高中生物學(xué)教材中“科學(xué)方法”欄目的應(yīng)用研究

［摘 要］“科學(xué)方法”欄目是人教版高中生物學(xué)教材中的重要欄目，然而，在實(shí)際教學(xué)中，教師往往不太重視該欄目，這在一定程度上影響了其作用的充分發(fā)揮。文章從主要內(nèi)容等方面對“科學(xué)方法”欄目做了全面介紹，并結(jié)合近年來部分高考生物試題分析了該欄目在高考中的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上提出其在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用策略，充分發(fā)揮該欄目的作用，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，提高育人質(zhì)量。

［關(guān)鍵詞］“科學(xué)方法”欄目；高中生物學(xué)；人教版教材

［中圖分類號］ G633.91 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-6058（2024）26-0081-03

人教版高中生物學(xué)教材精心設(shè)置了多樣化的教學(xué)欄目，這些欄目著眼于學(xué)生適應(yīng)未來社會發(fā)展和個(gè)人生活的需要，旨在培養(yǎng)高中生的生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等學(xué)科核心素養(yǎng)[1]。它們充分體現(xiàn)了學(xué)科特點(diǎn)和育人價(jià)值，對于提升教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量具有不可替代的作用。因此，在日常的教學(xué)中探索和研究如何最大限度地發(fā)揮這些欄目的功能，貫徹落實(shí)教材編寫者的意圖，并高效應(yīng)用這些欄目，是值得深入探究的問題。本文以最新修訂的2022年人教版高中生物學(xué)教材“科學(xué)方法”欄目為例，介紹其在教材中的設(shè)置情況以及2023年高考生物學(xué)試題對科學(xué)方法的考查情況，在此基礎(chǔ)上提出欄目的應(yīng)用策略，以期為廣大高中生物學(xué)教師提供教學(xué)參考，提升“科學(xué)方法”欄目的應(yīng)用效能，從而更好地促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

一、“科學(xué)方法”欄目的介紹

在人教版高中生物學(xué)教材必修與選擇性必修模塊中，編寫者根據(jù)教材內(nèi)容的需求，安排了數(shù)量不等的“科學(xué)方法”欄目。以2022年版新教材為例，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，整個(gè)高中生物學(xué)教材（包括必修1、2及選擇性必修1、2、3模塊）共設(shè)計(jì)了14個(gè)“科學(xué)方法”欄目，其中必修模塊有9個(gè)，選擇性必修模塊有5個(gè)。教材編寫者將“科學(xué)方法”欄目主要設(shè)置在了必修模塊中，可見對該欄目的重視。從分布上看，“科學(xué)方法”欄目通常緊隨“思考·討論”“探究·實(shí)踐”欄目之后，與科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究密切相關(guān)，體現(xiàn)了“科學(xué)方法”欄目的應(yīng)用價(jià)值。從內(nèi)容上看，“科學(xué)方法”欄目主要介紹了歸納法、提出假說、分離細(xì)胞的方法——差速離心法、同位素標(biāo)記法、建構(gòu)模型、控制變量和設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)、對比實(shí)驗(yàn)、假說-演繹法、自變量控制中的“加法原理”和“減法原理”、預(yù)實(shí)驗(yàn)、建立數(shù)學(xué)模型、視角解決問題法、研究能量流動的基本思路等14種重要的生物學(xué)研究和教學(xué)方法。從功能上看，“科學(xué)方法”欄目主要是在教材相關(guān)正文內(nèi)容的基礎(chǔ)上，歸納和總結(jié)正文內(nèi)容所體現(xiàn)出的生物學(xué)典型研究方法，引導(dǎo)學(xué)生注重應(yīng)用科學(xué)方法探究生物學(xué)奧秘。

二、“科學(xué)方法”欄目內(nèi)容舉例

高中生物學(xué)教材中的“科學(xué)方法”欄目內(nèi)容涉及的科學(xué)方法有14種之多，下面僅以同位素標(biāo)記法、建構(gòu)模型法、對比實(shí)驗(yàn)法等方法為例，介紹教材“科學(xué)方法”欄目的內(nèi)容，旨在幫助學(xué)生更好地掌握科學(xué)方法，從而有效提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

