普通高中生物學選擇性必修3《生物技術與工程》育人價值《生物技術與工程》育人價值《生物技術與工程》是高中生物學課程的三個選擇性必修模塊之一。本模塊的內容包括發酵工程、細胞工程、基因工程、生物技術的平安性與倫理問題等，在培養學生的核心素養方面具有獨特的價值。本文結合人教版教材選材及編寫的特點，試分析本模塊的育人價值。1.觀念的視角：深化對生命觀念的理解和應用，突出生命倫理觀1.1運用生命觀念解決實際問題關于生命觀念，《普通高中生物學課程標準（XX年版202X年修訂）》（以下簡稱“課標”）在描述時給出了兩個層次。第一，學生應該在較好地理解生物學概念的根底上形成生命觀念；第二，能夠用生命觀念認識生物的多樣性、統一性、獨特性和復雜性，形成科學的自然觀和世界觀，并以此指導探究生命活動規律，解決實際問題。本模塊無疑側重在后一個層次，主要是運用之前學到的觀念來解決實際問題。例如，無論進行什么類型的生物工程設計，既要考慮基因、細胞、生命體或生態系統的結構，也要考慮它們的各種功能，遵循改變結構去影響功能的思路，從而讓生物工程更好地為人類效勞，這表達了結構與功能觀的運用。在講述選擇培養基時，提供的是在黃石國家公園熱泉中發現DNA聚合酶的事例，這可以使學生對進化和適應觀有更深入的了解。完成尿素分解菌培養基配方的設計及拓展應用題“你打算到什么環境中去尋找纖維素分解菌”、旁欄思考題“推測限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么”等也都需要運用進化與適應觀。本模塊也有一些內容是深化觀念的，例如，教材介紹生物技術在建設生態文明、改善生存環境和保護生物多樣性等方面發揮的重要作用，可以修養學生的生態觀。1.2基于生命觀念利用和改造生物本模塊將讓學生認識到人類不是隨意地利用和改造生物，而是需要基于以下生命觀念。第一，生命本身是變化的，因此是可以改變的。例如，遺傳物質在傳遞過程中可以發生變化，這就給轉基因的操作提供了可能。第二，生命活動的變化是有規律的，因此，人類對生物的利用和改造要合規律。［1］例如，在制作腐乳時要創造一定的濕度和溫度、在制作泡菜時要用水密封泡菜壇、在制作果酒和果醋時要設置不同的溫度等條件，這其實創造了適合特定微生物生長的條件。只有這樣，微生物的生命活動才能正常進行。胚胎移植之所以能夠進行，是因為經過處理的供體和受體所發生的生理變化相似，人類可以利用這樣有規律的生理變化來進行操作。第三，人類對復雜的生命系統的認識是十分有限的，因此，利用和改造要慎重，要權衡其效益和風險，使其合目的。目的就是為人類造福，不僅是眼前的，也包括長遠的。例如，教材中安排了不少關于權衡效益和風險的思考題，比方掌握了某種技術（如動物細胞融合技術），你想用這個技術解決哪些問題呢？解決這些問題的大致思路是怎樣的？這樣做會有什么風險？在用微生物發酵生產乙醇汽油時，會增加糧食短缺的風險嗎？在用iPS細胞進行治療時，它的活性會給治療帶來什么樣的風險？這些問題都是引導學生進行權衡。.3生命倫理觀本模塊可以修養生命倫理觀。人類的需求是永無止境的，在現有的、天然的生物無法滿足人類的需求時，人類開始改造生物的基因、細胞，由此催生了基因工程、細胞工程。這涉及怎么去利用和改造現在的生命體，在利用和改造的過程中還可能產生平安性與倫理問題，它們都屬于生命倫理觀的范疇。例如，在進行發酵工程的根本環節分析時，引導學生思考“排出的氣體和廢棄培養液等能直接排放到外界環境中嗎？？”這直指生態倫理。如果誘導iPS細胞定向分化為生殖細胞的技術開展成熟，可能帶來哪些問題？