最新試論中學生物學的學科本質(zhì)

1、試論中學生物學的學科本質(zhì)人民教育出版社 趙占良中學生物學課程應聚焦學科核心素養(yǎng)，目的是強化學科育人功能。而學科核心素養(yǎng)的提煉，必須基于對學科本質(zhì)的深入理解，也就是要弄清楚這個學科到底是怎樣的一個學科，它具有哪些不同于其他學科的性質(zhì)和特點。關于這個問題，可謂仁者見仁，智者見智，難以找到標準答案。本文試就這一問題，談談自己的學習體會和不成熟的思考，供大家參考。一、對生物學研究對象的認識從生物的定義到生命本質(zhì)觀學科本質(zhì)是由什么決定的？我以為首先是由這門學科的研究對象所決定的。眾所周知，生物學是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學。通俗地說生物學的研究對象就是生物。什么是生物？這個看似基本而簡單的問題，在

2、生物學中卻難以找到令人滿意的答案。教科書上往往說“有生命的物體就是生物”，但這一說法并不能提供判斷一個物體是不是生物的依據(jù)，因為它并未指出什么樣的物體才是有生命的物體。何況有生命的東西并不一定稱得上是生物，比如多細胞生物體內(nèi)的一個細胞，實驗室里培養(yǎng)了半個多世紀的海拉細胞，蜥蜴逃避敵害時自動斷下來的尾巴，等等。 換言之，生命體和生物體之間不能劃等號。雖然用一句話給生物下 定義有困難，但是在絕大多數(shù)情況下，可以依據(jù)生物的基本特征來判斷一個物體是不是生物， 比如生物都有新陳代謝、 生殖和發(fā)育、遺傳和變異、應激性等。其實這些特征也都是以生物 為前提來描述的，比如新陳代謝就定義為生物體內(nèi)或活細胞內(nèi)所有化

3、學反應的總和，而病毒不具有細胞結(jié)構(gòu)，自然也談不上有新陳代謝，但多數(shù)人仍將它看作生物。再比如生殖，如果不以生物為前提來定義的話， 那就只好說成是自我復制， 但能自我復制的也不一定就是生物， 如計算機病毒；不能生殖的也不一定不是生物，比如騾、工蜂，包括人類也有不具備生殖能力的個體。定義生物存在的困難說明生物界的復雜性和多樣性，即說明生物學研究對象的復雜性和多樣性。什么是生物？這一問題必然涉及生命本質(zhì)觀。不同思維模式下的生命本質(zhì)觀是有很大差別的。經(jīng)典物理學思維模式下的生命本質(zhì)觀，包括機械論的生命本質(zhì)觀和還原論的生命本質(zhì)觀。前者認為生物體就是一部機器，由各種零件機械組裝而成， 只要弄清都有哪些零件及這

4、些零件的結(jié)構(gòu)和功能，這部機器就一目了然了，比如西方醫(yī)學就是把人體當作機器來對待的；后者認為一切生命活動都可以還原為具體的物理運動和化學反應，簡單的物理運動和化學變化加在一起就成為復雜的生命活動。按照這種思維模式，生物學與物理和化學相比，在思維模式上就沒有什么不同，學科育人價值自然大打折扣。生物科學思維模式下的生命本質(zhì)觀認為生物體都具有共同的基本特征，比如都有蛋白質(zhì)和核酸這樣的物質(zhì)基礎，都有新陳代謝、生殖和發(fā)育等生命現(xiàn)象，其中邁爾的觀點頗為耐人尋味： 生命體由獨特的大分子構(gòu)成； 生命系統(tǒng)中的重要現(xiàn)象是質(zhì)的而不是量的；所有層次的生命系統(tǒng)由高度可變的獨特個體的群體組成；所有的有機體擁有歷史上進化來的

