樣，啟發學生也重新來一次創造。再如讓學生自己設計實驗方案來驗證某些生命現象和規律。有的學校在做完“葉綠體中色素的提取和分離實驗"后，教師鼓勵學生依據分離原理設計出其他方案。學生提出：①用汽油做層析液；②用毛細玻璃管沾些色素提取液立在園形濾紙中心；③以粉筆取代濾紙條做實驗。在此基礎上，組織學生對這些設計進行分析討論，從中選出可行的方案進行實驗，以檢驗是否成功。這樣學生在獨立地進行形象分析、實驗設計、結果預測、直到進行實驗的全過程中，都必須經過自己的創造想象。
3.幻想
幻想是創造想象的一種特殊形式，是一種與主觀意向相結合并指向未來的想象。由于幻想的結果超越現實太遠，有的甚至很難實現，所以人們往往把幻想同不切實際等同起來。其實許多幻想并非是真的不能實現，而只是受制于人的認識水平，才被人舍棄的。培養現實的幻想精神，對于開發智力確實是不可忽視的，在生物教學中，應經常提出一些能激起學生幻想的問題。如講完新陳代謝以后可提出如下問題：對于大多數生物來說，新陳代謝越緩慢其壽命越長，為了提高人的壽命，你能想出哪些方法？
三、通過發散思維訓練，培養創造性思維能力
科學素質包括科學知識、科學方法和科學態度。中學生物教育中培養學生的科學素質應從這幾個方面著手，課程目標及教材編制也應予以全面體現。長期以來，我國中學生物教材在體現科學方法和科學態度教育方面顯得薄弱，本文試通過分析美英生物課程教材中的有關內容，希望能為我國中學生物課程教材建設帶來一定的啟發。
一、美國生物課程教材中的科學方法與科學態度教育
美國重視科學素質培養始于60年代初，到90年代提出2061計劃更把提高全民的科學素質作為科學教育的目標。就科學方法和科學態度教育而言，60年代主要是培養學生的科學探究態度和技能，教材中的體現是增加大量的實驗活動，把科學方法的學習放在首位。如《生命科學的概念與挑戰》，第一單元為“科學方法與技能"，講了以下幾個問題：什么是生命科學、什么是科學技能、什么是科學方法、什么是科學實驗、什么是測量系統、你如何用測量系統進行測量、顯微鏡是什么、顯微鏡的結構。在整套教材每一章后面都有與科學研究有關的內容，它們是：生命科學生涯、科學聯系、科學研究人員、科學與社會、（學校）活動、科學回顧、課下活動。
又如《生命科學的焦點》，它也將“科學方法"作為獨立的一章，介紹科學研究的基本方法和原理，并將相應的訓練體現于教材中心。[1]其對科學方法訓練的目的要求為：
1.使學生了解應用科學方法解決問題的步驟，包括：明確問題——收集資料——提出假說——驗證假說——接受或摒棄假說——得出并報告結果。
2.使學生掌握應用科學方法解決問題所需要的一系列過程技能。其中基本的過程技能有：觀察、分類、推論、交流、認識和利用空間關系、測量、應用數學方法；復雜的過程技能有：解釋資料、形成假說、分解和控制變量、實驗、構建模型、形成操作性定義。[2]
美國注重對學生進行科學研究的過程及技能教育，科學方法的訓練內容也比較全面。2061計劃中指出：各種科學領域中知識的探索和技術的應用都隨著時間的發展和新設備的出現而不斷變化，但各種科學探索的過程是相似的，科學研究都需要有證據、可以進行操作的假設、邏輯及理論上的分析、得出并解釋理論結果、努力識別和避免偏見。[3]因此，美國更注重行為教育而非單純的理論學習。例如，對喝生水會引起疾病問題的學習，教師并不直接告訴學生生水里有細菌、不衛生，而是讓學生對生水進行衛生檢查、測定，并提供多種有關的數據和材料，然后由學生分析自己的研究結果和材料，回答為什么不能喝生水。學生通過親自參與這些簡單的科學研究過程，學習和應用科學方法，并懂得了如何發現問題和解決問題，這正是美國的科學教育重視培養學生適應未來生活的能力和素質的體現。
