滲透生物科學(xué)方法教育 發(fā)展學(xué)生理性思維

【摘 要】本文主要以減數(shù)分裂的教學(xué)過(guò)程為案例，闡述在教學(xué)過(guò)程中滲透生物科學(xué)方法教育，發(fā)展學(xué)生理性思維的一些做法，包括生物科學(xué)史，構(gòu)建模型，問(wèn)題鏈導(dǎo)學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，習(xí)題訓(xùn)練。其次，簡(jiǎn)要說(shuō)明了有效實(shí)施生物科學(xué)方法教育應(yīng)注意的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】生物科學(xué)方法；理性思維；減數(shù)分裂

1.問(wèn)題的提出

高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)中提出要全面提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。生物科學(xué)素養(yǎng)包含科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度三個(gè)方面。標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生在掌握科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，掌握科學(xué)方法、思維及應(yīng)用。隨著新課程改革的深入，生物科學(xué)方法教育逐漸受到重視，但在實(shí)際教學(xué)中，往往把科學(xué)方法的教育轉(zhuǎn)化成了陳述性知識(shí)和結(jié)論，而忽視了在知識(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中滲透生物科學(xué)方法教育，教師應(yīng)該讓學(xué)生通過(guò)各種有效的途徑親身體驗(yàn)科學(xué)方法，讓學(xué)生掌握生物學(xué)科基本概念和原理等知識(shí)的同時(shí)，發(fā)展學(xué)生的理性思維，全面提高生物科學(xué)素養(yǎng)。

2.生物科學(xué)方法的主要內(nèi)容

趙占良在《人教版高中生物課標(biāo)教材中的科學(xué)方法體系》中闡述了生物科學(xué)方法內(nèi)容。其包括獲取經(jīng)驗(yàn)性材料的方法和理性思維的方法。獲取經(jīng)驗(yàn)性材料的方法包括觀(guān)察法、實(shí)驗(yàn)法、調(diào)查法、模擬法。理性思維的方法包括形象思維、邏輯思維、直覺(jué)和靈感、模型方法、數(shù)學(xué)方法、系統(tǒng)方法。邏輯思維包括歸納、演繹、分析、綜合和類(lèi)比。模型方法包括物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型。

3.理性思維的概念

理性思維是人類(lèi)思維的高級(jí)形式，是人們把握客觀(guān)事物本質(zhì)和規(guī)律的能動(dòng)活動(dòng)。理性思維是一種有明確的思維方向，有充分的思維依據(jù)，能對(duì)事物或問(wèn)題進(jìn)行觀(guān)察、比較、分析、綜合、抽象與概括的一種思維。即理性思維就是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維方式。

4.生物科學(xué)方法教育在減數(shù)分裂教學(xué)中的具體應(yīng)用案例分析

下面以人教版高中生物必修二第二章第一節(jié)《減數(shù)分裂和受精作用》中精子的形成過(guò)程的教學(xué)為例，闡述在減數(shù)分裂教學(xué)中滲透生物科學(xué)方法教育，發(fā)展學(xué)生理性思維的一些做法。

4.1生物科學(xué)史 體會(huì)生物科學(xué)方法

生物科學(xué)史不僅包含科學(xué)發(fā)展過(guò)程中的人物和事件，更重要的是蘊(yùn)含了豐富的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)精神等內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)，體會(huì)科學(xué)家提出問(wèn)題，解決問(wèn)題，不斷探究、質(zhì)疑、再提新問(wèn)題的實(shí)踐過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)家思考問(wèn)題的方式。當(dāng)孟德?tīng)柕倪z傳規(guī)律被重新發(fā)現(xiàn)后，隨之而來(lái)的問(wèn)題是遺傳因子在細(xì)胞中的什么位置，怎樣精確的代代相傳？魏斯曼對(duì)染色體減數(shù)分裂及其合理性進(jìn)行了預(yù)言。他認(rèn)為：必須在細(xì)胞和個(gè)體水平上來(lái)研究遺傳，他拒絕了達(dá)爾文的“泛生論”以及獲得性遺傳等觀(guān)點(diǎn)。他預(yù)測(cè)：在卵細(xì)胞和精子的成熟過(guò)程中，必然有一個(gè)特別的分裂過(guò)程使染色體數(shù)目減少一半。受精時(shí)，精子和卵細(xì)胞結(jié)合，使染色體的數(shù)目又恢復(fù)到原來(lái)的水平。后來(lái)，鮑維里和斯特拉斯分別證實(shí)了魏斯曼關(guān)于減數(shù)分裂的預(yù)言。通過(guò)了解科學(xué)發(fā)展的過(guò)程，筆者將孟德?tīng)柕倪z傳規(guī)律與減數(shù)分裂有機(jī)結(jié)合起來(lái)，避免對(duì)生物知識(shí)進(jìn)行割裂式的教學(xué)，為建立知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系打下良好的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容通過(guò)了解魏斯曼的預(yù)言及鮑維里和斯特拉斯的實(shí)驗(yàn)論證，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家大膽質(zhì)疑、提出合理假設(shè)，實(shí)驗(yàn)論證的理性思維方式。

