高中生物课程教学的复杂性解读（转）

一、复杂性视野中的高中生物课程知识

高中生物新课程的必修课内容包括以下3个模块：生物1：分子与细胞；生物2：遗传与进化；生物3：稳态与环境。必修部分是现代生物学的核心内容，揭示了生命系统的本质和特征，对于提高学生的生物科学素养具有巨大的作用。从复杂性视角解读这3个模块，“分子与细胞”主要体现了生命的非线性与复杂性；“遗传与进化”主要体现了生命的自组织性；“稳态与环境”主要体现了生命的系统性。

（一）生命的非线性与复杂性

在“分子与细胞”模块中，选取了细胞生物学方面的最基本的知识，是学习其他模块的基础。通过本模块的学习，学生将在微观层面上深入地理解生命的非线性与复杂性本质。了解生命的物质性和生物界的统一性，细胞生活中物质、能量和信息变化的统一，细胞结构与功能的统一，生物体部分与整体的统一，等等。

生命系统的典型特点是非线性，即整体不等于它的部分之和。也就是说，生命系统的行为不能通过简单地迭加构成系统的成分而推导出。这种非线性特征的分子基础是，各种生物分子如基因和蛋白质之间存在着广泛而复杂的相互作用。一个生物个体通常拥有成千上万种基因，例如最简单的单细胞生物酵母就有6千多个基因，而人的基因数量估计在3万个以上；至于基因产物──蛋白质的种类和数量更为庞大。这些生物分子从不孤立地进行活动和执行生物功能，相互之间有着直接或间接的联系。这些联系可能是物理的方式，也可能是化学的方式。正是这些相互作用导致了生物体形形色色的网络，如基因转录调控网络、信号转导网络或代谢网络。因此，生命的所有活动都建立在这些网络的结构和功能之上。

生命现象是复杂的。细胞是生物体结构与生命活动的基本单位。由于分子生物学的发展，细胞生物学的研究也达到了分子水平。分子生物学试图借助于认识构成生命的分子基础如蛋白质和基因等，进而认识细胞或个体的活动规律。虽然分子生物学在近半个世纪取得了极为显著的成就，但是它并没有完全揭示出生命的奥秘。其原因可能在于它研究的生命复杂性层次仅仅处于“线性”思维和还原论水平上，这对于许多生命现象的复杂性是难以解释的。借助于复杂性科学的研究，当代生命科学认识到，生命的复杂性体现在很多方面，比如生物组成成分与结构的复杂性，组分之间的相互作用的复杂性，细胞生化代谢途径和信号传导过程的层次与次序的复杂性，生命系统与环境相互作用形成适应性的复杂性，细胞癌变与衰老的复杂原因，等等。当代生命科学运用复杂性理论来解释这些问题，引入了很多新名词来描述这些复杂性，比如自组织、自稳态、涌现、开放性系统、网络总和等等。在此基础上开发出的新兴的生命科学分支显示出生命科学最新的发展趋势，如功能基因组学、蛋白质组学、数学生物学、系统生物学等。

（二）生命的自组织性

在“遗传与进化”模块中，选取减数分裂与受精作用、DNA分子结构及其遗传基本功能、遗传和变异的基本原理等知识，主要是从细胞水平和分子水平阐述生命的延续性（自复制）和自组织性；选取现代生物进化理论和物种形成等知识，主要是阐明生物进化的过程和原因。从复杂科学的视角看，遗传与进化是生命的本质特征之一。当代人工生命研究者根据复杂性科学与系统科学的观点，认为生命的主要特征是：（1）自复制；（2）进化；（3）自适应。超循环理论的创始人艾根（M.Eigen）曾经指出在生物学界有三条“经典的”生命标准：（1）自我复制──以保存生命信息，尽管有平稳的破坏；（2）变异性和选择──以扩大信息量，为某种价值标准造成某种倾向；（3）代谢作用=自由能流──以补偿平稳的熵产生。艾根认为，这些标准肯定是必要的，但对于描述“生命”现象，它们未必是充分的。我们认为，艾根从系统科学和复杂性科学的视角看问题，探讨了生命的功能和信息方面的特征。强调了生命是自复制、自适应、自组织的开放信息系统，它具有进化、对环境作出反应、不断自我更新的属性，这对于理解生命的本质有积极意义。总之，复杂性科学帮助人们冲破了过去对生命本质认识的局限性，使人们从系统的角度、开放性的角度、信息论的角度重新审视生命。

