第三章 生物学校本课程的含义 第一节 生物学校本课程的定义 一、生物学的特征
生物学是研究生命有机体的发生、发展的科学。生物学研究的对象是生命系统。生物学界通常把“生命是具有不断自我更新能力的、主要由核酸与蛋白质组成的多分子系统,它具有自我调节、自我复指和对体内、外环境选择性反应的属性。”作为判别生命与非生命的标准。因为这些属性相互配合共同存在于一个系统中,只有生命系统才有可能。因而生命是自我更新的,又是与环境进行选择性反应的,不是封闭而是开放的系统。
1.作为生命的开放系统是有别于其他开放统的。
这种开放系统有开放的一面,又有封闭的一面。它在某些方面是开放的,在另一些方面却具有封闭性,或者说其开放中有封闭,封闭中有开放。生命系统在物质与能量方面是开放的;在遗传信息方面却是封闭的;在感知外界信息方面既不是绝对开放,也不是绝对封闭的。作为开放系统,生命系统必须与环境进行物质、能量交换才能得以生存,可是这并不排除其表现多种形式的封闭性。首先在与外部环境关系上遗传信息表现出封闭性。从系统发生上看,或者说从遗传信息的进化上看,有机体的遗传信息也是开放的,另一方面,有机体作为一个独立的系统,遗传物质所编码的指令信息的性质只依赖于DNA分子内部的性质,不依赖于环境,环境不能向有机体提供指令信息。有机体所展现的封闭的另→个方面,表现在生活周期上的封闭性。有性生殖的有机体共同的过程:从配子→合子→成体→性成熟→配子。这种层次的封闭性我们可以称之为生存层的封闭性。它的每个阶段,作为实体又都是开放的,都需与环境相互作用,进行物质交换,才能进入下个发展阶段。作为开放系统的有机体,在信息加工层次也表现出封闭性。低等生物对外部信息的反应有不应期,在高等动物对外部信息有选择性加工,是这类封闭性的初步表现。对人类而言感知、认识是在与环境不断进行信息交流中实现的。认识的发展也离不开这种动态的与环境相互作用。
2.生命系统内的规律
在生命的阶序结构中,各结构层次有各自的规律,这些规律有相对自主性。它与系统的其他层次的规律并存,又与其他规律形成规律之间的关系网络。通常情况下,系统的整体的性质是由上层规律决定的,即向下的因果关系决定的。诸子系统的规律都受来自高层结构规律的约束、调节与选择。系统越复杂,上、下层次之间规律的相互作用也更为复杂。上层整体的规律决定、制约下层子系统的规律,可是,上层规律的实现,以下层结构规律为基础,而不可能违背下层结构的规律。在某些情况,当系统的某个关键的下层结构的变化或微观涨落达到放大时,这类下层结构规律的作用可以决定、或改变整体系统发展的方向,从而建立新的有序,系统表现出新的功能。 3.生命系统与环境的关系
生命系统既是一个开放系统,必然与环境进行交流,以维持自身结构的有序。因此,生命是既有相对自主性,又密切依赖于环境的系统。有机体与环境关系的特点,可以概括如下:
1)起源于环境、依赖于环境。地球土生命系统是我们的太阳系中一颗行星演化的结果,组成生命有机体的物质先于生命系统而存在。在一批苛刻的、综合的条件下生命系统才得以形成,从无到有。有了生命,生命系统得以维持又严格依赖于环境。只有在与环境不断进行物质与能量交流中,生命系统才有可能生存,进化才能实现。这种与环境的物质与能量交换一旦中断、打乱,达到某个临界值时,机体便趋于解体。可见,机体首先起源于环境,同时又依赖于环境。
2)相对独立于环境。生命系统相对独立于环境是个明显的事实。外在环境是变化不定的。生物的生理状况并不随环境的涨落而涨落。这在高等生物表现尤为明显。恒温动物的体温并不随外界温度变化而变化,细胞可以逆外界浓度梯度而保持自我体内物质成分的恒定,诱变剂可以提高机体的突变率,可是突变的结果与突变的原因之间并不对应。基因型相同的个体在不同环境下,呈现出不同的特征产生不同的表现型。可是表现型的差别是非遗传的变化。生命系统在环境面前具有相对独立性;它具有一定的抗环境干扰的能力,环境不决定有机体的变化方向,在不同环境下表现型可以产生明显的变化,可是并不影响到基因型自身。生命系统每个层次都有其自己的自组织动力学,在整体的协调下,独立于环境,呈现自主性。
