科幻作品中生命科學(xué)教育課程資源的開發(fā)研究

科幻，即科學(xué)幻想，是指以科學(xué)理論或科學(xué)技術(shù)為基本依據(jù)，對尚未實(shí)現(xiàn)或發(fā)現(xiàn)的事物進(jìn)行的合理想象?？苹檬强茖W(xué)進(jìn)步的助推器，對培養(yǎng)人的創(chuàng)新精神具有很高的價值。將科幻應(yīng)用于教育領(lǐng)域，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力?？苹玫妮d體包括文學(xué)作品、藝術(shù)作品、影視作品、游戲作品等各種文藝作品。這些載體中，蘊(yùn)含著豐富的課程資源。形形色色科幻作品中關(guān)于生命的探索，深深地吸引著對世間萬物、對生命充滿好奇和熱忱的青少年，為他們打開了一扇探索生命之奧秘的大門。本文旨在探索科幻作品中生命科學(xué)教育課程資源的開發(fā)和應(yīng)用策略，在中學(xué)生物學(xué)課程的框架下促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新能力的發(fā)展。一、科幻作品的種類及特點(diǎn)1.文學(xué)作品。文學(xué)作品是科學(xué)幻想的基本形式，基于想象的文本也是藝術(shù)創(chuàng)作、影視創(chuàng)作和游戲創(chuàng)作的基礎(chǔ)。科幻小說是科幻文學(xué)作品的最主要的形式。科幻小說是基于科學(xué)進(jìn)行想象創(chuàng)作的，包含科學(xué)的原理、合理的邏輯和人文的思考。例如，1978年美國科幻作家DavidRorvik創(chuàng)作的科幻小說《自我的鏡像:人的復(fù)制》（InHisImage:TheCloningofaMan）講述了一個美國富商，在記者和科學(xué)家的幫助下，以無性生殖的方法得到一個與他一模一樣的復(fù)制品。在小說里，克隆人的過程應(yīng)用了體細(xì)胞核移植技術(shù)、胚胎移植技術(shù)，同時也關(guān)注了人的生存和繁殖問題。小說中描述的克隆技術(shù)與克隆羊多莉所使用的技術(shù)幾乎是完全一致的，這說明基于科學(xué)原理的想象，是有可能實(shí)現(xiàn)的。因此，優(yōu)秀的科幻小說應(yīng)是科學(xué)、邏輯和人文的統(tǒng)一。2.藝術(shù)作品。以科幻為主題的藝術(shù)作品中，科幻畫是常見的形式。科幻畫的應(yīng)用廣泛，例如科幻漫畫、科幻小說插畫、科幻電影海報、科幻電影或科幻動漫的分鏡手稿等?？苹卯嬕愿又庇^的方式對科學(xué)幻想進(jìn)行呈現(xiàn)，往往蘊(yùn)含著對科學(xué)技術(shù)的反思。例如，日本漫畫家藤子·F·不二雄創(chuàng)作的科幻漫畫《哆啦A夢》包含了很多與生命科學(xué)有關(guān)的內(nèi)容：“地板上的稻田”、“動物逃脫形態(tài)藥劑”、“國際保護(hù)動物噴霧器”、“人類制造機(jī)”、“器官出租手提袋”、“運(yùn)動神經(jīng)控制器”、“神奇盆栽”等。這些內(nèi)容涉及生命科學(xué)的基本原理，又進(jìn)行了合理的幻想，并開展貼近生活的敘事，對兒童的科學(xué)啟蒙有一定的價值。3.影視作品。影視作品能更加直觀、動態(tài)地表現(xiàn)出科學(xué)幻想。以科幻為主題的影視作品，包括科幻電影、科幻劇集、科幻動漫等。上文提到的科幻漫畫《哆啦A夢》的同名影視化作品就是一部經(jīng)典的科幻動漫?？苹秒娪巴ǔ２捎每茖W(xué)幻想元素作為題材，在科學(xué)上的幻想性情景中進(jìn)行敘事。例如，1997年由新西蘭導(dǎo)演AndrewNiccol執(zhí)導(dǎo)的電影《千鈞一發(fā)》（GATTACA），講述了在基因決定命運(yùn)的未來世界，基因缺陷的文森特通過和基因完美的杰羅姆交換身份來實(shí)現(xiàn)自己的太空夢的故事，表現(xiàn)出了生物技術(shù)的倫理問題的關(guān)注。4.游戲作品。游戲作品的特點(diǎn)是能夠和玩家實(shí)現(xiàn)交互，使玩家能夠參與想象的過程?？苹糜螒蜃髌吠缕嬗腥?、富有想象空間、結(jié)局又出乎意料。例如，2021年由FatalCage制作的游戲《計量學(xué):最終生命體形式》（Memetric:FinalLifeforms），設(shè)定了玩家的目標(biāo)是在地球生物滅絕之后重新在地球上探尋、繁衍新生命。