畅游生命世界，培养科学情怀
朱 静
中学生命科学课程是自然科学中的一门基础课程，旨在培养全体学生的生命科学素养。它以观察、实验、探究作为主要的学习手段，使学生在获得生命科学的基础知识、基本技能及其相关方法的同时，接受科学精神、科学态度和价值观的教育。高中生命科学课程学习的主要内容涉及七个方面的主题：走进生命科学、生命的基础、生命的物质变化和能量转换、生命的信息、生命的延续、生物多样性与可持续发展、现代生物技术的应用。其中，五个主题都是关于生命世界的探秘。然而，这些内容呈现出微观和抽象的特点，在一定程度上制约着高中学生的学习和理解。如何在课堂教学中化解这些难点，需要一线教师在深刻理解课程理念的高度上，在吃透学科知识体系的基础上，从学生的认知特点和认知规律入手，站在学生的角度设计并实施教学，以激发学生的学习兴趣，培养学生主动开展科学探究的志趣，帮助学生逐步拥有热爱生命、敬畏生命的科学情怀。
一、 变微观知识为直观教学，体验生命结构的精妙
生命的本质是由物质分子构成的，生命的结构严谨而又精妙。然而，在课堂教学中，如何将微观领域的知识学习转化为学生能理解的直观问题，并润物细无声地落实情感态度价值观的教学目标，需要教师精心设计学习流程，引导并激发学生的深度思考。下面以案例加以说明。
案例一：水环境中单个和群体磷脂分子的生存状态
磷脂分子是组成生物膜的结构大分子，是一种两性分子，其磷酸和含氮的一端为亲水头部，而脂肪酸的一端为疏水（亲脂)尾部。根据其结构组成，单独一个磷脂分子是无法在水环境中存在的。然而，如果有足够多的磷脂分子，它们可以微团状或双层分子的膜状存在于水环境中。
在课堂教学中，教师可以通过“讲一讲、画一画、想一想”的教学设计，首先引导学生思考为什么一个磷脂分子无法在水环境中存在，而一群磷脂分子可能在水环境中存在。然后指导学生在盛有半杯水的烧杯中分别画出一个和十个磷脂分子的可能存在状态。最后，再启发学生进行深度思考，分析一个与十个磷脂分子之间的差异是什么，归纳总结在生物细胞中，细胞膜、细胞器膜等膜结构就是由无数磷脂分子以双分子层为骨架形成膜结构的。可见，微观分子的结构特点决定了生物膜的生理特性。
通过这一案例的教学，一方面可以落实知识与技能的教学目标；另一方面还可以落实情感态度价值观的教学目标，即通过单个与群体磷脂分子的比较，说明团队力量的强大。看似简单的一层生物膜，但组成生物膜的磷脂分子是通过有序而巧妙的排布，以磷脂双分子层的状态，和谐共存在水环境中的。
二、 变抽象机理为形象解释，感受生命活动的逻辑
生命活动中的很多机理既抽象，又难以理解，还有些机理至今尚未完全搞清楚。然而，作为生命科学界的重大发现，有些机理需要高中学生去学习和了解。例如，在高中《生命科学》教材第一册中写道：“人类对光合作用的研究已经进行了300多年，近100年来已经获得6次诺贝尔奖，时至今日，仍有许多问题需要探究。”那么，在课堂教学中，如何将抽象难懂的“光合作用过程”转化为形象生动易于学生理解的知识体系，这就需要教师耐心捕捉生活中的类似问题，化抽象为形象，从而揭示出生命体内部化学变化之间的逻辑关系。下面以案例加以说明。
案例二：光反应过程中发生的系列物质变化
为了形象解释在类囊体上发生的光反应的系列物质变化，教材提供了放大处理的类囊体膜结构图，关于光反应过程的叙述，教材仅用了一个自然段、近200字加以说明。然而，在这短短的一段叙述中就出现了众多新的名词概念，诸如氧化型辅酶II（NADPF)、还原型辅酶II（NADPH)、质子、高能电子、ATP合成酶复合体、氧化的叶绿素a等概念，还隐含着光反应的原料、场所、物质变化和能量转换等知识点。为了厘清这其中的物质变化和能量转换以及它们之间的逻辑关系，教师可以设计系列问题，并与开枪的原理进行类比，在帮助学生落实知识点、建构知识体系的同时，培养逻辑推理和演绎等高阶思维。