4.2建構(gòu)模型 學(xué)習(xí)生物科學(xué)方法

減數(shù)分裂過(guò)程是一個(gè)抽象復(fù)雜的過(guò)程，通常教師會(huì)運(yùn)用視頻和圖片輔助教學(xué)，給學(xué)生直觀(guān)感性的認(rèn)識(shí)，但這依然是學(xué)生被動(dòng)的接受，并未真正參與到發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過(guò)程中。筆者采用染色體模型讓學(xué)生動(dòng)態(tài)地模擬減數(shù)分裂過(guò)程。如果在知識(shí)全部講解完后模擬減數(shù)分裂過(guò)程，只能使學(xué)生對(duì)減數(shù)分裂知識(shí)進(jìn)行鞏固，對(duì)生物科學(xué)方法教育不夠深入，學(xué)生的理性思維的發(fā)展得不到有效的鍛煉。因此，根據(jù)“發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)”原理，筆者認(rèn)為應(yīng)該讓學(xué)生用模型模擬減數(shù)分裂過(guò)程貫穿于教學(xué)過(guò)程中的每一個(gè)階段，對(duì)書(shū)本靜態(tài)的圖片動(dòng)態(tài)化，進(jìn)而構(gòu)建染色體數(shù)目和行為變化的模型。通過(guò)先學(xué)后教，先操作后總結(jié)的教學(xué)順序，學(xué)生構(gòu)建過(guò)程中的錯(cuò)誤會(huì)不斷涌現(xiàn)，針對(duì)錯(cuò)誤，一起觀(guān)察、剖析、解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了“此處無(wú)聲勝有聲”的科學(xué)方法教育。模擬過(guò)程主要分四步。第一步，理解同源染色體、非同源染色體、聯(lián)會(huì)、四分體等重要概念。有的學(xué)生用模型構(gòu)建同源染色體會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，例如，選擇染色體模型時(shí)只想到選擇大小一致的配對(duì)，有的學(xué)生沒(méi)想到用不同顏色來(lái)表示一條來(lái)自父方一條來(lái)自母方這一特點(diǎn)。又如，X染色體和Y染色體能夠配對(duì)，但大小不一樣，也是同源染色體，在錯(cuò)誤中總結(jié)完善了同源染色體的概念。第二步，理解同源染色體分離，非同源染色體自由組合的過(guò)程。在此過(guò)程中，有的學(xué)生會(huì)猶豫哪些染色體移向一邊，哪些染色體移向另一邊，通過(guò)點(diǎn)撥，非同源染色體可以自由組合，學(xué)生加深了對(duì)配子中染色體多樣性的理解。第三步，完成減數(shù)第一次分裂，注意分裂完的細(xì)胞數(shù)目及每個(gè)細(xì)胞中染色體數(shù)目等。第四步，完成減數(shù)第二次分裂過(guò)程，特別要注意如何模擬著絲點(diǎn)分裂，姐妹染色單體分離，移向細(xì)胞兩極的過(guò)程，最后形成的生殖細(xì)胞的數(shù)目及染色體的形態(tài)和數(shù)目。隨著教學(xué)的層層推進(jìn)，學(xué)生逐步構(gòu)建減數(shù)分裂過(guò)程，最終理清染色體行為和數(shù)目的變化，形成有意義的主動(dòng)的模型構(gòu)建。整個(gè)教學(xué)過(guò)程把抽象的知識(shí)變得直觀(guān)，可操作化，學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題中學(xué)習(xí)了生物科學(xué)方法，理性思維得到了發(fā)展。