（一）“同位素標(biāo)記法”內(nèi)容舉例

同位素標(biāo)記法是指用物理性質(zhì)特殊的同位素來標(biāo)記化學(xué)反應(yīng)中原子的去向。同位素標(biāo)記法作為研究細(xì)胞中元素和化合物運(yùn)行變化規(guī)律的常用方法，在人教版高中生物學(xué)必修教材中得到了重視。在教材中，多處介紹了運(yùn)用該方法探究生物現(xiàn)象和本質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。例如，在人教版必修1第3章第2節(jié)中，以放射性同位素作為示蹤元素，探究分泌蛋白的合成和運(yùn)輸途徑；在人教版必修2第3章第3節(jié)中，以示蹤元素為穩(wěn)定性同位素，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明DNA的半保留復(fù)制方式。通過同位素標(biāo)記法，可以幫助學(xué)生更好地掌握示蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律，弄清楚化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過程，促進(jìn)對生物運(yùn)動、變化和發(fā)展規(guī)律的把握，激發(fā)學(xué)生探究生物奧秘的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。

（二）“建構(gòu)模型法”內(nèi)容舉例

人教版高中生物學(xué)教材必修1專門介紹了“建構(gòu)模型”這一科學(xué)方法，并指出：模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所進(jìn)行的一種簡化的、概括性的描述，包括物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等。其中，物理模型以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象的特征。如沃森和克里克制作的著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，就是一個(gè)典型的物理模型，它形象而概括地反映了DNA分子結(jié)構(gòu)的共同特征[2]。在人教版必修1第3章第3節(jié)安排了實(shí)踐活動，要求學(xué)生嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型，以此讓學(xué)生體驗(yàn)建構(gòu)模型的探究實(shí)踐過程。將建構(gòu)模型法應(yīng)用于課堂教學(xué)中，能增加教學(xué)的吸引力，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，提高學(xué)生在課堂教學(xué)活動中的參與度。通過引導(dǎo)學(xué)生親自動手建構(gòu)生物學(xué)模型，可以全方位鍛煉學(xué)生的觀察能力、動手實(shí)踐能力和科學(xué)思維能力。建構(gòu)模型法在許多課堂中均可應(yīng)用，有的課堂可能適合建構(gòu)物理模型，有的可能適合建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，有的則適合建構(gòu)概念模型。教師只要在備課中不斷思索和嘗試，總能找到合適的建模方法[3]。

（三）“對比實(shí)驗(yàn)法”內(nèi)容舉例

人教版高中生物學(xué)教材必修1簡要概括了“對比實(shí)驗(yàn)”的定義：設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)組，通過對結(jié)果的比較分析，來探究某種因素對實(shí)驗(yàn)對象的影響，這樣的實(shí)驗(yàn)叫作對比實(shí)驗(yàn)，也叫相互對照實(shí)驗(yàn)。例如，在必修1第5章第3節(jié)的探究活動中，需要設(shè)置有氧和無氧兩種條件，探究酵母菌在不同氧氣條件下細(xì)胞呼吸的方式。這兩組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都是事先未知的，通過對比可以看出氧氣條件對細(xì)胞呼吸方式的影響。對比實(shí)驗(yàn)法也是科學(xué)探究中常用的方法之一。

三、科學(xué)方法在高考試題中的體現(xiàn)

2023年三套全國高考生物學(xué)試題緊扣教材，圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)，創(chuàng)設(shè)問題情境，創(chuàng)新試題設(shè)計(jì)，凸顯對科學(xué)方法、學(xué)科素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的考查。部分試題所考查的科學(xué)方法如表1所示。

四、“科學(xué)方法”欄目在教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）有機(jī)融入課堂教學(xué)全過程，全方位發(fā)揮欄目育人功能