又如，2017年由StudioWildcard制作發(fā)行的游戲《方舟：生存進(jìn)化》（ARK:SurvivalEvolved），設(shè)定了一群醒來便出現(xiàn)在神秘海灘的人類為了生存而探索遠(yuǎn)古開放世界的游戲背景。二、科幻作品的篩選原則1.符合課程的基本價值。一方面，生物學(xué)課程的價值指向是提升學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。在選擇科幻作品時，要有助于學(xué)生形成生命觀念，有助于提升學(xué)生的科學(xué)思維能力，為學(xué)生提供科學(xué)研究的范式，有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和強(qiáng)烈的社會責(zé)任感。例如，社會責(zé)任是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成。很多科幻作品會以人類破壞自然之后可能導(dǎo)致的后果為題材進(jìn)行創(chuàng)作，以此作為警示教育的素材，有利于形成關(guān)愛自然、和諧發(fā)展的價值觀。另一方面，生物學(xué)課程作為一門科學(xué)課程，有科學(xué)性及正確價值觀的導(dǎo)向要求。因此，在對科幻作品進(jìn)行選擇時，要注意科幻作品的價值觀是否符合課程的價值觀。特別是在選擇一些國外制作的科幻作品時，更要注意這個問題。有些科幻作品并不是基于科學(xué)原理展開，存在科學(xué)性方面的不足，也不是適宜作為教育資源。因此，在選擇科幻作品時，要注意科學(xué)性和價值觀的統(tǒng)一，以期符合學(xué)科的需要、學(xué)生發(fā)展的需要和社會的需要。2.符合課程的內(nèi)容要求。課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容規(guī)定了學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的深度和廣度?？苹靡膊⒎翘祚R行空地想象。在課程框架下選擇科幻作品必然要符合課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于內(nèi)容的要求。在選擇科幻作品時，要注意科幻作品的科學(xué)性，分析其中的科學(xué)原理，突出對生命科學(xué)未來的預(yù)見性。根據(jù)課程的內(nèi)容要求，將科幻內(nèi)容與課程內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)融合，既不能加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，又要能準(zhǔn)確突出課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，使科幻作品能真正起到有利于教學(xué)的效果。這里要注意的是，對科幻作品的處理要發(fā)揮教師的主觀能動性。有些科幻作品雖然存在部分內(nèi)容超出課程標(biāo)準(zhǔn)要求的情況，但是其中的一部分內(nèi)容若與課程內(nèi)容相關(guān)，通過教師的二次加工也能夠滿足教學(xué)的需要。3.符合學(xué)生的認(rèn)知能力。情境信息對知覺的加工有顯著影響，適當(dāng)難度的科幻作品能推動教學(xué)，難度與認(rèn)知能力不匹配的科幻作品反而對教學(xué)有阻礙作用。科幻作品是充滿想象力的。這使得有些科幻作品中可能充斥著晦澀難懂或生搬硬造的科學(xué)詞匯。在學(xué)生所掌握的科學(xué)原理較少的情況下，所涉及的想象內(nèi)容要避免脫離學(xué)生的認(rèn)知能力。否則，在教學(xué)中應(yīng)用這些科幻作品時，可能導(dǎo)致低效、甚至無效，給學(xué)生帶來更多一時無法解決的困惑。對于這部分科幻作品中合理的部分，也需要進(jìn)行適度的二次加工，降低難度，使之更容易理解，有利于推進(jìn)教學(xué)。4.符合學(xué)生的發(fā)展需求?？苹米髌返膬r值在于發(fā)展學(xué)生的想象力和創(chuàng)新能力。因此，所選擇的科幻作品，不僅僅是作品本身的想象，而更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)作品本身給學(xué)生的思維帶來的啟發(fā)。從這個角度看，科幻作品的思想性尤為重要。