假設克隆人來了，會帶來哪些倫理問題？設計“試管嬰兒”、培育嵌合體、進行胚胎的基因組等，分別會帶來什么樣的倫理問題？這些問題，會使學生從個人與他人、個人與、個人與社會的各種利害關系等角度去思考應該建立怎樣的道德標準，應該遵循怎樣的原理和規那么。.思維的視角：綜合培養科學思維、技術思維、工程思維和倫理思維從思維層面來看，本模塊突出的是技術思維、工程思維和倫理思維。但對這些思維的培養，是離不開科學思維的，所以說本模塊可以綜合培養學生的科學思維、技術思維、工程思維和倫理思維。2.1關于科學思維科學思維的核心是理性思維，理性思維具有批判質疑、重實證、重邏輯等特點。批判質疑是理性思維主體的心理品質，因此有些研究者將英文“Criticalthinking”譯為“批判性思維”或“審辨式思維”，而有些研究者將其譯為“理性思維”。這也就意味著，批判性思維的很多技能其實與理性思維的技能是一致的。20世紀90年代，國外有專家團隊將解釋、分析、評估、推理、說明和自我校正等6個技能列為批判性思維的核心技能。2000年之后（特別是xx年之后），西方興旺國家出版的生物學，絕大多數將批判性思維置于非常重要的地位，它們突出培養的批判性思維的技能有：辨析原因與結果、比擬與對照、得出結論、預測后果、問題解決、證明合理的判斷、分析、評估等，與專家們所提出的核心技能一致。在本模塊中，重點訓練的批判性思維技能如下。從核心技能上看，教材全方位訓練了專家們所提出的核心技能。例如，通過“思維訓練”（如評估論點的可信程度和評估獲取證據的難度）、拓展思考題（如評估乙醇汽油對于糧食短缺的風險、iPS細胞應用的風險等）、復習與提高題（如評估檢測冰激凌中大腸桿菌是否超標的實驗設計思路）等，對學生的評估技能進行訓練。基于檢測番薯中是否有農桿菌基因和克隆羊多莉的實驗數據的復習與提高題，主要訓練學生基于證據推理的能力。在“探究?實踐”中的“結果分析與評價”局部設計的很多思考題，如“如果你對結果不滿意，應該如何改良？”，以及要求學生對實驗方案進行完善等，可以訓練“自我校正”的技能。還有很多習題及問題的設計是指向解釋、分析等技能的，這里不再一一舉例。可以說，幾乎對所有問題的思考都離不開理性思維。從思維進程上看，本模塊突出了批判性思維的后期階段的技能，如做決策。很多研究者認為，批判性思維的目標在于作出明智的決定、得出正確的結論，只有這樣，學生未來才能成為一名理性的決策者、積極的問題解決者。教材中有不少習題引導學生思考如何作出決策。例如，關于如何提高甜葉菊繁育效率的拓展題、關于如何提高青蒿素類藥物產量的復習與提高題等，教材中給出的信息缺乏以讓學生明確地作出決策，需要學生考慮：影響你作出決策的關鍵因素是什么？以上哪些信息為你的決策提供了幫助？這些信息足夠你做決策用嗎？如果不夠，你認為還應該獲得哪些信息？你做決定時，是否考慮了備選方案？從難度上來看，搜集證據和評估證據是批判性思維的難點之一。教材特意就這個方面對學生進行了訓練。例如，在“評估論點的可信程度”這個“思維訓練”中，給出了這樣的問題：如果要更加有力地支持或反駁水果“酵素”有益健康的論點，應該怎樣獲取證據？在探討多莉羊早衰問題的拓展題中，要求“尋找支持各方觀點的研究證據”。另外，在第4章安排的“辯論會”欄目中，給出了辯論前的準備及辯論時的考前須知，這其實是對批判性思維要點的總結，如區分與事實、區分事實與觀點、要舍棄矛盾的證據、要進行符合邏輯的推理判斷、要防止得出言過其實的結論等。2.2關于技術思維和工程思維本模塊的名稱是“生物技術與工程”毫無疑問，技術思維和工程思維會貫穿技術操作和工程實踐的始終。