在高中生物學(xué)課堂教學(xué)的課前、課中和課后環(huán)節(jié)均可融入“科學(xué)方法”欄目，發(fā)揮其培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的積極作用。例如，在教學(xué)“細(xì)胞是生命活動的基本單位”一節(jié)內(nèi)容時(shí)，可以在課前讓學(xué)生閱讀“科學(xué)方法”欄目介紹的歸納法，分析細(xì)胞學(xué)說建立的過程，使學(xué)生在掌握歸納法原理的同時(shí)，提前了解細(xì)胞學(xué)說的重大歷史意義，促進(jìn)學(xué)生對“細(xì)胞是生命活動的基本單位”的深刻理解，把握生命本質(zhì)，增強(qiáng)應(yīng)用科學(xué)方法認(rèn)識、解釋和解決問題的意識和能力。又如，針對“建構(gòu)模型”的科學(xué)方法，在課堂上提出“嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”的學(xué)習(xí)任務(wù)，通過明確目的要求、提供材料用具、建立模型、表達(dá)和交流等，激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生積極觀察、合作探究、動手實(shí)踐、交流表達(dá)等方面的意識和能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。再如，科學(xué)方法是高考生物學(xué)試題中的重要考查內(nèi)容，教師可以在課后作業(yè)中布置典型試題作業(yè)，促進(jìn)學(xué)生在作業(yè)練習(xí)中加深和鞏固對相關(guān)科學(xué)方法的理解，增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用意識，提升他們的應(yīng)用能力。

（二）結(jié)合高考真題進(jìn)行歸納整理，開展專題教學(xué)

“科學(xué)方法”欄目內(nèi)容是高考生物學(xué)考查的重要內(nèi)容，為促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)方法的熟練掌握和創(chuàng)新應(yīng)用，在日常的高中生物學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)結(jié)合近幾年的高考真題，分門別類地對科學(xué)方法進(jìn)行考點(diǎn)歸納與整理，開展專題教學(xué)。例如，在高考二輪復(fù)習(xí)中，可以將教材“科學(xué)方法”欄目中提到的14種科學(xué)方法，結(jié)合歷年高考真題加以整理，總結(jié)科學(xué)方法在解決問題中的應(yīng)用策略，以提升學(xué)生應(yīng)用能力?？梢詤⒄毡?，即科學(xué)方法在2023年高考生物學(xué)試題中的考查情況，進(jìn)一步列表整理2020年、2021年、2022年高考試題對科學(xué)方法的考查情況，找出試題考查的重點(diǎn)，再結(jié)合教材內(nèi)容，有針對性地進(jìn)行專題教學(xué)，進(jìn)而提高復(fù)習(xí)質(zhì)量，強(qiáng)化學(xué)生對科學(xué)方法的理解，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，最終達(dá)成育人目標(biāo)。

