劉夢(mèng)琦 安云彥 李秋石

(河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 石家莊 050024)

科學(xué)解釋是“將科學(xué)理論與科學(xué)觀察結(jié)果或現(xiàn)象相聯(lián)系的描述[1]”，是一種特殊的科學(xué)論證。而科學(xué)論證又是一種典型的科學(xué)實(shí)踐。因此，科學(xué)解釋是關(guān)注于科學(xué)實(shí)踐、依賴于科學(xué)發(fā)展而存在的一種論證方法?？茖W(xué)解釋能力就是將現(xiàn)有的科學(xué)知識(shí)和來(lái)自觀察、實(shí)驗(yàn)或模型的新證據(jù)組合成具有內(nèi)在一致性的、符合邏輯的說(shuō)明的能力[2]，包括推測(cè)事件發(fā)生原因、預(yù)測(cè)可能發(fā)生情況、闡明特點(diǎn)現(xiàn)象本質(zhì)等3個(gè)要素。

在高中生物學(xué)新課程的課堂教學(xué)過(guò)程中，科學(xué)解釋生物學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律是學(xué)生獲取生物學(xué)知識(shí)的重要途徑。新課程標(biāo)準(zhǔn)提出： 高中生物學(xué)課程與教學(xué)始終以提高生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨，要求學(xué)生能主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)、獲取生物學(xué)知識(shí)、養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣、形成積極的科學(xué)態(tài)度、發(fā)展終身學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐能力。體現(xiàn)了高中生物學(xué)課程科學(xué)性與社會(huì)性的統(tǒng)一，這中間的每一個(gè)環(huán)節(jié)都蘊(yùn)含著科學(xué)解釋。此外，在高中生物學(xué)教學(xué)中，科學(xué)解釋也是一種重要的、具有生物學(xué)學(xué)科特征的教育性實(shí)踐。這種學(xué)科特征體現(xiàn)在學(xué)生在生物學(xué)教師的指導(dǎo)下，以生物學(xué)問(wèn)題為中心，有目的地運(yùn)用所獲得的生物學(xué)規(guī)律，探尋生物學(xué)現(xiàn)象的原因、根據(jù)和本質(zhì)，達(dá)到對(duì)生物學(xué)現(xiàn)象的理解和說(shuō)明，進(jìn)而將理論回歸于實(shí)踐，在特定的生物學(xué)情境中基于多樣化的學(xué)習(xí)過(guò)程分析和解決復(fù)雜的生物學(xué)問(wèn)題?？茖W(xué)解釋的生物學(xué)教育價(jià)值歸于以下4點(diǎn)：

1 科學(xué)解釋推動(dòng)生物學(xué)探究性學(xué)習(xí)的進(jìn)程

在演繹—規(guī)律解釋模型中，被解釋項(xiàng)是經(jīng)驗(yàn)規(guī)律或自然事件，解釋項(xiàng)是包含普遍規(guī)律的前提。該模型可運(yùn)用于生物學(xué)探究教學(xué)。在生物學(xué)教學(xué)中運(yùn)用演繹—規(guī)律解釋模型，就是讓學(xué)生在真實(shí)的情境中，整合現(xiàn)有的科學(xué)事實(shí)和原理、運(yùn)用科學(xué)的思維和模擬重現(xiàn)生物學(xué)規(guī)律的探究歷程。下面以“物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸”內(nèi)容為例：

被解釋項(xiàng)： 經(jīng)驗(yàn)規(guī)律或自然事件——成熟植物細(xì)胞在溶液中發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原。

解釋項(xiàng)： 普遍規(guī)律原理——成熟植物細(xì)胞中的原生質(zhì)層具有選擇透過(guò)性；外界溶液與細(xì)胞液之間存在濃度差；原生質(zhì)層比細(xì)胞壁具有更大的伸縮性。

科學(xué)實(shí)踐： 通過(guò)鏡檢判斷成熟植物細(xì)胞的死活、測(cè)定細(xì)胞液濃度范圍、比較不同成熟植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度和鑒別不同種類的溶液等。

在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生真正進(jìn)行思考、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題和探究生物學(xué)規(guī)律的本質(zhì)，歷經(jīng)了觀察情境、現(xiàn)象探究、問(wèn)題猜測(cè)、假說(shuō)驗(yàn)證和得出結(jié)論等五個(gè)環(huán)節(jié)。因此，科學(xué)解釋不僅促使學(xué)生的思維向著更加科學(xué)的方向發(fā)展，也推動(dòng)探究性學(xué)習(xí)的進(jìn)程，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的達(dá)成。