此外，通過了解生命科學的發展歷程和進展、了解科學家的工作、回顧科學知識產生的過程，學生也可從中學到科學研究的思維過程，并學習科學家堅韌不拔、實事求是的科學態度，認識科學、技術、社會三者的聯系及科學的本質。活動過程中，學生可以有不同的設計和結果，要求學生各自報告結果、開展討論、各抒己見、大膽懷疑，體現了科學態度的培養，并有利于培養和提高學生的創造力。
二、英國生物課程教材中的科學方法與科學態度教育
與美國相同，英國也是在科學教育中重視科學方法訓練和科學態度培養的國家。在60年代世界教育改革浪潮中，英國推出的納菲爾德生物學就具有此明顯的特點。如它的教師指導書中指出：要訓練學生進行科學研究計劃的方法、提出問題、設計實驗（特別是應用對照）；使學生懂得生物學不僅建立在觀察實驗的基礎上，而且建立在懷疑、提出假說、驗證假說及互相交流的基礎上。[4]在教材的編寫上也體現了這種要求。如《生物學引論》[5]即是其中一套教材，其中充滿了科學研究的氣氛。
1.將“探究—發現"教學理論引入教材
教材在編寫方式上注重指導學生進行科學研究。每章教材的開始總是以談話式的語言把學生帶入一定的問題情境，激起學生進行探究的欲望。然后，指出觀察、實驗的方法和步驟，并提出相應的問題。這樣的結構反復出現，使學生在探究活動中，自己獲取有關的知識。例如，第四章“生命是如何開始的"，連續讓學生進行如下活動：觀察煮熟的雞卵、觀察生雞卵、觀察開始孵化了的雞卵，在暖房參加雞卵孵化的管理工作。隨著這些活動的逐步進行，學生的知識逐漸增加，最后達到對雞卵的結構、受精卵的產生、雞的個體發育等知識的學習。在一些不易安排學生活動的地方，教材采取對可能進行的活動、可能發生的現象等進行描述的方式，提供學習的背景知識，然后提出問題。所以整套教材沒有純粹的學術知識的介紹，而是提供了引導學生自己獲取知識的材料。
2.重視科學方法的教育
首先，教材用兩章的篇幅將研究生物的方式、方法交給學生，這里包括了進行科學研究的步驟和方法。第一章“研究生物"分為以下幾部分：（1）研究什么。介紹了一些常見的生命現象，及我們可以在哪發現生物體；（2）你發現了什么。使用放大鏡分類鑒別所觀察的生物體。給出近30種動物的圖畫，讓學生按這些動物進行觀察，并試著進行分類；（3）從其它方面研究生物。觀察動物的結構，研究動物的運動，尋找動物活動的證據；（4）觀察研究動物的各種行為。這里以研究動物為例，介紹了兩種研究方法：觀察法、分類法。提示了科學研究應從問題開始，首先應明確研究什么，接下來選擇適當的方法進行研究。使學生明白研究內容及相應方法。第二章介紹了測量、記錄、數據處理、分析等方法，學生練習列表、填表、繪圖表等技能。
其次，將觀察、實驗有機地融入課文中。課文的編排是按提出問題、實驗活動，再提出問題，再實驗的方式，處處閃爍著科學研究的火花。
第三，每章后都提供與本章內容有關的背景材料，介紹有關的科學發現過程，這是可供學生閱讀的學習材料。在這些資料中，包括了科學研究的步驟、方法，更重要的是科學家的思維過程。這些思維過程正是進行科學研究的基本思維過程。
不難想象，教材的這種編寫方式，對于提高學生的科學素質、培養學生能力是極為有利的。
80年代中期以來，英國政府開始制訂統一的國家課程標準。其科學課程中主要關注的是科學方法、科學意識、科學與社會的聯系教育，對于概念學習的要求層次并不高，對于科學方法訓練的要求比較全面。如1995年的《國家科學課程》中對11～14歲學生的實驗與調查能力要求是：設計實驗過程；收集證據資料；分析資料并得出結論；認識所獲資料中的優點與不足。[6]北方考試與評價委員會制定的1998年《生物學》教學大綱中有關的評價目標為：在進行實驗和調查活動中，學生能設計活動程序，用正確而系統的方法進行測量、觀察、分析和評價資料，并將其與科學知識相聯系；交流科學觀察的結果和思想，用一系列科技術語及恰當的科學和數學方法進行討論；評價有關的科學信息，并從中作出有見解的判斷。[7]