关于光反应过程中发生的系列物质变化，教师设计的问题串是：1. 启动光反应的直接原因是什么？2. 光反应被启动后引发的直接结果是什么？系列反应有哪些？3. 叶绿素a分子接受光能后释放出的高能电子与水分子光解后产生的电子的去向分别是什么？4. 高能电子的供体和受体分别是什么？5. 质子的供体和受体分别是什么？6. 光反应的标志性产物有哪些？
教师采用的类比教学设计是：将光反应的启动与开枪的原理进行类比，即将叶绿素a分子比作一把枪的枪膛，将光能传递到叶绿素a分子上类比为扣动扳机；将高能电子的释放与传递类比为射出枪膛高速飞行的子弹；将高能电子的受体类比为被子弹射中的目标等。
案例三：光合作用过程中光反应和暗反应的联系(https://www.daowen.com)
光反应和暗反应过程中发生的物质变化和能量转换都涉及较为深奥的化学反应过程，而这些化学反应无法在中学实验中观察到。为了帮助学生理解，在课堂教学过程中，教师为了能准确地揭示光反应和暗反应过程中发生的物质变化和能量转换，往往会将知识体系切碎，逐一介绍这两个过程中每一种物质变化的来龙去脉和相应的能量转换。然而，如果教师仅仅是为了知识点而组织教学，那么，学生感知到的只是碎片化的知识，长此以往，既不利于学科知识体系的建立，也容易将学生引入死记硬背的学习误区。因此，作为教师，在课堂教学中，要建立起“上天入地”的教学理念。所谓“上天”就是由单个的知识点建构起完整的知识体系，所谓“入地”就是深入浅出地解释清楚每一个知识点。
关于光反应和暗反应之间的联系，教师的教学设计是：1. 在完成“光合作用的过程”这一课时的教学之后，提出引发学生深度思考的关键问题：光合作用过程中光反应和暗反应之间的联系如何？2. 布置课后绘图作业，以促进学生自主理解两者之间的联系：即利用教材中的图示，结合自己对光反应和暗反应过程中发生的化学反应的理解，将两幅图有机融合，绘制出完整的光合作用过程示意图。3. 在批阅学生绘图作业的基础上，通过作业讲评，强调指出光合作用的全过程可以用上下左右四个圈表示。左右两个为大圈，左圈代表光反应的过程，即在类囊体上发生的系列物质变化；右圈代表暗反应的过程，即卡尔文循环；在左右两个大圈之间是上下并列的两个小圈，一个小圈表示NADP +与NADPH之间的相互转化，另一个小圈表示ADP和Pi与ATP之间的相互转化。通过上下左右的四个圈，可以将光合作用全过程中发生的每一种物质变化的来龙去脉和相应的能量转换解释得非常清楚，从而形象直观地帮助学生从整体上认识和理解光合作用的过程。
通过以上两个案例的教学，一方面落实了光合作用过程中的各项知识与技能的教学目标，另一方面还有效培养了学生既关注细节分析，又关注整体联系的思维能力。通过光合作用过程的学习，帮助学生既理解生命活动的复杂性，又可以促进学生去感悟其内部化学反应之间的严密逻辑。
三、 变枯燥研究为鲜活故事，感受科学研究的美好
相比数学、物理、化学而言，生命科学是一门最为年轻的科学，起步和发展离不开数学、物理、化学及相关技术的发展。有一种说法是把细胞的发现作为生命科学的起源，此后，罗伯特·虎克、施莱登、施旺等一大批西方科学家和学者通过各自的研究不断发现细胞的作用、细胞结构、细胞分裂等内容，为推动生命科学的发展做出了巨大的贡献。