5、遺傳程序；有機體是自然選擇的產(chǎn)物；生命過程特別難以預料。 從細胞到器官是質(zhì)的飛躍而不能僅視為細胞數(shù) 量的增加，從器官到個體、從個體到種群、從種群到群落到生態(tài)系統(tǒng)都是如此。生物都是歷 史的產(chǎn)物，經(jīng)過數(shù)十億年的自然選擇傳遞下來的遺傳程序在很大程度上決定了此生物不是彼 生物，也就是說過去在很大程度上決定現(xiàn)在和將來，研究現(xiàn)在必須要研究過去。生物的這一特性決定了歷史的方法是研究生物學的重要方法。生命過程為什么特別難以預料？因為生物是活的，不是死的，還因為生物體內(nèi)部有復雜的相互作用，同時又與環(huán)境有復雜的相互作用，這些相互作用的結(jié)果往往難靠邏輯推理來推斷。比如基因在一定程度上決定壽命， 但影響個體壽命的因素

6、實在太多， 并且有許多是隨機的、偶然的因素，因此，每個個體的壽命是難以預測的，只能將一個統(tǒng)計意義上的平均值作為預期壽命。生命過程特別難以預料，生物學中的因果關系存在多種可能性， 不像經(jīng)典力學上給物體多大的外力就能按公式算出產(chǎn)生多大的加速度，這就決定了生物學思維模式在很大程度上區(qū)別于經(jīng)典物理學思維模式，對生物學的這一特點缺乏認識，就會把生物學教成“死物學”！系統(tǒng)科學思維模式下的生命本質(zhì)觀認為生命有機體是一個自組織、自復制、自適應的開放的復雜系統(tǒng)。這里對幾個關鍵詞稍作解釋。所謂系統(tǒng)就是由若干要素通過相互作用而形成的具 有一定功能的整體。認識到生命體是一個有機整體系統(tǒng)，這是生命本質(zhì)觀的一次飛躍。 開

7、放系統(tǒng)是指系統(tǒng)在物質(zhì)、能量和信息上是對外開放的，與環(huán)境之間有著物質(zhì)、能量和信息 的交流。生命的活力本質(zhì)上來源于生命體在物質(zhì)、能量和信息上的對外開放，生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。中學生物學不深入到這一層次，就不能說揭示了生命的本質(zhì)。自組織是指開放系統(tǒng)在自身內(nèi)在機制調(diào)控下由無序向有序、從簡單向復雜轉(zhuǎn)變的過程，其中伴隨著能量的耗散和新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，例如，將來自外界的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成自身的物質(zhì)并形成一定的 結(jié)構(gòu)，由一個受精卵發(fā)育為具有各種組織和器官的個體。自復制在生物學上包括細胞的增殖和個體的繁殖等。自適應是指生物能通過自身的調(diào)節(jié)機制來適應環(huán)境的變化。復雜系統(tǒng)是相對于簡單系統(tǒng)而言的，是指該系統(tǒng)由多個子

8、系統(tǒng)組成， 每個子系統(tǒng)又是由多層次系統(tǒng)組成的， 子系統(tǒng)之間有復雜的相互作用，子系統(tǒng)內(nèi)部又有復雜的相互作用，因此，系統(tǒng)的功能不等于子系統(tǒng)功能的線性疊加，各子系統(tǒng)的性質(zhì)不能說明該系統(tǒng)整體的性質(zhì)，整體大于部分之和。這幾個關鍵詞集中概括了生物不同于非生物的特點，在很大程度上也決定了生物學不同于其他學科的學科本質(zhì)。二、對中學生物學學科本質(zhì)的看法現(xiàn)在大家常說的學科本質(zhì)， 到底是指學科自身的本質(zhì)還是指該學科課程的性質(zhì)？我以為是二 者兼有的。本文標題既然限定在“中學生物學”范疇，更多意義上是指中學生物學課程，而 中學生物學課程的性質(zhì)又在很大程度上決定于生物學的學科性質(zhì)，二者是不可分割的統(tǒng)一體。關于中學生物學的