可見，英國的生物學課程不僅重視系統的科學方法的訓練，還將設計實驗及科研過程納入教學要求，要獲得中學普通證書，學生還必須具備進行科學交流及評價的能力、應用數學知識解釋生物學問題的能力、勇于并能夠提出獨到見解。這些要求將科學方法教育與科學品質培養提到了相當的高度。
科學教育在重視訓練科學方法的同時，重視科學態度教育。如實事求是、獨立思維的科學態度；加強學生的集體精神與合作意識的培養；重視科學與生活的聯系；等等。如初中的科學教學目標中規定，在一系列探索活動中鼓勵學生進行合作；鼓勵學生在成員不同的各種小組中活動，發揮各種作用，包括領導作用，小組可以由兩人組成到由全班學生組成；鼓勵學生自省他們對小組活動有何貢獻并發展合作精神及集體工作能力。教學目標還規定，鼓勵學生運用他們的知識和技能去解決實際問題；鼓勵學生認識并報告在活動過程中出現的誤差和不準確的根源，識別異常結果并在可能時予以考慮；鼓勵他們意識到他們探索活動的局限性，從而知道并非所有的探索活動都能獲得保險的、“正確的"解答。
三、對我們的啟示
通過以上分析，我們認為美英中學生物課程教材中的科學方法及科學態度教育，在以下方面是值得我們借鑒的。
1.全面而完善的科學研究過程和方法的認識與訓練。使學生認識、經歷科學研究的過程，并訓練其使用有關的具體方法完成每一步驟，是培養學生發現問題、分析問題、解決問題能力的有效思維方式和操作方式。我國中學生物教材中，在體現科學方法訓練方面還不夠全面，主要是簡單的具體方法訓練，如觀察、分類、實驗等，對于如何發現并提出問題、形成假說、設計實驗、模型化、給出定義等則沒有體現或體現不夠充分。
2.培養和發展學生的創造能力。創造力是科學素質之冠上的一顆明珠，科學方法教育的成功導致創造力的提高。英國生物課程中對于實驗設計能力的要求，美國生物教材中大量的學生“課下活動"，這都是培養學生創造力的表現。另外，他們都注重鼓勵學生得出自己的結論、暢述自己的觀點。這種求新、求異的精神，是創造性人才不可缺少的素質，這一點在我國的文化及教育中是極其薄弱的，甚至是被壓抑的，我們的課程教材改革應在這方面勇于革新和突破。
3.多渠道的信息交流能力訓練和集體協作精神教育。信息的獲取與交流將是信息時代公民的生命，與他人的友好合作是信息時展的重要基礎，美英的科學教育都看到了這一點。如他們都提倡學生間的討論與交流，學生既要進行語言交流，還要寫出各自的研究報告進行書面交流；要求學生在小組活動中充分發揮自己的作用。美國2061計劃關于“科學的思維"中專門提出交流技能，要求從一般閱讀到能清楚地以口頭和書面的方式闡述基本觀點、指示和信息；用表格和簡圖組織信息，繪制草圖；閱讀和理解大眾媒體中出現的科技新聞。我國的教育往往把交流能力的訓練歸于語言課、把集體精神的培養歸于思想品德課，這種涇渭分明的劃分是無益的。我們的生物課程教材改革，應打破這種框架的束縛，在提高學生的交流能力上有所加強，在培養學生的集體意識上有所體現。
4.注重科學史教育。美英教材中都有大量的科學史料，以期對學生進行科學的思維方法、科學精神、科學態度和科學世界觀的教育。正如美國的2061計劃所說，科學訓練的詳細知識本身即是一系列有說服力的世界觀。2061計劃還指出：科學素質包括按照文化和智慧的發展史來看待科學探索。它包括知道科學世界觀來源于長期積累下來的許多小發現和認識世界的方法的迅速改革；了解科學技術發展史上的一些特殊事件及我們的文化傳統是非常有益的；懂得一些被證實了的重要思想，這些知識對于我們理解事物的產生原理是非常有用的。我國的生物教材改革在此方面有所改觀，但只是出現于閱讀材料中極少量的內容，閱讀材料應去掉一般性科普知識介紹，加強生物學發展史、生物學家生平、生物學知識與社會、生物學知識的過去、現在與未來的介紹。