技術思維是解決技術問題的一種特有的思維活動，其實質內容是提出確定的創造或改造事物的方案或意見，涉及技術創造、技術設計或施工措施等過程。技術思維的過程是：需求分析一技術反思一技術原理-技術建構一技術系統。教材對一些技術的介紹就表達了這一思維路徑。例如，基因工程（重組DNA技術）一章先提出了培育抗蟲棉的需求；然后指出用轉基因技術可以培育抗蟲棉，這一技術是在DNA分子水平上進行設計和施工；接著介紹了假設干構成技術的要素，如限制酶、連接酶、載體等；進一步講解了利用這些要素來建構基因工程的根本操作流程。技術往往具有一定的標準和標準，因此技術思維具有嚴謹性。教材中讓學生進行微生物純培養、別離與計數以及植物培養的實驗，有的強調了技術涉及的平安準那么，有的提示學生要進行標準的無菌操作、設置對照組、做好標記等，這些都有助于訓練學生的規那么意識，培養思維的嚴謹性。除了通過學習新技術來感悟技術思維，更重要的還是要讓學生學會應用技術思維來解決實際生活中的問題。教材“動物細胞工程”和“胚胎工程”兩節的習題中讓學生選擇使野驢“復生”的可行方案、思考運用現代生物技術人工繁育北方白犀牛等就反映了這一理念。工程思維是指人類在工程實踐過程中所進行的思維活動。工程實踐一般會經歷規劃設計、建設實施以及消費使用三個階段。工程規劃設計是對工程的構思和設想，這一階段的思維側重于創造性和籌劃性。例如，教材介紹了米爾斯坦和科勒創造性地設計了將B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合獲得能產生單克隆抗體的雜交瘤細胞的方案。在進行工程規劃、決策或風險評估時，不但要預估該工程近期的和直接的結果，還要預估遠期的和間接的結果；既要預估正面的效益，又要預估可能產生的負面影響。例如，教材在“到社會中去”欄目中安排了如下的情境與思考：“有了抗蟲棉是否就可以一勞永逸、高枕無憂呢？科研工在沒有發現棉鈴蟲出現抗性之前，就應該想方法應對。他們想出的延緩棉鈴蟲對Bt抗蟲蛋白產生抗性的措施有哪些？這些措施的原理是什么？有效嗎？”在工程設計時還應該思考工程理想與工程實踐兩者間矛盾的解決方案，包括對工程目的和實現途徑的思考、工程合理性的思考等。例如，教材安排了“查閱資料、專利文獻等了解：哪些成果已經在生產實踐上得以應用，其經濟價值如何？哪些成果還沒有在生產實踐中得以，其限制因素是什么？”這樣的問題。在建設實施環節，應從工程設計時的創新思維轉向從工程的常規性、穩定性、平安性、可控制性等方面進行考慮。例如，教材在介紹發酵工程的根本環節時，指出現代發酵工程使用的大型發酵罐均有計算機控制系統，能對發酵過程中的多種參數進行監測和控制，并能進行反響控制，使發酵全過程處于最正確狀態，還讓學生思考“在進行發酵生產時，排出的氣體和廢棄培養液等能直接排放到外界環境中嗎？”這是對工程的平安性進行的思考。當工程進入消費應用階段，就會受到群眾對其效益、平安性等各方面的檢驗和評價，這就涉及對保證工程產生正面效益、成果平安可靠、對工程或其相關技術進行修正或開展等方面的思考。例如，本模中提到胚胎干細胞必須從胚胎中獲取，這涉及倫理問題，因而限制了它在醫學上的應用，之后科學家培養出了應用前景優于胚胎干細胞的iPS細胞；基因工程已經步入產業化開展階段，具有巨大的生產力和開展潛力，我們要嚴格標準操作流程，科學、客觀地評估風險，才能讓基因工程永葆生機。科學思維、技術思維與工程思維作為科學、技術與工程三種不同的社會實踐活動過程中的思維活動，它們之間必然存在著區別。