9、學科本質(zhì)，我認為它應當包含兩個層面的內(nèi)涵。一是生物學本質(zhì)上是一門自然科學，同物理、化學、地球和空間科學一樣具有自然科學屬性，相應地，中學生物學課程也就是一門自然科學課程， 應當具有自然科學課程的屬性。 二是生物學不同于物理、 化學、 地球和空間科學，它具有自身的特點，因此，中學生物學課程也就不同于其他自然科學課程， 具有獨特的特點和不可替代的育人價值。1 .生物學科的自然科學屬性生物學的自然科學屬性反映科學的本質(zhì)。關于科學本質(zhì)的內(nèi)涵，文章論著林林總總，這里無需展開，只摘錄義務教育生物學課程標準（2011年版）（以下稱“課程標準”）的相關論述并稍作解讀：“生物科學有著與其他自然科學相同的性質(zhì)。它

10、不僅是一個結(jié)論豐富的知識 體系，也包括了人類認識自然現(xiàn)象和規(guī)律的一些特有的思維方式和探究過程。生物科學的發(fā)展需要許多人的共同努力和不斷探索。這些是生物學課程性質(zhì)的重要決定因素?！弊匀唤缡亲匀豢茖W的認識對象。某個方面的認識成果只有在結(jié)構(gòu)化形成一個知識體系后才能成為一門 科學。因此，科學首先是關于自然界的知識體系，這種知識體系是開放的、動態(tài)的，會不斷有新概念、新觀點、新思想涌現(xiàn)，過時的觀點、概念可能會得到修正甚至剔除，換句話說，科學知識只是人們在一定階段對自然界的認識，固然具有相對穩(wěn)定性， 但并不意味著是終極真理，因此在科學領域里倡導合理的懷疑，“以懷疑作審視的出發(fā)點”，合理的懷疑是科學進步的動力

11、。科學不僅是知識體系，也是一種探究的過程，并且始終處于探究的過程中， 在探究過程中形成科學研究特有的思維方式?？茖W研究特有的思維方式首先是高度理性，即盡量排除研究者主觀因素的影響（盡管完全排除幾乎是不可能的，觀察亦負載理論），做到力求反映客觀實際，科學的求真精神即源于此；還包括重視邏輯和實證，“以實證為判別尺度，以邏輯作論辯的武器”?，F(xiàn)代科學研究不能靠“單打獨斗” 了，團隊合作尤為重要，這又離 不開合作精神。正是基于科學本質(zhì)的這些內(nèi)涵，課程標準才對課程性質(zhì)作如下闡述：“義務教育階段的生物學課程是自然科學領域的學科課程，其精要是展示生物科學的基本內(nèi)容，反映自然科學的本質(zhì)。 它既要讓學生獲得基礎的

12、生物學知識，又要讓學生領悟生物學家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法。生物學課程期待學生主動地參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng) 成理性思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展終身學習的能力。”課程標準強調(diào)中學生物學課程的自然科學課程屬性無疑是正確的，這反映了當代科學教育的正確方向。然而，僅僅強調(diào)其自然科學課程屬性也是不完整的。生物學還有著不同于其他自然科學的特點，相應地，中學生物學課程自然還應當有不同于其他自然科學課程的特點，這些特點也應當屬于學科本質(zhì)的范疇。2 .生物學科不同于其他自然科學學科的特點關于生物學學科特點的概

13、括，更是見仁見智之事。朱正威老師在上個世紀發(fā)表的文章中作出 如下概括：生命物質(zhì)基礎的特殊性生物大分子，生命自然界的多層次性， 生命是一個復雜的開放系統(tǒng)，生命活動和信息變換， 生命自然界是一個復雜的網(wǎng)絡，在生命科學中人是研究的主體又是客體，生命科學研究方法的獨特性。上述論述為我們思考生物學的學科本質(zhì)提 供了框架和視角，具有開創(chuàng)意義。本人在學習和思考基礎上，試做如下概括：研究對象的特殊性，思想觀念的人文性，概念和規(guī)律的概率性，思維方式的靈活性，研究方法的綜合性， 學科地位的領先性、實踐應用的廣泛性。（1）研究對象的特殊性研究對象的特殊性表現(xiàn)在以下幾個方面：研究的對象是活的， 有生命的，這就注定了研