2 科學(xué)解釋促進(jìn)生物學(xué)概念性知識(shí)的理解

在歸納—統(tǒng)計(jì)解釋模型中，被解釋項(xiàng)是事實(shí)或經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，解釋項(xiàng)是理論的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。該模型可用于生物學(xué)概念教學(xué)。在生物學(xué)教學(xué)中運(yùn)用歸納—統(tǒng)計(jì)解釋模型，就是學(xué)生在實(shí)例情境中，結(jié)合已有知識(shí)和情境中的多個(gè)特定實(shí)例，統(tǒng)整已有的事實(shí)、現(xiàn)象、結(jié)果和數(shù)據(jù)，運(yùn)用科學(xué)思維對(duì)于典型線索進(jìn)行科學(xué)分析，形成基于實(shí)例的規(guī)律并進(jìn)行歸納，最終得到一般概念。下面以“遺傳信息控制生物體的性狀”內(nèi)容為例：

被解釋項(xiàng)： 實(shí)例①，鐮刀型細(xì)胞貧血癥、囊性纖維病等，經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——功能異?！鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)異?！幋a該蛋白的基因異常；實(shí)例②，白化病、圓粒和皺粒豌豆，苯丙酮尿癥、紅眼和白眼果蠅等。經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——代謝(功能)異常←酶(蛋白質(zhì))的合成異?！幋a該酶(蛋白質(zhì))的基因異常。

解釋項(xiàng)： 理論的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體性狀，也能通過(guò)控制酶的合成來(lái)控制代謝過(guò)程，進(jìn)而間接控制生物體的性狀；但總的來(lái)說(shuō)，基因是通過(guò)控制蛋白質(zhì)的合成(結(jié)構(gòu)或數(shù)量)來(lái)控制生物體的性狀。

在此過(guò)程中，學(xué)生完整地經(jīng)歷了典型分析、抽象概括和得到一般論斷的科學(xué)歸納推理。因此，科學(xué)解釋在促進(jìn)學(xué)生掌握生物學(xué)概念性知識(shí)的同時(shí)，也有利于科學(xué)思維的達(dá)成。

3 目的—功能解釋促進(jìn)學(xué)生科學(xué)認(rèn)識(shí)論的建立

在目的—功能解釋模型中，被解釋項(xiàng)是一般規(guī)律，解釋項(xiàng)是實(shí)現(xiàn)這個(gè)一般規(guī)律的主體所具有的功能。該模型可用于生物學(xué)結(jié)構(gòu)與功能觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀等的教學(xué)。在生物學(xué)教學(xué)中運(yùn)用目的—功能解釋模型，就是學(xué)生就情境中的真實(shí)問(wèn)題進(jìn)行溯因推理，從生物學(xué)現(xiàn)象或事實(shí)出發(fā)，運(yùn)用一般性規(guī)律知識(shí)進(jìn)行猜測(cè)推導(dǎo)，尋找能夠解釋此生物學(xué)現(xiàn)象或事實(shí)的根本原因。下面以“人體血糖調(diào)節(jié)”內(nèi)容為例：

被解釋項(xiàng)： 一般規(guī)律——人體內(nèi)血糖水平不會(huì)無(wú)限上升或無(wú)限下降。

連鎖問(wèn)題： ①為什么血糖濃度會(huì)降低和升高？因?yàn)橛幸葝u素和胰高血糖素分別控制血糖的降低和升高。②為什么血糖濃度到了一定程度就不再降低或升高了？因?yàn)橐葝u素或胰高血糖素不再分泌。③為什么胰島素或胰高血糖素會(huì)停止分泌？因?yàn)橐葝uB細(xì)胞或胰島A細(xì)胞受到了抑制。

解釋項(xiàng)： 功能——胰島素和胰高血糖素相互拮抗，通過(guò)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。

在此過(guò)程中，學(xué)生就一個(gè)起始問(wèn)題產(chǎn)生連鎖問(wèn)題、進(jìn)行連鎖推理，逐漸形成“如果要達(dá)到解釋項(xiàng)，那么就要發(fā)生被解釋項(xiàng)，所以可能的原因是解釋項(xiàng)”的連貫的科學(xué)邏輯思維，進(jìn)而推廣應(yīng)用到其他類似的問(wèn)題中。因此，科學(xué)解釋促進(jìn)學(xué)生建立起科學(xué)的認(rèn)識(shí)論模型并進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐。

