高中生物實(shí)施科學(xué)方法教育主要策略探析

張樹虎

摘 要 在高中生物教學(xué)中有目的、有意識(shí)、有步驟地滲透和傳授生物科學(xué)研究方法主要通過(guò)生物科學(xué)史“解讀”科學(xué)方法；通過(guò)知識(shí)的教學(xué)“滲透”科學(xué)方法；通過(guò)實(shí)驗(yàn)“體驗(yàn)”科學(xué)方法；通過(guò)解題“理解”科學(xué)方法等途徑進(jìn)行科學(xué)方法教育。

關(guān)鍵詞 科學(xué)方法 生物學(xué)教學(xué)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

高中生物科學(xué)方法教育是指在高中生物教學(xué)中有目的、有意識(shí)、有步驟地滲透和傳授生物科學(xué)研究方法，使學(xué)生受到科學(xué)方法的熏陶和訓(xùn)練，逐步掌握最基本、最主要的研究方法。高中生物科學(xué)方法教育的內(nèi)容分為兩大類：獲取經(jīng)驗(yàn)性材料的方法（也叫經(jīng)驗(yàn)方法），包括觀察法、實(shí)驗(yàn)法、調(diào)查法、模擬實(shí)驗(yàn)法等；從經(jīng)驗(yàn)性材料（感性材料）的獲取到問(wèn)題、假說(shuō)或結(jié)論的得出需要理性思維，理性思維的方法包括邏輯思維、形象思維、直覺(jué)和靈感、數(shù)學(xué)方法、模型方法和系統(tǒng)方法等。那么，教師在高中生物教學(xué)中如何進(jìn)行科學(xué)方法的教育，或者說(shuō)可通過(guò)哪些途徑引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握探索生物學(xué)的奧秘？

1 通過(guò)生物科學(xué)史“解讀”科學(xué)方法，重現(xiàn)科學(xué)巨匠的探究歷程

生命科學(xué)史是以生物科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程為輪廓，以科學(xué)發(fā)展歷程中帶有重大轉(zhuǎn)折作用的課題及事件為主線，用翔實(shí)的資料論述科學(xué)家的創(chuàng)造性勞動(dòng)，生動(dòng)地描述科學(xué)家科學(xué)探索的思維過(guò)程和方法。它作為學(xué)生實(shí)施科學(xué)探究的范例無(wú)疑是實(shí)施科學(xué)方法教育的一個(gè)有效途徑。高中生物教材中有許多關(guān)于生物科學(xué)史的教學(xué)內(nèi)容，如酶的發(fā)現(xiàn)、光合作用的發(fā)現(xiàn)、生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)、遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)等。這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)本身就是科學(xué)家科學(xué)實(shí)驗(yàn)（探究）的過(guò)程，教師可以充分利用這些素材，幫助學(xué)生尋著先人的足跡，在享受科學(xué)探究的快樂(lè)中受到科學(xué)方法的教育。