14、究過程會有關于生命的體驗和感悟，對學生來說無形中就是一種生命教育；也決定了研究的方法是靈活的，思維方式是靈活的，不能用機械的模式化的研究方法和思維方式去研究生物（學習也是一樣）；研究的對象是復雜系統(tǒng)，即使是顯見的生命現(xiàn)象也是復雜的相互作用的產(chǎn) 物，不能用線性的因果決定論的思維去研究（學習也是一樣）；研究的對象是歷史的產(chǎn)物，因此研究時需要歷史的視角和歷史考察的方法，不能僅限于就事論事；研究的對象包括人，換句話說，人既是研究的主體，又是研究的客體，這在其他學科是罕有的，這就決定了這門 學科跟學生的心理是最貼近的，也決定了其育人價值的不可替代性。（2）思想觀念的人文性思想觀念的人文性主要表現(xiàn)在它實現(xiàn)

15、了世界觀、人生觀和價值觀的全覆蓋。生物學的學科思想最核心的是進化思想和生態(tài)學思想。進化生物學從誕生之日起， 就天然具有濃厚的人文色彩，承載著實在的價值觀念， 在許多國家曾經(jīng)激起思想的波瀾。 進化思想的主要內(nèi)容包括： 生物不是神造的， 現(xiàn)存的包括人類在內(nèi) 的所有生物是由原始的共同祖先不斷進化而來的，所有生物之間都有親緣關系； 進化的過程是從簡單到復雜，從低等到高等，從水生到陸生；進化的原因主要解釋為以自然選擇學說為 核心的現(xiàn)代生物進化理論； 進化的結(jié)果表現(xiàn)為分子的進化、 物種的進化、生態(tài)系統(tǒng)的進化（生 物多樣性的形成），也表現(xiàn)為生物對環(huán)境的適應；進化的方向是多元的，進化的結(jié)果是不完 美的（適應的

16、相對性），不一定是對環(huán)境的適應能力更強，而是占領更多的生態(tài)位，更加充 分地利用地球上的資源和空間。生態(tài)學的發(fā)展始終與人類面臨的資源和環(huán)境問題息息相關，現(xiàn)在已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展的理論基礎。生態(tài)學思想的主要內(nèi)容包括：生物與環(huán)境的整體性，生物與環(huán)境關系的復雜性，互為因果的循環(huán)性，自我調(diào)節(jié)實現(xiàn)的穩(wěn)定性，生物與環(huán)境的發(fā)展性和協(xié)同性。進化思想和生態(tài)學思想宛如編織生物學知識體系的經(jīng)線和緯線，貫穿宏觀和微觀，縱橫交錯，渾然一體。它們解決了如何看待自然界的問題，是辯證唯物主義自然觀的基礎，自然觀則是世界觀的重要組成部分。 進化思想告訴人們， 人類是大自然演化的產(chǎn)物，同其他生物一樣是自然界的一員，而不是凌駕于其他物

17、種之上的主宰；生態(tài)學思想告訴人們， 生物與環(huán)境是不可分割的整體，牽一發(fā)而動全身，人類對自然資源的利用、 對生態(tài)環(huán)境的影響只有控制在環(huán) 境承載力和生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力范圍之內(nèi)，才能與自然和諧相處，經(jīng)濟和社會才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，同時還告訴我們生物多樣性的重要價值，以及生物科學、技術、社會、環(huán)境（STSE的相互影響，這都直接影響著人們的價值觀。進化思想和生態(tài)學思想還告訴人們，生命來之不易，包括人類的生命在內(nèi)， 都是億萬年生物的遺傳基因與環(huán)境相互作用的產(chǎn)物；從宏觀到微觀的生物學知識也都在引領我們欣賞和感悟生命的神奇和美麗，領略生物與生物、生物與環(huán)境的相互依存，告訴我們應當珍愛生命，善待他人，愛護動植物，這