（三）生命的系统性

在“稳态与环境”模块中，选取有关生命活动的调节与稳态的知识、生物与环境的知识，有助于学生理解生命活动的本质。从复杂科学的视角看，“稳态与环境”模块中的知识结构是按照系统思想建构的。它反映了生命的系统性和调控性。稳态是生命系统的一种状态，指个体内环境理化性质的相对恒定的状态，存在于生命的各个层次上，细胞、群落和生态系统在没有受到激烈的外界环境因素影响时，都处于稳态。生命系统的稳态实际上是一种动态平衡。一方面这种稳态由于内部代谢过程和外部环境因素的影响而不断遭到破坏，另一方面，通过一定的反馈调节机制，又使生命系统恢复新的平衡。生命系统正是在稳态不断受到破坏而又同时得到恢复的过程中得以维持和发展的。以生态系统为例，生态系统是一个开放系统，系统的稳态就是生态平衡状态。每个生态系统都具有一定的自我调节能力，在不断变化的环境条件下，依靠自我调节机制维持其稳态，实现物质循环和能量流动的相对稳定。总之，稳态是系统的状态，调节是系统的行为，环境是系统的存在。这样，“稳态与环境”模块以“系统”这个本体论的概念为核心概念，以“稳态”“环境”和“调节”三个科学概念把生物个体水平和生态水平的要素、行为、稳定和发展等逻辑问题统一了起来。

二、复杂性视野中的高中生物教学特征分析

从复杂性科学的视角看，高中生物教学是一个由教学目标、教学过程、教学内容、教学方法等要素构成的复杂的开放性系统，它具有如下一些复杂性特征。

从复杂性科学的视角看高中生物教学系统，我们将会发现，生物教学目标具有不确定性与非预设性。教学过程中总会有大量不期而遇的问题，学生的差异和思维是难以预料的，课堂中的“非标准思维”甚至会完全打乱原有的教学设计，使预先设计的教学目标无法完成。教学中还大量存在着偶发事件，它们是“教育过程中的偶然、个案、情境，得不到‘规律’的支持。但它集中体现了教育的‘复杂性’”。“教学过程的真正推进及最终结果，更多由课的具体行进状态，以及教师当时处理问题的方式决定。从这个意义上可以说，一个教师虽然教同一门课，面对同一批学生，但他在每节课上所处的具体情况和经历的过程都并不相同，每一次都是唯一的、不可重复的、丰富而具体的综合。”

从复杂性科学的视角来看，生物教学活动具有动态生成性。教学的动态生成性“是指在师生交往互动的教学活动中，教师以即时出现的有价值、有创见的问题和情境或观点为契机，善于调整或改变预先的教学设计，挖掘学生的潜能，引发学生深入思考，充分展现学生的个性，从而达成或拓展教学目标，使教学获得成功。”所谓教学内容的生成性，就是指教学内容不是给定的，而是在弹性的教学预设前提下，在教学双边活动中，在特定的教学环节的特定教学情境中，师生自主构建教学活动，并以探究、体验、体悟、思辨的方式自主建构教学内容。换句话说，是指学生在与环境（包括文本）的对话中主动建构教学内容，因而教学必定是一种师生共同参与生成新知的过程，是一种师生共同建构和创生意义的体验性过程，是一个师生积极合作和对话交流不断实现“视界融合”的过程。这种动态生成的课程内容应具有探究性，应减少单一性增加问题性，减少确定性增加情境性，提供探究的空间与资源，以促进学生进行科学探究，进而培养学生的探究能力和创新精神。为了体现教学内容的生成性，高中生物新教材强调实验，倡导在生物教学中开展探究性学习 ，为此，在高中生物新教材中，实验内容占的课时数大大超过了传统生物教材的课时数。实验内容遍及各章节，实验涉及的具体方法有生物技术、理化技术、观察、测量、比较、计算等。而且，高中生物新教材中的实验大多数是探索性实验。教材提供操作程序和图，但不说结论，由学生独立操作进行研究，通过讨论得出结论，自主建构知识。