（三）運(yùn)用多樣化的教學(xué)策略，發(fā)揮“科學(xué)方法”欄目的作用

教師要運(yùn)用多樣化的教學(xué)策略，以加強(qiáng)“科學(xué)方法”欄目在教學(xué)中的有效應(yīng)用，充分發(fā)揮其積極作用。首先，教師可以結(jié)合教材其他欄目強(qiáng)化“科學(xué)方法”欄目的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。如結(jié)合教材的“探究·實(shí)踐”欄目，將科學(xué)方法融入學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究活動中。例如，在進(jìn)行“嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型”探究實(shí)踐活動時(shí)，教師可以詳細(xì)講解“建構(gòu)模型”這一科學(xué)方法的原理，指導(dǎo)學(xué)生動手實(shí)踐，并從科學(xué)性、藝術(shù)性、成本等方面對學(xué)生制作的模型進(jìn)行評價(jià)，以此深化學(xué)生對物理模型制作的認(rèn)識，提升動手實(shí)踐能力。其次，在教材正文內(nèi)容的教學(xué)中，教師可以適時(shí)穿插“科學(xué)方法”欄目內(nèi)容。例如，在講授“對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索”內(nèi)容時(shí)，可以引入“提出假說”這一科學(xué)方法，講述生物學(xué)史上科學(xué)家對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，從而增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究意識，認(rèn)同科學(xué)發(fā)現(xiàn)的基本特點(diǎn)：重視觀察與實(shí)證，需要?dú)w納和概括；科學(xué)的發(fā)現(xiàn)依賴于技術(shù)的進(jìn)步；科學(xué)理論的建立往往要經(jīng)歷提出假設(shè)、不斷深入論證完善的過程。以期學(xué)生在今后的生物學(xué)等課程的學(xué)習(xí)和探究中能夠自覺運(yùn)用這些科學(xué)方法，并以此指導(dǎo)探究活動，科學(xué)觀察和論證他人的研究過程和結(jié)論。再次，在“練習(xí)和應(yīng)用”的教學(xué)中，教師應(yīng)利用課本習(xí)題滲透講解科學(xué)方法。例如，在“細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用”一節(jié)的“練習(xí)和應(yīng)用”第2小題的解題過程中，教師可以啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用“對比實(shí)驗(yàn)”這一科學(xué)方法，分析不同氧濃度下某種植株非綠色器官O2吸收量和CO2釋放量的變化情況。教師通過引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟習(xí)題信息中蘊(yùn)藏的科學(xué)方法，幫助學(xué)生掌握典型題目的解題思路和方法，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（四）在日常生活實(shí)踐和教研活動中增強(qiáng)應(yīng)用“科學(xué)方法”欄目的意識

高中生物學(xué)課程內(nèi)容和學(xué)生日常生活關(guān)系密切，它不僅傳授了關(guān)于生命現(xiàn)象和規(guī)律的知識，還包含了人類探索這些現(xiàn)象所特有的思維方式、科學(xué)方法和grMs/LMkhjWjPtYliYmqhn/W5Xy58X0UQuP6IbmCCm0=探究過程。教師可以聯(lián)系生活，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身邊的生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律，運(yùn)用欄目總結(jié)的常見科學(xué)方法去嘗試認(rèn)識、分析、解決現(xiàn)實(shí)生活中的生物學(xué)問題。鼓勵(lì)學(xué)生主動地參與日常生活實(shí)踐，關(guān)注社會熱點(diǎn)問題，積極思考，樂于發(fā)現(xiàn)和提出問題，積極搜集有價(jià)值的信息，大膽提出假設(shè)，學(xué)會尋找和篩選證據(jù)進(jìn)行科學(xué)論證，從中找出生命現(xiàn)象背后的科學(xué)規(guī)律。學(xué)生在解決問題的過程中鍛煉了科學(xué)思維，樹立了科學(xué)態(tài)度，形成了終身學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐的能力。在日常的教研活動中，教師應(yīng)充分利用“科學(xué)方法”欄目開展教法、學(xué)法主題研討，以及關(guān)于科學(xué)方法的專項(xiàng)課題研究等。通過積極開展多樣化的教研活動，推動教師專業(yè)發(fā)展，不斷提升其教學(xué)能力，提升育人水平。

總之，人教版高中生物學(xué)教材設(shè)置的“科學(xué)方法”欄目是教材的重要組成部分，它凸顯了生物學(xué)作為一門自然科學(xué)需要應(yīng)用科學(xué)方法探究生命現(xiàn)象和規(guī)律的學(xué)科特色。同時(shí)，該欄目在促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展和培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)方面發(fā)揮著重要作用。因此，我們要深刻領(lǐng)會教材編寫者的編寫意圖，在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中重視該欄目的教學(xué)，積極探索應(yīng)用新路徑，以更好地發(fā)揮其作用，提高育人質(zhì)量。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 蘭海霞.運(yùn)用生命科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生生命觀念的研究[D].重慶：西南大學(xué)，2022.

[2] 顏未央，王秀紅.人教版高中生物學(xué)教材中“科學(xué)方法”欄目的應(yīng)用[J].生物學(xué)教學(xué)，2024（2）：82-84.

[3] 仇微.例談建模法在高中生物課堂中的滲透[J].安徽教育科研，2018（2）：43-44.

（責(zé)任編輯 羅 艷）