18、無疑有助于形成正確的 人生觀。除了進化思想和生態(tài)學思想之外，生物學中還有不少學科思想富于人文性。例如適度與平衡的思想、群體思想等。適度與平衡的例子比比皆是：過量飲酒傷身，適度飲酒于身體有益； 過度放牧對牧草有害，適度放牧則對牧草的生長有利；雄鹿的角長一些，容易得到雌鹿的青 睞，但角過大就會影響身體平衡和奔跑速度，大角鹿就因此而絕滅；膳食平衡、生態(tài)平衡、 碳氧平衡、水鹽平衡，等等。群體思想認為生命系統(tǒng)是由許多獨特個體相互配合組成的群體， 每個個體都有獨特的作用，同時又離不開其他個體。比如在多細胞生物體內(nèi)，“細胞的生命歷程雖然短暫，卻都對個體的生命有一份貢獻?！痹谌梭w內(nèi)，內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)“讓每一個細胞

19、共享，又靠所有細胞共建?！痹诿鄯浞N群內(nèi)，蜂王、雄蜂和工蜂職能不同，但都是不可或缺 的。群體思想啟迪人們做好自己就是對群體的最大貢獻，個體的意義只有在群體層面才能體現(xiàn)，這與我國自古倡導的敬業(yè)樂群思想和現(xiàn)在倡導的社會主義核心價值觀有異曲同工之妙。（3）概念和規(guī)律的概率性研究對象的復雜性和多樣性決定了生物學的概念和規(guī)律的概率性（我曾概括為“粗放性”，考慮到“粗放”似有貶義，從此棄之不用了）。生物學中的概念大多是觀察基礎上歸納概括的產(chǎn)物，而不是靠數(shù)理邏輯的演繹，因此，往往不夠精致，不宜作絕對的理解。比如，關于有性生殖，教科書上定義為雌雄兩性生殖細胞兩兩結(jié)合，形成受精卵，由受精卵發(fā)育成新個體的生殖方式，

20、而蜜蜂等動物的單性生殖 （孤雌生殖）也屬于有性生殖，就與定義產(chǎn)生矛盾， 其實這就是生物界復雜性導致的，如果因為有個別例外就改變定義，比如將有性生殖定義為通過有性生殖細胞產(chǎn)生新個體的生殖方式，又過于籠統(tǒng)，令人費解（還要解釋什么是有性生殖細胞，最后導致循環(huán)定義），反而與生物界的實際情況離得更遠。再比如生態(tài)學中消費者 和分解者的概念，前者指以動植物為食的動物，后者指腐食性的細菌和真菌等微生物，而蚯蚓偏偏出來添亂，它既是動物，又是腐食性的，劃歸哪一類都有問題。其實消費者也不見得不吃動植物遺體，分解者也不見得不吃活東西，那只是根據(jù)它們獲取有機物的方式大致區(qū)分 而已，本質(zhì)上二者都是異養(yǎng)的，都是將獲取的有機

21、物氧化分解，利用其中的能量，將產(chǎn)生的二氧化碳和水釋放到環(huán)境中，都可以看做是分解者。 說到底，大自然不是因為人類的存在而存在，更不是根據(jù)人類通過思維進行的分類而存在的。分門歸類不過是人們認識自然界的一種手段而已。生物學的概念教學如果忽視概念的實質(zhì)，只顧摳字眼兒，就不可能把生物課上活，弄不好又把生物學教成“死物學” 。因為生命系統(tǒng)都是復雜系統(tǒng)， 以及生命世界無窮的多樣性， 所以生物學的規(guī)律大都是統(tǒng)計意 義上的規(guī)律，也有人說過，“在生物學中只有一條普遍規(guī)律，那就是： 所有的生物學規(guī)律都 有例外貓捉老鼠天經(jīng)地義， 但也有貓被老鼠嚇跑的時候。 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動規(guī)律是單 向流動，逐級遞減，偶爾也有逆向流