20世纪是生命科学大发展、大突破、大创新的世纪。其间，很多关于生命的谜团不断地被揭开，各种理论方法和成果不断呈现，使生命科学领域得到了前所未有的发展。20世纪40年代，大多数生物学家猜测蛋白质最有可能是遗传物质，但并未将DNA视为遗传密码的可能携带者。一直到1944年，DNA才成为遗传界的焦点。美国科学家艾弗里及其研究小组花了10余年时间研究格里菲斯的肺炎双球菌转化实验，并以精心设计的一组实验，明确证实了DNA是遗传物质。1953年，沃森、克里克揭示出DNA分子的双螺旋结构，被看作是分子生物学的开端。沃森是美国生化学家，他的主要贡献是确定了两对碱基特异性的配对，说明了遗传物质可能的复制机制。克里克是一位物理学家，他极力主张建立分子模型，从物理的角度，提出自己的见解。DNA双螺旋结构模型的建立，体现了物理学和生命科学的完美结合。
应该说，任何一个诺贝尔奖的产生都是基于科学家的浓厚研究兴趣，如果没有兴趣就不会有新的创造和发现。同时，在每一项科学研究发现的背后，都凝聚着科学家们无比艰辛、坚持不懈的研究历程。教师要善于将这些枯燥的科学发现史转化为鲜活的科学故事，将科学家们严谨执着、锲而不舍的研究精神转化为教育资源，以培养学生的人文情怀，提升学生的科学素养。下面以案例加以说明。
案例四：孟德尔及其科学研究的方法
高中《生命科学》第三册第8章第1节的教学内容，编者用了四个自然段，近700字来介绍孟德尔及其科学研究的方法。
教师的教学设计是：以讲故事的方式，逐一介绍孟德尔其人以及他的研究方法、研究思路和大胆假说。在讲故事的过程中，引导学生重点关注以下问题：1. 孟德尔对自然科学的兴趣如何？2. 孟德尔的研究对象有哪些？3. 孟德尔采用了怎样的研究方法？4. 面对复杂的问题，孟德尔的研究思路是什么？5. 在八年间，孟德尔的研究是怎样进行的？6. 面对大量的数据，孟德尔是如何处理的？7. 在孟德尔的年代，他的研究成果受到了怎样的对待？
通过这一案例的教学，一方面帮助学生体验科学研究历程的艰辛；另一方面通过对研究材料的选择、研究方法和研究思路的确立以及基于不断的重复试验和大数据的统计分析，帮助学生理解科学研究取得成功的偶然性和必然性，进一步感悟科学研究方法和思路是取得成功的前提，而坚持不懈的研究精神是取得成功的关键。
应该说，好的课堂教学不仅要有知识、有方法，更要重生活、育素养。有知识，只是课堂教学最基本的要求；有方法，是认识和解决问题的关键；重生活、育素养，是生命科学教育的根本任务。作为生命科学教师，需要厚实的文化底蕴和扎实的学术功底，不仅要传授给学生丰富的生命科学知识，带领学生探知生命科学的本质，最重要的是燃起学生关注生活、探究生命科学的兴趣与热情。生命科学教育的根本诉求不在于单纯知识点的传授和堆积，而在于知识学习过程中生命观念的建立、理性思维的培养、创造力的形成和科学情怀的拥有。
上海市学前特级教师，特级校长。毕业于中央党校。现任上海市徐汇区科技幼儿园党支部书记，园长。1994年创办中国第一家以“科技”命名的幼儿园。22年来，主持市级立项课题3项，区级重点课题3项，获第六届市教育科研成果二等奖、第七届市教育科研成果三等奖、第十届市教育科研成果二等奖、上海市级教学成果奖(基础教育)一等奖。构建了幼儿科学教育特色课程，总结了幼儿科学教育的两个原则、三个方法、四个策略以及幼儿学科学的五大关键经验。荣获全国优秀教育工作者、全国“五一劳动奖章”、全国“三八红旗手”、上海市教育科研先进个人、徐汇区领军人才和拔尖人才、徐汇区首届师德标兵等称号。主编并出版《幼儿科学教育新探》《幼儿科学教育新策》《幼儿学科学》《幼儿园科学管理新创》《幼儿园科学管理再创》《幼儿教师成长的摇篮》《幼儿好奇心激发的乐园》等。