4.3問(wèn)題鏈導(dǎo)學(xué) 滲透生物科學(xué)方法

本節(jié)內(nèi)容在模型構(gòu)建過(guò)程中，采用問(wèn)題鏈導(dǎo)學(xué)的方法，指導(dǎo)學(xué)生模擬減數(shù)分裂過(guò)程。在解決新問(wèn)題時(shí)，通過(guò)問(wèn)題鏈?zhǔn)崂砼f知，進(jìn)行鋪墊，提供一條解決問(wèn)題的知識(shí)鏈。當(dāng)問(wèn)題比較復(fù)雜時(shí)，分解成若干小問(wèn)題，層層遞進(jìn)，每一個(gè)小問(wèn)題運(yùn)用什么知識(shí)點(diǎn)，在需要解決的眾多問(wèn)題中，什么可以先解決，什么必須先解決，什么是解決問(wèn)題的必要條件，這需要教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用回憶、觀(guān)察、比較、分析、演繹、綜合、歸納等科學(xué)方法來(lái)進(jìn)行思維。問(wèn)題鏈可以讓學(xué)生思維更清晰，精力更集中，更能理解探究的精髓。教師針對(duì)減數(shù)分裂內(nèi)容精心設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈，使之成為整個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容的探究線(xiàn)索，學(xué)生沿著這個(gè)線(xiàn)索指引的方向，經(jīng)過(guò)思考，模擬減數(shù)分裂過(guò)程。問(wèn)題鏈如下：（1）如果精子和卵細(xì)胞是通過(guò)有絲分裂產(chǎn)生的，則受精卵中有多少條染色體？（2）如果是這樣，那么前后代的遺傳能否穩(wěn)定？（3）減數(shù)分裂產(chǎn)生的生殖細(xì)胞中染色體是如何減半的？（4）一個(gè)精原細(xì)胞需分裂幾次？染色體復(fù)制幾次？產(chǎn)生幾個(gè)精子？（5）如果復(fù)制后的染色體著絲點(diǎn)分裂后，所產(chǎn)生的子細(xì)胞染色體數(shù)目能減半嗎？（6）染色體如何變化能使子細(xì)胞中染色體數(shù)目減半？（7）染色體怎樣才能有序地排列在赤道板兩側(cè)？（8）什么是同源染色體，聯(lián)會(huì)，四分體？（9）從染色體的行為變化分析，導(dǎo)致次級(jí)精母細(xì)胞染色體數(shù)目減半的原因是什么？（10）次級(jí)精母細(xì)胞中染色體如何變化使其產(chǎn)生的精子中染色體數(shù)與它相同？DNA數(shù)目如何變化？（11）總結(jié)什么是減數(shù)分裂？1-2問(wèn)題利用有絲分裂的知識(shí)，創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，形成認(rèn)知矛盾，激起學(xué)生探究欲望。3-6問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生假設(shè)、分析、推論、尋求答案。7-11問(wèn)題層層遞進(jìn)，為模擬減數(shù)分裂過(guò)程提供線(xiàn)索，點(diǎn)撥學(xué)生的思維方向，最后總結(jié)減數(shù)分裂的核心概念。

4.4實(shí)驗(yàn)教學(xué) 內(nèi)化生物科學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物教學(xué)中極其重要的組成部分，是生物科學(xué)方法教育的重要途徑。生物實(shí)驗(yàn)類(lèi)型分為：觀(guān)察型，驗(yàn)證型，設(shè)計(jì)型，探究型，演示型和模擬型。每個(gè)實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含著不同的生物科學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)研究方法的過(guò)程。教師如果從傳授知識(shí)的角度來(lái)組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生過(guò)多重視實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，這樣會(huì)使科學(xué)方法教育大打折扣。反之，教師按照科學(xué)方法呈現(xiàn)的邏輯組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中建立良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。本節(jié)內(nèi)容包含一個(gè)觀(guān)察實(shí)驗(yàn)——觀(guān)察蝗蟲(chóng)精母細(xì)胞減數(shù)分裂固定裝片，此實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)觀(guān)察蝗蟲(chóng)精母細(xì)胞減數(shù)分裂固定裝片，識(shí)別減數(shù)分裂不同時(shí)期的染色體的行為變化、形態(tài)、位置和數(shù)目。為了更好地突出科學(xué)方法教育和發(fā)展學(xué)生的理性思維，在課堂時(shí)間有限的情況下，筆者將此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成制作洋蔥雄蕊減數(shù)分裂裝片并進(jìn)行觀(guān)察的實(shí)驗(yàn)。材料特點(diǎn)及方法步驟如下：洋蔥（2N=16）春天四五月份可長(zhǎng)出花序，采摘花序，放置于卡諾固定液中（酒精：冰醋酸=3：1）固定2小時(shí)，然后取出花序，挑取小花即可制片。如不及時(shí)制片，可將固定后的花序，用95%酒精沖洗后（直至聞不到醋酸味為止）放入70%酒精中，存于冰箱內(nèi)，可隨時(shí)取用。制片時(shí)挑取一朵小花，撥出雄蕊，用堿性品紅或醋酸洋紅染液染色2-3分鐘，按常規(guī)壓片法壓片，鏡檢，可清楚地看到減數(shù)分裂的各個(gè)時(shí)期。本實(shí)驗(yàn)學(xué)生要學(xué)會(huì)正確的操作，細(xì)致的觀(guān)察，分辨出減數(shù)分裂的各個(gè)時(shí)期，區(qū)分出模型圖和顯微圖像的差別。