3)反作用于环境。生物有机体不是一个静态的结构,而是一个动态的结构。它通过自身的调节网络不断调节系统的内部关系,也能调节自我与环境的关系以适应环境。环境有周期的变化(季节更替),也有不定的变化(如新种的侵入,地质变迁等)。有机体通过长期的适应,发展出一套自动调节机制以适应环境的周期变化。所谓生物节律、生物钟就是这类机制的表现。环境的非周期振荡一旦超出机体抗干扰的阂限,代偿、修复机制都无法运转时,机体则大批死亡或灭绝。可是另一方面,也可能出现这种情况,在环境挑战面前,机体自身通过微观振荡,产生某种突变体,很快适应了新的变化了的环境,这类个体就得到迅速扩张。新型个体的出现可能大大反作用于环境,改变着环的面貌。生物就是这样在环境挑战面前,通过旧种的死亡、灭绝,新种的产生、繁盛而进化着。进化不单是生物经常适应于不断变化的环境,而且反过来环境结构经常受到生物的改变。
二、生命科学对哲学的影响
当代生命科学正在朝着微观和宏观两个方面向纵深发展。在微观方面,主要是在分子水平上研究生命过程和现象;在宏观方面,主要是生态学的研究,特别是生物多样性的研究日益引起人们的关注。当前凡是研究生命现象的学科,不可避免地要深入到分子水平去进行本质规律的探讨,这使分子生物学很快就渗入生物学的各个领域,改变了整个生物学的面貌;同时也对医学和农业科学及其应用产生了巨大的影响。生物学的全新面貌最突出地表现在出现了一系列新的分支学科,如分子遗传学,分子细胞学,分子分类学,分子神经解剖学,分子药理学、分子病理学,分子流行病学等等,影响到生命科学的所有领域,即使生态学、古生物学和分类学也不例外。作为生命体基本单位的细胞和作为生命活动最高形式的神经活动是现代生物学研究的最活跃的领域,今天,这两门学科由于采用了分子生物学的新的研究思想和新的研究手段而获得新的生命力,研究步伐大大加快,与分子生物学一起发展成为当代生物学研究的三大热点。目前,自然科学正处在一个转变的时代。同19世纪末一样,自然科学的最基本的学科——物理学,当前也面临着一场深刻的革命。从对复杂系统(从生命体到宇宙)的探索中产生的物理学新思潮(非线性、非平衡动力系统物理学、协同论、耗散结构、自组织、混沌等新理论和新概念)正改变着从牛顿以来的传统的科学思维方式。复杂系统是非线性的。在复杂系统中,以牛顿力学为基础的决定论的因果关系和叠加原则失效了。非线性理论的发展,正促使自然科学在方法论上发生从分析式思维到整体式思维的转变。“整体大于部分之和”。生命是生物整体活动的表现,而不是组成它的部分的性质的叠加。一些理论物理学家已经开始用新的物理学观点和数学方法来解释生命及其进化过程。脑的发育也成为他们竞相研究的对象。对生命的复杂系统进行探索的非线性科学正在自然科学各领域中兴起,逐渐汇成一股潮流。与此同时,对生命的研究反过来又向物理学提出许多新问题、新概念和新的研究领域。例如,贝塔朗菲的一般系统论、维纳的控制论等都是在研究生物学问题或受到生物学的启发而提出的。又如,随着人类基因组研究取得突破性进展,面对浩如烟海的遗传信息资料,如何通过分析和综合去破译遗传语言,从而阐明控制发育的遗传程序在染色体上的构建和操作规则,以及在进化过程中发生的变化,最终找到某种简明的数学形式来表述记载在DNA上的遗传信息是如何控制生物体的发育的,以及复杂性不断增加的动态过程,这无疑是对数学、非线性物理学和计算机科学的巨大挑战。从对生命和复杂系统的研究而出现的这一大趋势,将影响整个自然科学以及生物学本身的发展。正是在这种意义上,自然科学历史舞台上的角色将发生重大变化,生物学将成为引导自然科学向物质运动的最高层次突破的带头学科。在历史上,自然科学门类中的学科重心曾发生过由力学向物理学和化学的转移。