所選擇的科幻作品要能用于開展提升學(xué)生思維品質(zhì)的教學(xué)活動，以利于教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)、教學(xué)設(shè)計的推進(jìn)，從而促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。三、科幻作品的加工策略1.直接呈現(xiàn)。對于一些簡短的科幻小說，或者是單幅的科幻畫，在切合教學(xué)內(nèi)容的情況下，可直接呈現(xiàn)。在教學(xué)中，也可選擇科幻小游戲與學(xué)生進(jìn)行互動，增強(qiáng)課堂的互動性。對于一些容量較大的作品，可作為課后拓展的內(nèi)容，布置學(xué)生利用課余時間完成觀看。這些科幻作品，除了它自身的可讀性、可觀性強(qiáng)以外，其所蘊(yùn)含的生物知識的豐富性，都需要給學(xué)生足夠的時間和空間去挖掘、去思考、去理解。2.圖文并茂?？苹米髌房捎梦淖州o助圖片的形式將科幻情境表現(xiàn)出來，減少學(xué)生理解的難度。對于一些冗長的科幻小說，可對其進(jìn)行適度的加工，將其核心內(nèi)容和重要的插畫結(jié)合起來，既保留了科幻的核心，也使得其容量更符合課堂教學(xué)的實(shí)際。對于影視作品和游戲作品，也可以選擇其中切合教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)目標(biāo)的部分內(nèi)容用文字的形式進(jìn)行描述、介紹，以此作為教學(xué)情境。3.制作微課。制作微課是科幻作品加工的重要策略。結(jié)合教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)目標(biāo)制作微課，能夠增強(qiáng)教學(xué)的直觀性，有效吸引學(xué)生的注意。制作微課的過程是對科幻作品進(jìn)行了一次篩選和再次創(chuàng)作的過程。因而，微課上的內(nèi)容設(shè)計相對于原本的科幻作品，必然是精煉、簡約的，更加貼合教師的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)。從科幻作品的角度看，影視作品和游戲作品中有豐富的動態(tài)元素，更加適合以微課的形式呈現(xiàn)。影視作品具有直觀形象的特點(diǎn)，能可直接對影視作品的片段進(jìn)行截取，也可制作影視作品的解說視頻。四、科幻作品在教學(xué)中的應(yīng)用將科幻作品作為一種課程資源進(jìn)行開發(fā)，挖掘其中適用生命科學(xué)教育的科幻教育課程資源，并以課程標(biāo)準(zhǔn)的大概念教學(xué)為體系建立的科幻教育的課程資源庫。現(xiàn)在以“人工合成生命的探索”為例，從資源庫中選取合適的材料經(jīng)過適當(dāng)加工后進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，說明科幻作品在教學(xué)中的應(yīng)用。1.教學(xué)目標(biāo)。“人工合成生命的探索”一節(jié)主要圍繞培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。主要教學(xué)目標(biāo)包括：生命觀念——運(yùn)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)理解生命的物質(zhì)性和有序性；科學(xué)思維——運(yùn)用類比推理的思考可能存在的生命形式；科學(xué)探究——嘗試分析科學(xué)史中人工合成生命的探索歷程；社會責(zé)任——針對人工合成生命的中倫理問題發(fā)表觀點(diǎn)。其中，“生命觀念”教學(xué)目標(biāo)是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2.教學(xué)過程。整節(jié)課的教學(xué)設(shè)計，在突出重點(diǎn)的同時，利用各種課程資源進(jìn)行教學(xué)活動，完成本節(jié)課其他維度的教學(xué)目標(biāo)。本節(jié)課的“生命觀念”教學(xué)目標(biāo)，包含著三個層次。圍繞“生命觀念”的三個層次，開展逐級遞進(jìn)的教學(xué)的同時，實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究、科學(xué)思維和社會責(zé)任的發(fā)展。