表1從思維的出發點、思維主體、思維動力、思維路徑、思維成果的表現形式幾個方面對三者進行了比擬。表1科學思維、技術思維與工程思維的區別比擬工程科學思維技術思維工程思維思維的出發點從日常生活、自然現象或實驗現象提出的科學問題人類生產生活中產生的某種技術問題人類生產生活中的某種需求或是工程實踐中提出的工程問題思維主體科學共同體（如科學家）技術共同體（如創造家）工程共同體（包括決策者、投資者、管理者、工程師、工人等）思維動力好奇心、求知欲等求新、求巧、求精的工具理性驅動求效益、求優化的價值驅動思維路徑提出問題f作出假設f驗證f再假設……直到接近現象的本質分析f抽象f想象思維f綜合……直到獲得新技術或創造出新方法需求（問題）分析f設計方案f實施f優化方案f再實施……直到獲得理想的工程成果思維成果的表現形式科學理論、定律、規律等，它是普遍的、人類共有的創造、專利、技術訣竅，技術文獻或論文，它具有知識產權或獨占權，也可交流設計圖紙、規劃藍圖、操作方案等，無法做到人類共享技術思維、工程思維和科學思維雖然有區別，但它們也存在著相互滲透、相互影響的關系。它們在思維的邏輯性、嚴謹性、科學性等方面具有高度的一致性，思維方式也有很多共通之處，如分析與綜合、模型與建模等方面。工程思維是在遵循科學思維與技術思維規律的根底上，吸收與采納了人文思維、社會思維、藝術思維等眾多思維智慧成果而形成的一種綜合性思維，它涵蓋了科學思維與技術思維的內容、面向解決更為復雜的工程問題；它的深化和開展會拓展和升華科學思維與技術思維。教材中提出了一系列問題，如在“到社會中去”讓學生思考“當把少量制作轉化為大規模生產時，需要解決哪些實際問題？你能從中體會到技術與工程的區別和嗎？”“在產物別離和提取方面，發酵工程與傳統發酵技術相比有哪些改良之處？”在講啤酒的工業化生產時，提到的“我們如何辯證地看待大規模生產與小規模制作？”等，就是讓學生在思考、答復下列問題的過程中體會技術思維與工程思維的區別與。3倫理思維科學思維是為了探究事物本質及其相互以及事物變化和開展的規律，人們對有關信息進行和處理的思維；倫理思維那么是關乎個人與他人、個人與、個人與社會的各種利害關系及其行為應該如何的一種思維方式。前者一般是由人們天然的興趣和好奇心等因素促使形成的，后者的形成多出于責任心、同情心或嫉妒心等心理因素。前者指向自然世界，后者不單指向自然世界，更主要的是還反作用于人類自身（更多是指向人文世界）。在進行生物技術與工程操作時，應該思考人類的行為、技術和工程如何更符合人類的利益，包括近期利益和遠期利益、局部利益和整體利益等。［1］這些都屬于倫理思維的范疇。倫理思維與科學思維也有共同點，它們是密切相關的。如果沒有聯想、類比、反思等科學思維，就不可能有成熟的倫理思維及其關心的對象。在教材中，訓練學生倫理思維的素材有很多。例如，讓學生通過思考“排出的氣體和廢棄培養液等能直接排放到外界環境中嗎？？”“假設克隆人來了，會帶來哪些倫理問題？”“通過'設計試管嬰兒'救治自己的孩子，是否符合倫理？”“如果未來培育出‘嵌合體’，它是不是也會面臨與克隆人一樣的倫理問題？”“對人類胚胎進行基因組會帶來哪些倫理問題？”等問題，培養關心人類和社會的倫理思維。這樣學生未來在走上工作崗位時，能夠既熱愛自己所從事的事業，又人類的和平和正義事業，立志通過自己的不懈努力，為人類社會創造出更多、更美好的財富。3.探究與實踐的視角：開展探究與實踐能力，理解科學的過程和本質教材安排了很多活動，包括6個“探究?實踐”，2個思維訓練，13個“思考?