下面以蘇教版必修2《遺傳與進(jìn)化》第四章第一節(jié)“探索遺傳物質(zhì)的過(guò)程”一課為例，介紹科學(xué)方法教育如何有效滲透到教學(xué)中。首先教師以“想象實(shí)驗(yàn)”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。在教學(xué)時(shí)要求學(xué)生要親歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（包括實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)等），強(qiáng)調(diào)學(xué)生分組全員參與，并在教師的指導(dǎo)下完成。其次通過(guò)滲入科學(xué)猜想，提高學(xué)生思辨是非能力。猜想是科學(xué)探究的重要一環(huán)，它為進(jìn)一步制定探究計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、分析論證指示方向。例如，在講授格里菲思的肺炎球菌第四組實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要結(jié)合實(shí)驗(yàn)情境（實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的與常規(guī)推理不相吻合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果）引導(dǎo)學(xué)生猜想：當(dāng)時(shí)格里菲思是如何猜想的呢？請(qǐng)同學(xué)們像科學(xué)家一樣進(jìn)行思維，如果是你，你可能有哪些猜想？最后運(yùn)用比較方法，引導(dǎo)學(xué)生分析、比較格里菲斯、艾弗里、赫爾希和蔡斯等科學(xué)家的探究性實(shí)驗(yàn)之間的異同。在不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中可以通過(guò)比較，分析相同、不同的特征。例如，在教學(xué)“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”和“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”后引導(dǎo)學(xué)生分析這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)異同點(diǎn)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象、方法及所處的時(shí)代背景都不同，但都證明了DNA是遺傳物質(zhì)，從而認(rèn)同科學(xué)結(jié)論的獲得，最基本的方法是實(shí)證法。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路有共同之處(設(shè)法將DNA和蛋白質(zhì)分開，然后單獨(dú)地觀察每種物質(zhì)的)。接著運(yùn)用歸納法總結(jié)探究生物問(wèn)題的一般方法：實(shí)驗(yàn)事實(shí)→理論推斷（提出假說(shuō)）→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（實(shí)驗(yàn)思路）→修改或否定原假說(shuō)，提出新理論→進(jìn)一步探究→得出結(jié)論（統(tǒng)一認(rèn)識(shí)）。通過(guò)解讀和體味科學(xué)史中的科學(xué)方法，教師引導(dǎo)學(xué)生站在科學(xué)家的位置進(jìn)行思維探究，培養(yǎng)學(xué)生獲取科學(xué)知識(shí)及提高實(shí)驗(yàn)技能（如觀察、調(diào)查、搜集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)中怎樣設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)、如何恰當(dāng)選擇實(shí)驗(yàn)材料、控制變量等實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力）。

應(yīng)注意的是，用科學(xué)史對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法訓(xùn)練，要防止將科學(xué)探索的過(guò)程固定化，應(yīng)以活潑多樣的形式誘發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。例如，孟德爾分離定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程以教師的簡(jiǎn)述為主，而自由組合定律則應(yīng)以學(xué)生討論為主，特別是孟德爾應(yīng)用正交和反交兩組測(cè)交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)假設(shè)的合理性，對(duì)學(xué)生的思維訓(xùn)練具有重要作用。

2 通過(guò)知識(shí)（包括概念、原理、規(guī)律）的教學(xué)“滲透”科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究品質(zhì)

生物學(xué)概念是反映生命現(xiàn)象和生命過(guò)程本質(zhì)屬性的一種思維方式，是生物事實(shí)的抽象。借助于這種概括、抽象的思維方式，人們找到了復(fù)雜的自然世界的簡(jiǎn)單規(guī)律，建立了假說(shuō)、模型等抽象的思維方式。

生物科學(xué)方法教育就是要幫助學(xué)生生動(dòng)活潑地、主動(dòng)地從諸多事物及其變化中去尋求規(guī)律、構(gòu)建科學(xué)概念。科學(xué)概念的形成，常用的科學(xué)方法策略有以下幾點(diǎn)。

① 是建立在豐富的事實(shí)基礎(chǔ)上，運(yùn)用歸納法提煉生成。只有相關(guān)的事例越豐富，才有可能抽象、概括、從而形成一種理性的解釋和表述，即概念的初步建立。例如，“細(xì)胞是構(gòu)成生命的基本結(jié)構(gòu)和功能單位”，這是一個(gè)基于大量觀察，觀察動(dòng)物、植物、其他生物的身體結(jié)構(gòu)，運(yùn)用歸納推理得出的一個(gè)結(jié)論。并不是只有施萊登、施旺分別用顯微鏡觀察植物、動(dòng)物的結(jié)構(gòu)，還有其他許多學(xué)者先后觀察了各種生物材料，才總結(jié)出這一科學(xué)概念。這樣的教學(xué)目的是引導(dǎo)學(xué)生必須在觀察植物、動(dòng)物等多種細(xì)胞基礎(chǔ)上，也才有可能建立這一概念。

② 概念教學(xué)時(shí)要注意聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際，通過(guò)舉例演繹生成。如在學(xué)習(xí)“頂端優(yōu)勢(shì)”時(shí)，可呈現(xiàn)幾個(gè)生活現(xiàn)象：園林工人修剪行道樹，對(duì)盆栽花卉進(jìn)行造型等，從分析這些生活現(xiàn)象中獲得對(duì)頂端優(yōu)勢(shì)的感性認(rèn)識(shí)。以此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步列舉自己所熟悉的例子，諸如“果樹整枝修剪”、“茶樹摘心”、“棉花打頂”等例子，通過(guò)這些事例幫助學(xué)生理解概念。