22、動的時候，比如人吃食用菌。 關于生物學規(guī)律的教學要 讓學生認識到這一學科特點，注意生物學規(guī)律的概率性或者稱或然性。說到概念和規(guī)律，生物學的進步更多表現(xiàn)為新概念的提出和改進，而不是發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，因此，生物學中概念繁多而定律極少， 這或許也是生物學不同于其他自然科學的一大特點。究其原因，同樣是由于研究對象的復雜性和多樣性。（4）思維方式的靈活性研究對象的復雜性和多樣性，概念和規(guī)律的概率性（或然性），決定了生物學思維方式的靈活性。思維方式的靈活性表現(xiàn)在對概念和規(guī)律不作絕對的理解，對事物能作多因素多角度的分析，對問題的求解不過分追求非此即彼的標準答案。思維方式的靈活性還表現(xiàn)在思維方式的多元化，既注重自

23、然科學普遍運用的形式邏輯思維和分析式思維，又注重辯證邏輯思維、 整體性思維和復雜性思維。麻雀吃種子，導致糧食作物減產(chǎn)，因此對人類有害，這是形式邏輯思維。麻雀在繁殖期間能捕食大量農(nóng)作物害蟲，間接保護了莊稼，因此對人類有益，這也是形式邏輯思維。既看到麻雀有害的一面，又看到它有益的一面，這就是辯證邏輯思維。生物學中這樣的例子不勝枚舉。研究生物體的結(jié)構(gòu)和功能，首先要由表及里、 從整體到局部，如通過動植物解剖來認識動植物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，這是分析式思維，這無疑是十分必要的。但整體不等于部分的簡單疊加，單獨研究一個個部分時， 很難看出它們之間的相互作用，相互作用只能在整體中出現(xiàn)，因此僅靠分析式思維是不夠的，還

24、必須有整體性思維。從基因組到細胞，從細胞到個體，從個體到種群，乃至生態(tài)系統(tǒng)、 生物圈，都需要作為一個整體來研究。生態(tài)學思維就是整體性思維 的典范。它關注事物和過程的網(wǎng)狀因果關系和環(huán)狀因果關系，重視非線性的和循環(huán)因素的分析；注重將人類生態(tài)系統(tǒng)作為各種組分相異相依、相克相生、共存共榮的有機整體，主張接棄傳統(tǒng)的極端功利型思維，倡導互利型的思維方式。（這里順便提一下，中學生物學課程中生態(tài)學內(nèi)容理應占有非常重要的地位，不論是否精簡，都應是全體學生必修的，因為它不僅關乎生態(tài)學知識的普及，而且關乎人們的思想觀念和思維方式，這在倡導生態(tài)文明建設的我國顯得尤為重要。)生命系統(tǒng)的復雜性和多樣性突出，內(nèi)外因素的必然

25、性和偶然性并存，這就決定了研究生物學需要復雜性思維。比如基因與性狀的關系，“一個基因一個酶”是簡單性思維的體現(xiàn)，認識到基因突變的隨機性、基因之間的相互作用、基因與蛋白質(zhì)間的相互作用、細胞核與細胞質(zhì) 的相互作用、細胞與內(nèi)環(huán)境的相互作用， 個體與環(huán)境的相互作用， 從而認識到基因與性狀關 系的復雜性，才是復雜性思維的體現(xiàn)。 那種認為將幾只老鼠裝在一個一定大小的籠子里，只要供給足夠的食物和水， 它們就能按S型曲線實現(xiàn)種群增長的想法， 顯然就是缺少復雜性思 維，而這樣的習題考題卻比比皆是。形式邏輯思維的訓練是必要的，在這方面中學生物學并不比數(shù)理化占優(yōu)勢。辯證邏輯思維、 整體性思維和復雜性思維的訓練更是一個人在現(xiàn)代社會生存和發(fā)展所需要的，中學生物學在這方面可謂優(yōu)勢歷然。(5)研究方法的綜合性生物學研