討論”，1個課外實踐，1個辯論會等。通過這些活動，可以較全面、真實地培養學生的科學探究能力，較嚴格、多方位地培養學生的實際操作能力，并能促進學生對科學過程和科學本質的理解。1較全面、真實地開展學生的科學探究能力教材安排的需要學生動手實踐的活動比擬多，大多數實驗的目的不是去解釋某個現象，而是通過技術層面的操作獲得產品。很多探究活動的寫法具有開放性，這使學生具有很大的自，由于最終要獲取某項“產品”，具有“實戰演練”的性質，因此可以全方位地提升學生的科學探究能力。在很多情況下，學生需要獲取某種成果或產品，并擁有改良成果或產品的時機，而不是認識理論或進行簡單的數據。這種真實性，給他們帶來了壓力和挑戰。自我評價，相互評價，合作協調、小結反思等，也自然地貫串于完成任務的全過程。除了實際動手操作的探究活動，教材中的理論性探究也占據重要的位置，可以開展學生搜集分析資料、口頭交流、辯論等方面的能力。以開放性討論和課堂科學辯論形態呈現的“動嘴”活動，以書面形式進行科學論證的“動筆”活動，可以促進學生將動手能力、動腦能力和動嘴（筆）能力緊密結合。3.2較嚴格、多方位地培養學生的實際操作能力教材中安排的“探究?實踐”活動的出色完成，既依賴于實驗方案設計的正確，還需要一絲不茍的、精確而細致的操作。在以面，教師對學生應嚴格要求，將有利于提升學生的實際操作能力，并保證探究活動的順利完成。?認清操作的目的和原理；?了解操作對象和工具的性質；?熟悉操作的順序和要領；?觀察和分析操作的效果；?屢次練習操作，熟能生巧；?杜絕不平安的操作行為。.3較深入地理解科學的過程和本質課標在“教學建議”里，以舉例子的形式給出了高中生物學適合教授的科學本質的內涵。呈現的素材，是將這些內涵具體化了。“從社會中來”“到社會中去”和“與生物學有關的職業”等欄目的名稱本身就反響了科學本質觀，集中表達了科學本質中的多方面內涵；中關于科學史的內容，對于學生理解科學過程和科學本質具有相當重要的作用。［7］例如，每章的“科技探索之路”概述了相關領域的開展歷程，集中展現了科學具有開放性、科學知識可能隨著研究的深入而改變、科學是創造性的工作、科學會對社會產生重要影響等多方面的內涵。當學生進行探究實踐時，對于科學過程和科學本質的理解將會更加深入。例如，學生基于某一個假說去搜集證據，這滲透了科學是一種獨特的認識方式，需要有效的證據去支持假說。學生以自己喜歡的方式去搜集證據，模擬了“科學家可以以他們喜歡的方式，基于一定的原那么創造性地進行觀察和測量”。探究實踐中的艱辛，也能在一定程度上說明“科學是一項嘔心瀝血的工作，是人類的嘗試與努力”。科學具有公開性，科學結果出來以后，要向公眾公布。實驗數據出來之后，學生要工整地寫出自己的結論、證據及推理的過程，并向全班匯報，在這個過程中，他們正確使用科學術語的能力也得到了培養。科學具有精確性，清晰地交流是從事科學工作的根本條件。將觀點準確表述出來的過程、呈現資料的過程都可以促進學生反省、思考并建構新的知識。當一些觀點需要寫出來或公布時，要進行深入的、基于事實與原理的思考，并進行符合邏輯的呈現。這些過程，同樣也能加深學生對科學本質的理解。另外，科學家的主觀性、科學方法的多元性、科學的可重復性等科學本質的內涵也都能在學生進行探究實踐的過程中得以反映。.責任的視角：引導科學技術的應用，增強社會責任感本模塊在社會責任方面的側重點是：運用生物技術解決生產、環境保護及人類健康問題；理性地運用生物技術，不要濫用；要生物技術的平安性和倫理問題。社會責任建立在對祖國和家鄉熱愛的根底上，因此社會責任教育首先是愛國