③ 概念教學(xué)時(shí)要重視實(shí)驗(yàn)。觀察和實(shí)驗(yàn)是研究自然科學(xué)的基本方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以提高學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)識(shí)。例如，在學(xué)習(xí)“滲透作用”概念時(shí)，教師可先進(jìn)行滲透裝置的演示實(shí)驗(yàn)：根據(jù)觀察滲透裝置中長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)液面的上升或下降，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析和討論，對(duì)兩組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行比較與分析，引導(dǎo)學(xué)生將問(wèn)題的焦點(diǎn)集中于半透膜兩側(cè)的物質(zhì)分子大小的差異，最后得出滲透作用即水分子或其它溶劑分子通過(guò)半透膜的擴(kuò)散。并讓學(xué)生設(shè)計(jì)坐標(biāo)系，用數(shù)學(xué)模型（坐標(biāo)曲線）表示三種運(yùn)輸方式過(guò)程中物質(zhì)的濃度梯度、氧氣供應(yīng)量與物質(zhì)的運(yùn)輸速度之間的關(guān)系。這樣的概念教學(xué)中充分“滲透”科學(xué)方法，便于生成概念。

另外，高中生物教材中相似的概念很多，在教學(xué)這些容易混淆概念時(shí)，要充分運(yùn)用邏輯思維中的比較和分類、歸納和演繹、分析和綜合以及理想化方法抽象出客觀事物的共同本質(zhì)屬性，可以收到事半功倍的教學(xué)效果。例如，通過(guò)讓學(xué)生列表比較光合作用和呼吸作用，條件反射和非條件反射等概念能夠使概念更清晰，利于掌握概念的本質(zhì)屬性；通過(guò)簡(jiǎn)化的圖像對(duì)比細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化能夠使概念直觀化，從而易于區(qū)分；通過(guò)逆向思維法比較有性生殖、無(wú)性生殖概念（一般高等動(dòng)物都是有性生殖，引導(dǎo)學(xué)生思考有沒(méi)有無(wú)性生殖呢，以逆向思考法操作：例舉克隆羊多利的事實(shí)引證），可以把解決問(wèn)題的最好方法固定在認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)⒄J(rèn)知對(duì)象的觀察自覺(jué)深入對(duì)變化原因的理性探究中，從而形成對(duì)概念的實(shí)質(zhì)性理解。

生命科學(xué)中的原理、規(guī)律是借助于有關(guān)生物學(xué)概念才得以表述，在正確理解和運(yùn)用概念的基礎(chǔ)上利于生物學(xué)原理的掌握。如歸納總結(jié)孟德爾遺傳定律之前要先理解父本、母本，正交、反交，顯性性狀隱性性狀等概念。然后運(yùn)用“假說(shuō)——演繹法”訓(xùn)練學(xué)生的思維：在觀察和分析的基礎(chǔ)上提出問(wèn)題以后，通過(guò)推理和想像提出解釋問(wèn)題的假說(shuō)，根據(jù)假說(shuō)進(jìn)行演繹推理，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)演繹推理的結(jié)果。由此可見，生物學(xué)原理、規(guī)律的建立和發(fā)展一般在直覺(jué)思維、形象思維和抽象思維的共同作用下，經(jīng)歷觀察和實(shí)驗(yàn)、歸納和演繹、分析與綜合、類比、想象、假說(shuō)等方法的探究，通過(guò)假說(shuō)的試探、直覺(jué)的洞察、靈感的激發(fā)，不斷形成新的概念。并對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行全面的分析、深入的研究得到原理和規(guī)律。因此，在生物學(xué)原理、規(guī)律教學(xué)中，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)便于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、討論問(wèn)題、探索規(guī)律的教學(xué)環(huán)境，將原理、規(guī)律的教學(xué)作為幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)、訓(xùn)練思維能力、掌握科學(xué)方法的手段，使學(xué)生能夠?qū)⒅R(shí)與方法巧妙的結(jié)合，從而真正領(lǐng)悟到生物學(xué)內(nèi)在的魅力。