而今种种迹象正预示着学科结构重心从物理学向生命科学的新的转移。新世纪学科重心的转移必定同解决人与环境的和谐、科学与人文的平衡、科学本身的系统整合有关。生命科学研究领域有最适合滋生这种新科学启蒙思想的沃土。18世纪的启蒙思想在方法论上的特征有二:一是分析重建法;二是经验的原则。这两个特征支起的方法论框架,作为理性的象征极有力地推动了自然科学和社会科学的发展,铸成以物理学为学科结构重心的19世纪这个科学世纪。但现代科学的发展已表明分析重建法的局限性,它不再完全适合于科学的继续发展。新的启蒙运动的方法论特征很可能是以整体生成和经验原则支起的方法论构架。而这样的新科学启蒙思想核心正适合在生命科学领域内成长和发展。而哲学思想在观念层次上影响着课程理论。
三、生物科学对课程论的影响
课程理论是人们在一定的观念和思想方法指导下建立起来的,自然不可能摆脱科学的影响。以牛顿力学为代表的近代科学的思想方法体系广泛而深刻地影响了课程理论的构建。在牛顿和笛卡儿的世界观中,宇宙是机械性的封闭的宇宙,地球被视为巨大的机械系统中的一个齿轮,众多行星被视为巨大机器中的齿轮组,其运动可以钟表的精确来测量。这些机械性隐喻不仅为现代科学——从外部力量推动的角度来考查——而且为我们称之为“可测量的”机械的与科学的课程奠定基础。在这种机械性导向的课程中,目标是外在的,而且先于教学过程而确定;目标一旦设定,便要“贯穿”整个课程。教师成为驾驶员(通常驾驶的是别人的车);学生最多是旅客,更糟的是成为被驱动的物体。这种机械性隐喻阻碍学生与教师之间进行有关课程目标与规划的有意义的交流。这就使得课程学者难以理解杜威关于目标和目的来自于而非先于教学活动的观念,使教学成为教的、指导的,而非援助的、激励的或自然的自组织过程。在封闭的机械性宇宙中,同一起点将带来同一结局,同样的结果总是来自同样的原因,可预测性不仅可以得到保证,而且是完全的和绝对的。这种机械论的思想观念,致使课程完全按照线性联系逐步累加的方式来安排。对于时间这个学习内容的相关变量只是从累加的角度予以对待,而不是将时间视为发展内在于任何情境之中的创造性潜能的必要的积极的因素,也未能考虑教学过程中的相互作用、动态性和复杂性。近代科学对课程产生影响的另一个观念是个别部分构成最终实在的“建筑组块”,导致将课程视为一系列相邻单元的线性组合,而不是视为丰富的、开放的经验的多层次组合。随着生物科学和其他自然科学的发展,近代科学的世纪观和方法论发生动摇。生物是多层次的充满非线性相互作用的自组织系统,同时也是开放的动态系统。作为学习主体的人,当然也具有生命系统的这种特性。对学生来说,未来的经验和行为产生于现在的经验和行为。因此课程的设计应当基于经验的流动,而不是将学科、年级、教学计划以粒子的形式出现,应当发展一种更具有互动性和转变性的课程框架,构建一种鼓励学生以更多地反思其学习行为的课程。生物学家认识到生命系统的自组织已经多年,但自组织理论用于设计课程还要经过艰苦的努力。“用自组织作为基本假设设计的课程与用学生只是接受者作为假设设计的课程有质的不同。对前者来说,挑战和干扰是组织和再组织存在的理由(皮亚杰的趋向再平衡化的‘驱动力’);对后者来说,挑战和干扰是应该尽快消除、克服甚至消灭的破坏性的和无效的特点。”在自组织的课程框架中,学生的挑战不仅不会威胁到教师的作用,相反,教师需要学生的挑战,以便在互动过程中发挥作用。在这种框架中,目的、规划、目标不仅单纯地先于行动,而且在行动之中不断调整。课程标准或教学计划应该采用一种一般的、宽松的、多少带有一定的不确定性的方式。随着教学活动的进行,目标的特定性通过师生合作而越加明确。总之,生物科学对课程(包括生物课程)理论的影响主要表现在思想方法上,并且正处于日益彰显的过程中。校本课程开发的理论即来源于生物学的基本思想。
四、生物学校本课程的定义:学校根据自己的教育哲学思想,以学校资源为依托,为满足学生发展的实际需求,以教师为主体开发的生物学课程。生物学校本课程开发具有如下特点。