第一個層次，理解生命的物質(zhì)性。在教學(xué)中，選取了動漫《哆啦A夢》中的“人類制造機(jī)”作為科幻情境，通過設(shè)計系列問題，讓學(xué)生分析其中的原理，明確組成細(xì)胞的元素都是來源于自然界，沒有一種化學(xué)元素是生命所特有的。并進(jìn)一步提出問題：那么是不是意味著通過人工組合這些化學(xué)元素就能夠創(chuàng)造生命了呢？按照組成細(xì)胞的元素在細(xì)胞中的比例，將相應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)放入試管，能否創(chuàng)造出相應(yīng)的細(xì)胞呢？通過提問，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考。組成細(xì)胞的中化學(xué)元素中，碳是核心元素。那外星人是不是一定也以碳作為核心元素呢？通過分析各種化學(xué)元素的性質(zhì)，展示各種硅基生命等有關(guān)的科幻畫，引導(dǎo)學(xué)生通過類比推理提出生命的各種可能性。最后，向?qū)W生推薦劉慈欣的小說《鄉(xiāng)村教師》作為課后拓展閱讀的材料，啟發(fā)學(xué)生對碳基文明和硅基文明的沖突的想象。第二個層次，理解生命的有序性。在理解生命物質(zhì)性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深入探討“人類制造機(jī)”中最需要突破的技術(shù)問題，是解決元素排列的有序性。從而，讓學(xué)生認(rèn)識到任意堆砌的元素和化合物并不能組裝出細(xì)胞。組成細(xì)胞的元素和化合物并不是隨機(jī)組成細(xì)胞，而是在一定的空間和時間條件下的有序有機(jī)整體。在合理想象的同時，結(jié)合科學(xué)史及科技進(jìn)展向?qū)W生介紹人工合成生命的相關(guān)研究，分析其中的科學(xué)探究過程。展示“世界上第一個人工合成的蛋白質(zhì)——牛胰島素”的文本材料，引導(dǎo)學(xué)生分析1965年我國科學(xué)家人工合成蛋白質(zhì)的思路和意義。緊接著，展示“2002年美國科學(xué)家人工合成脊髓灰質(zhì)炎病毒”的材料，引導(dǎo)學(xué)生分析科學(xué)技術(shù)的倫理問題。第三個層次，理解生命的系統(tǒng)性。在此基礎(chǔ)上，選取美國作家詹姆斯·達(dá)什納創(chuàng)作的科幻小說《移動迷宮：致命追捕》中有關(guān)人工合成病毒的情境，設(shè)計問題串引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考：人工合成蛋白質(zhì)是否意味著人工創(chuàng)造生命？人工合成病毒是否意味著人工創(chuàng)造生命呢？從生命的系統(tǒng)性進(jìn)行分析，病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，要依賴活細(xì)胞進(jìn)行繁殖。這就意味著，病毒雖然也具有有序性，也可以理解為系統(tǒng)，但不屬于生命系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，展示“20世紀(jì)90年代美國科學(xué)家人工合成支原體”、“2018年我國科學(xué)家創(chuàng)建單條染色體的酵母菌”等材料。進(jìn)一步向?qū)W生提出問題：人工合成生命的研究有什么意義？這些研究成果是否意味著人工合成生命的設(shè)想已經(jīng)實(shí)現(xiàn)？你贊成進(jìn)行人工合成生命的研究嗎？3.教學(xué)反思。通過對以上教學(xué)分析，科幻作品在生物學(xué)教學(xué)中主要由以下作用：一是創(chuàng)設(shè)情境。本節(jié)課通過選取了動漫《哆啦A夢》中的“人類制造機(jī)”、科幻小說《移動迷宮：致命追捕》等作為情境，圍繞“人工合成生命的探索”，通過想象和現(xiàn)實(shí)交織開展教學(xué)，使生物學(xué)課堂更加富有生命力。二是激發(fā)興趣。本節(jié)課所選取的科幻作品，切合學(xué)生的認(rèn)知水平，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠積極投入學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。三是引發(fā)思考。通過科幻情境設(shè)