3 通過(guò)實(shí)驗(yàn)“體驗(yàn)”科學(xué)方法，感受科學(xué)探究過(guò)程

生物學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，回憶和解讀生物科學(xué)史中的實(shí)驗(yàn)僅是生物教學(xué)中的一小部分，學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容。新課標(biāo)中安排了大量的“演示”、“實(shí)驗(yàn)”、“做一做”，它把實(shí)驗(yàn)與其他教學(xué)內(nèi)容緊密地結(jié)合在一起，使實(shí)驗(yàn)成為高中生物教學(xué)中“教”的手段，也成為“學(xué)”的手段，更是學(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)科學(xué)方法的手段。例如，人教版必修1教材中“酶在細(xì)胞代謝中的作用”一節(jié)，教材重點(diǎn)安排學(xué)生做過(guò)氧化氫在不同條件下分解速率的實(shí)驗(yàn)，教師要通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論，從而切身體會(huì)到酶具有很高的催化效率及其生理意義。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生充分體會(huì)控制變量（理解自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量以及什么是對(duì)照實(shí)驗(yàn)），假說(shuō)方法以及用圖像法（繪坐標(biāo)圖區(qū)別酶和無(wú)機(jī)催化劑催化效果比較等）等科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，這樣的教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。同時(shí)利于培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、敢于創(chuàng)新，大膽猜想的科學(xué)精神和態(tài)度價(jià)值觀。

3 通過(guò)解題“理解”科學(xué)方法，形成“生物思想方法”

“學(xué)以致用”，科學(xué)方法教育的最終目的無(wú)非是提高學(xué)習(xí)者的科學(xué)探究能力，而在高中生物教學(xué)中一個(gè)重要的落腳點(diǎn)無(wú)非是解題和運(yùn)用能力。近年來(lái)的生物高考試題更加重視對(duì)學(xué)生生物學(xué)科素質(zhì)和能力的考查，如科學(xué)態(tài)度、意志品質(zhì)、合作精神、觀察能力、動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題的能力和科學(xué)探究的方法等。以實(shí)驗(yàn)題為例，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的角度，挖掘科學(xué)研究方法教育的合理因素，幫助學(xué)生歸納科學(xué)方法的基本過(guò)程，并加深學(xué)生對(duì)這些過(guò)程的理解，就是十分有效的科學(xué)方法指導(dǎo)。① 生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程就是科學(xué)方法理論的應(yīng)用過(guò)程，分析并完成典型的高考生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題實(shí)際上就是一次科學(xué)方法知識(shí)的實(shí)踐和檢驗(yàn)。② 高考試題的設(shè)計(jì)都比較嚴(yán)密，尤其是生物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的邏輯性，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)縝密的邏輯思維習(xí)慣。③ 高考導(dǎo)向作用的力量是不可估量的，生物科學(xué)研究方法以高考試題的形式出現(xiàn)對(duì)教師和學(xué)生的引導(dǎo)作用非常巨大。

總之，在解題過(guò)程中要重分析、重引導(dǎo)、重討論、重總結(jié)，用一系列最基本的思想方法去解決一般乃至于最困難的問(wèn)題，形成一套行之有效的“生物思想方法”。從這個(gè)高度去看各種具體解題方法，不過(guò)是掌握了“生物思想方法”之后的必然產(chǎn)物，而這一切，正是科學(xué)方法教育的最終產(chǎn)物。

此外，高中生物科學(xué)方法教育的策略還有：在解決實(shí)際問(wèn)題中運(yùn)用科學(xué)方法；通過(guò)開設(shè)專題講座等第二課堂教學(xué)方式滲透科學(xué)方法；在探究性學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等自主探索中總結(jié)科學(xué)方法；通過(guò)課外制作、小發(fā)明等科技活動(dòng)進(jìn)行科學(xué)方法教育等。因篇幅所限，在此不再詳述。

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