4 發(fā)生論解釋促進(jìn)學(xué)生科學(xué)認(rèn)識(shí)論的建立

在發(fā)生論解釋模型中，被解釋項(xiàng)是系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，解釋項(xiàng)是系統(tǒng)的過(guò)去狀態(tài)。該模型可用于生物學(xué)進(jìn)化與適應(yīng)觀的教學(xué)。在生物學(xué)教學(xué)中運(yùn)用發(fā)生論解釋模型，就是學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)中存在的問(wèn)題，借助已知生物學(xué)規(guī)律和事實(shí)線索，以當(dāng)今時(shí)間為起點(diǎn)，向過(guò)去的時(shí)間和更加廣闊的范圍追溯并搜索歷史證據(jù)，探知造成系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的歷史根源，依據(jù)歷史提出當(dāng)前狀態(tài)中問(wèn)題的解決方案。下面以“生物多樣性”內(nèi)容為例：

被解釋項(xiàng)： 當(dāng)前狀態(tài)——生物多樣性銳減。

歷史溯源： ①生物多樣性銳減的直接原因： 新物種形成的速度大大落后于現(xiàn)有物種滅絕的速度；②現(xiàn)有物種滅絕的原因： 植被破壞、海洋污染和全球氣候變暖，都是導(dǎo)致現(xiàn)有物種滅絕的原因；③造成滅絕性事件的主體： 絕大多數(shù)的滅絕原因都可以追溯到人類活動(dòng)；④如何阻止生物多樣性銳減： 將人類活動(dòng)的影響降到最低才能阻止生物多樣性的銳減；⑤保護(hù)生物多樣性的措施。

解釋項(xiàng)： 過(guò)去狀態(tài)——生物多樣性增加，生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。

在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)歷了連貫追本溯源，通過(guò)分析證據(jù)鏈，認(rèn)識(shí)到一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展不僅需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的時(shí)間跨度，還需要多因素的協(xié)同作用；而一個(gè)系統(tǒng)的崩潰卻是如此的輕易和迅速。因此，學(xué)生在科學(xué)解釋的過(guò)程中感悟生命觀念、體會(huì)社會(huì)責(zé)任，促進(jìn)公民素養(yǎng)的提升。

5 總結(jié)

以上4種科學(xué)解釋模型僅分別從一個(gè)側(cè)面體現(xiàn)科學(xué)解釋能力在高中生物學(xué)教學(xué)中的價(jià)值，但生物學(xué)教學(xué)中用到的科學(xué)解釋模型并不單純只有一種，很多時(shí)候是由多個(gè)科學(xué)解釋模型交叉而成。下面以“分離定律與自由組合定律”內(nèi)容為例：

被解釋項(xiàng)： 經(jīng)驗(yàn)規(guī)律或自然事件——生物的性狀是由遺傳因子決定的；體細(xì)胞中的遺傳因子成對(duì)存在。經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——親本具有兩對(duì)相對(duì)性狀；子一代均表現(xiàn)為顯性性狀，子二代出現(xiàn)性狀分離。

解釋項(xiàng)： 理論的統(tǒng)計(jì)規(guī)律——每一對(duì)相對(duì)性狀的遺傳都遵循分離定律。

普遍規(guī)律原理——位于同源染色體上的等位基因在減數(shù)第一次分裂后期發(fā)生等位基因分離，分別進(jìn)入不同的配子，隨雌雄配子的隨機(jī)結(jié)合遺傳給后代；同時(shí)，位于非同源染色體上的非等位基因自由組合。

總之，以往的生物學(xué)教學(xué)中，教師通常注意的是學(xué)生對(duì)知識(shí)產(chǎn)生過(guò)程的認(rèn)識(shí)，而忽略了學(xué)生對(duì)于該過(guò)程中的活動(dòng)的本質(zhì)認(rèn)識(shí)。教師應(yīng)充分地重視科學(xué)解釋的生物學(xué)教育價(jià)值，重視學(xué)生科學(xué)解釋能力的培養(yǎng)，把握科學(xué)解釋的推測(cè)原因、預(yù)測(cè)可能和闡明本質(zhì)這三個(gè)要素，保證解釋方向的科學(xué)性、邏輯推理的嚴(yán)明性和素養(yǎng)達(dá)成的完整性[3]。關(guān)注學(xué)生將具體經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)概念的本質(zhì)屬性相聯(lián)系的認(rèn)識(shí)與能力的提升，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的達(dá)成。

(基金項(xiàng)目： 2017～2018年河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目，No.2017GJJG507；河北省教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃2016年度重點(diǎn)資助課題，No.1602055；*通信作者)