在生物興趣小組活動(dòng)或者校本課程上，我們可以將此驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成探究性實(shí)驗(yàn)，探究觀(guān)察減數(shù)分裂過(guò)程的最佳實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生查閱資料，選擇不同的植物材料，進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。也可以用動(dòng)物的精巢（如蝗蟲(chóng)）作為實(shí)驗(yàn)材料，和植物雄蕊材料進(jìn)行對(duì)比，觀(guān)察動(dòng)物和植物原始生殖細(xì)胞減數(shù)分裂的區(qū)別。探究實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、合作討論完善實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，進(jìn)而使學(xué)生體驗(yàn)到生物科學(xué)研究方法的過(guò)程并能進(jìn)行總結(jié)和內(nèi)化。

4.5習(xí)題訓(xùn)練 運(yùn)用生物科學(xué)方法

近年來(lái)的生物高考試題更加重視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)遷移能力和生物科學(xué)素養(yǎng)的考查。在新情境中考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，科學(xué)探究的方法和思維能力。高考試題的設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的邏輯性和思維的廣度、深度，生物科學(xué)方法廣泛蘊(yùn)含在高考試題中，對(duì)教師和學(xué)生的引導(dǎo)作用非常巨大。在平時(shí)解題訓(xùn)練過(guò)程中要重分析、重引導(dǎo)、重討論、重總結(jié)，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用生物科學(xué)方法解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)縝密的理性思維習(xí)慣。

5.有效實(shí)施生物科學(xué)方法教育應(yīng)注意的問(wèn)題

生物課程標(biāo)準(zhǔn)把“以學(xué)生的發(fā)展為根本”作為指導(dǎo)思想，教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮學(xué)生的實(shí)際水平，注重研究學(xué)生的心理特點(diǎn)，思維水平，知識(shí)結(jié)構(gòu)。課堂上能積極引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程，親身體驗(yàn)生物科學(xué)方法教育，讓學(xué)生的思維真正“活”起來(lái)、“動(dòng)”起來(lái)，才有可能使他們的理性思維能力得到充分的發(fā)展。生物科學(xué)方法教育切記生搬硬套，必須以知識(shí)教學(xué)為載體，不同的知識(shí)采用不同的生物科學(xué)方法教育，同時(shí)顯性教育和隱性教育相結(jié)合。隱性科學(xué)方法教育即教師隱蔽地發(fā)揮科學(xué)方法的導(dǎo)向作用，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中受到科學(xué)方法的啟蒙和熏陶。顯性科學(xué)方法教育是指在生物知識(shí)教學(xué)過(guò)程中，教師對(duì)科學(xué)方法的名稱(chēng)、特點(diǎn)和操作過(guò)程等講清楚，并指導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)地、自覺(jué)地加以運(yùn)用。在高中階段，學(xué)生的理性思維能力還有待提高，因此，生物科學(xué)方法的顯性教育尤為重要，這是提高高中學(xué)生理性思維的重要途徑。

總之，加強(qiáng)生物科學(xué)方法教育，是學(xué)生構(gòu)建知識(shí)、發(fā)展能力、提高理性思維能力的有效途徑。教師在教學(xué)中要抓住生物科學(xué)方法教育這一主線(xiàn)，針對(duì)不同的知識(shí)內(nèi)容以及學(xué)生的實(shí)際需要，有效地開(kāi)展科學(xué)方法教育，發(fā)展學(xué)生理性思維，提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙占良.人教版高中生物課標(biāo)教材中的科學(xué)方法體系. 中學(xué)生物教學(xué)[J].2007.3

[2]王永勝.生物學(xué)核心概念的發(fā)展[M].北京人民教育出版社，2007：35-36

[3]鄭雙保.做減數(shù)分裂實(shí)驗(yàn)的幾種好材料.生物學(xué)通報(bào)[J]. 1992第6期