1.以生物学的思想作为课程开发的指导思想。生物学校本课程的开发要体现生物学的基本思想。实施过程中要向学生传播生物学的思想。
1)系统论的思想美籍奥地利生物学家、哲学家路德维格·贝塔朗菲经过大量的研究,认为生命有机体就是一个整体或者系统,他还推而广之,把凡是相互作用、相互依赖的若干组成部分或要素依照一定的秩序结合而成的具有特定功能的稳定整体,都叫做系统,进而提出了在现代科学中影响极其深远的系统论思想。系统论是现代科学的理论基础之一。生物界与非生物界在化学元素组成上具有统一性。构成细胞的几十种化学元素,在自然界中都可以找到,没有一种是生命物质特有的。但是,为什么由这些元素组成的物质会出现生命的特征呢?虽然由这些元素组成的有机化合物如糖类、脂类、蛋白质、核酸、维生素等,是生命世界所特有的,但是,这些有机化合物并不具有生命的特征。只有由这些有机化合物和一些无机化合物共同组成细胞,并且保持细胞的完整性,生命的特征才能显现出来。细胞是生物体结构和功能的基本单位,细胞的完整性是生命活动的前提。因此,细胞就是一个复杂的生命系统。病毒没有细胞结构,不能独立生活,必须依赖活细胞才能生存。每一个生物体都是一个复杂的生命系统,生命现象就是生命系统活动的整体表现。生物学校本课程开发过程也要把教师、学生、教学内容、过程视为一个具有各种层次结构的系统,他们之间的相互作用构成了课程开发持续动态的生成过程。教师和学生在这一过程中共同成长。这就是生物学校本课程开发的思想基础。
2)层次结构的思想生物的复杂性之一就在于它的多层次性。从微观的角度有细胞—细胞器—分子—原子等,从宏观的角度有组织—器官—系统—个体—种群—群落—生态系统—生物圈。生物群落的垂直结构,也具有明显的分层现象。在这里,每一个层次都可以成为独立的研究对象和学科,这一个层次和那一个层次之间的关系是不可忽略的。例如,遗传的物质基础,从显微结构上看,主要是细胞核和染色体;从分子水平上看,主要是DNA,是DNA上有遗传效应的片段,是基因。这些层次有大小之分,但层次性的大小本身并没有研究水平的高下。人类对生命现象及其本质的研究,首先从个体水平开始,从认识生物个体,到认识组成生物体的核酸、蛋白质等生物大分子,认识遗传信息在细胞内生物大分子之间转移的“中心法则”等,就宏观研究而言,人类逐步认识到生态系统中生物与生物之间、生物与无机环境之间的关系。以及人类作为生态系统中的一分子与自然的关系。它们在特定组织层次上具有整体性、自调节能力和等级关系。使整个系统产生组织性的行为。表现出自我更新、自我反馈、自我参照和自我引导等。生物学校本课程的开发过程中也具有各种各样的因素,各种因素也具有从无序到有序的自组织性,可以自我调节、自我引导,达到平衡有序的,不断向前发展的状态。
2.以学校周围的生物学资源为依托
我国地缘辽阔,物产丰富,各地生物资源各有特色。国家课程很难照顾到千差万别的特色资源,校本课程可以依据当地的特有的生物学资源,开发适合自己学校的生物校本课程,既可以弥补国家课程的不足,又可以充分利用课程资源。促进学校、教师和学生以及当地社会经济的发展。
3.以生物学教师为主体
生物学校本课程开发需要各种人员的积极参与,校长、校外课程专家、社区人士、学生、家长、行政人员等。但以学校的生物学教师为主体,因为,只有生物学教师最了解学生对生物学知识的需求。生物学教师具有生物学学科知识的专业背景,生物学教师具有课程的理论和实践知识。
4.生物学校本课程内容以生物学学科体系为主。
校本课程开发的内容是很宽泛的,但生物学校本课程开发的内容是以生物学学科体系中的知识、技能、情感、态度、价值观为主要内容。包括植物学、动物学、生态学、环境保护、生物学发展的前沿动态等。可以是生物学的分科课程,也可以是以生物学为核心的课程,也可以是生物学的活动课,还可以是生物学的综合课。 |