高中生物實施科學方法教育主要策略探析

張樹虎

摘 要 在高中生物教學中有目的、有意識、有步驟地滲透和傳授生物科學研究方法主要通過生物科學史“解讀”科學方法；通過知識的教學“滲透”科學方法；通過實驗“體驗”科學方法；通過解題“理解”科學方法等途徑進行科學方法教育。

關鍵詞 科學方法 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

高中生物科學方法教育是指在高中生物教學中有目的、有意識、有步驟地滲透和傳授生物科學研究方法，使學生受到科學方法的熏陶和訓練，逐步掌握最基本、最主要的研究方法。高中生物科學方法教育的內容分為兩大類：獲取經驗性材料的方法（也叫經驗方法），包括觀察法、實驗法、調查法、模擬實驗法等；從經驗性材料（感性材料）的獲取到問題、假說或結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、直覺和靈感、數學方法、模型方法和系統方法等。那么，教師在高中生物教學中如何進行科學方法的教育，或者說可通過哪些途徑引導學生逐步掌握探索生物學的奧秘？

1 通過生物科學史“解讀”科學方法，重現科學巨匠的探究歷程

生命科學史是以生物科學產生和發展的過程為輪廓，以科學發展歷程中帶有重大轉折作用的課題及事件為主線，用翔實的資料論述科學家的創造性勞動，生動地描述科學家科學探索的思維過程和方法。它作為學生實施科學探究的范例無疑是實施科學方法教育的一個有效途徑。高中生物教材中有許多關于生物科學史的教學內容，如酶的發現、光合作用的發現、生長素的發現、遺傳物質的發現等。這些科學發現本身就是科學家科學實驗（探究）的過程，教師可以充分利用這些素材，幫助學生尋著先人的足跡，在享受科學探究的快樂中受到科學方法的教育。

下面以蘇教版必修2《遺傳與進化》第四章第一節“探索遺傳物質的過程”一課為例，介紹科學方法教育如何有效滲透到教學中。首先教師以“想象實驗”引導學生進行探究性學習。在教學時要求學生要親歷實驗設計（包括實驗步驟、實驗結果預測等），強調學生分組全員參與，并在教師的指導下完成。其次通過滲入科學猜想，提高學生思辨是非能力。猜想是科學探究的重要一環，它為進一步制定探究計劃、進行實驗、收集證據、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驗時，教師要結合實驗情境（實驗中出現的與常規推理不相吻合的實驗結果）引導學生猜想：當時格里菲思是如何猜想的呢？請同學們像科學家一樣進行思維，如果是你，你可能有哪些猜想？最后運用比較方法，引導學生分析、比較格里菲斯、艾弗里、赫爾希和蔡斯等科學家的探究性實驗之間的異同。在不同的實驗設計中可以通過比較，分析相同、不同的特征。例如，在教學“肺炎雙球菌的轉化實驗”和“噬菌體侵染細菌的實驗”后引導學生分析這兩個實驗異同點。這兩個實驗對象、方法及所處的時代背景都不同，但都證明了DNA是遺傳物質，從而認同科學結論的獲得，最基本的方法是實證法。實驗的設計思路有共同之處(設法將DNA和蛋白質分開，然后單獨地觀察每種物質的)。接著運用歸納法總結探究生物問題的一般方法：實驗事實→理論推斷（提出假說）→實驗驗證（實驗思路）→修改或否定原假說，提出新理論→進一步探究→得出結論（統一認識）。通過解讀和體味科學史中的科學方法，教師引導學生站在科學家的位置進行思維探究，培養學生獲取科學知識及提高實驗技能（如觀察、調查、搜集數據、處理數據、實驗和實驗中怎樣設置對照實驗、如何恰當選擇實驗材料、控制變量等實驗設計能力）。

應注意的是，用科學史對學生進行科學方法訓練，要防止將科學探索的過程固定化，應以活潑多樣的形式誘發學生的創造性思維。例如，孟德爾分離定律的發現過程以教師的簡述為主，而自由組合定律則應以學生討論為主，特別是孟德爾應用正交和反交兩組測交實驗的結果來檢驗假設的合理性，對學生的思維訓練具有重要作用。

2 通過知識（包括概念、原理、規律）的教學“滲透”科學方法，培養學生科學探究品質

生物學概念是反映生命現象和生命過程本質屬性的一種思維方式，是生物事實的抽象。借助于這種概括、抽象的思維方式，人們找到了復雜的自然世界的簡單規律，建立了假說、模型等抽象的思維方式。

生物科學方法教育就是要幫助學生生動活潑地、主動地從諸多事物及其變化中去尋求規律、構建科學概念?？茖W概念的形成，常用的科學方法策略有以下幾點。

① 是建立在豐富的事實基礎上，運用歸納法提煉生成。只有相關的事例越豐富，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，“細胞是構成生命的基本結構和功能單位”，這是一個基于大量觀察，觀察動物、植物、其他生物的身體結構，運用歸納推理得出的一個結論。并不是只有施萊登、施旺分別用顯微鏡觀察植物、動物的結構，還有其他許多學者先后觀察了各種生物材料，才總結出這一科學概念。這樣的教學目的是引導學生必須在觀察植物、動物等多種細胞基礎上，也才有可能建立這一概念。

② 概念教學時要注意聯系生產生活實際，通過舉例演繹生成。如在學習“頂端優勢”時，可呈現幾個生活現象：園林工人修剪行道樹，對盆栽花卉進行造型等，從分析這些生活現象中獲得對頂端優勢的感性認識。以此引導學生進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，通過這些事例幫助學生理解概念。

③ 概念教學時要重視實驗。觀察和實驗是研究自然科學的基本方法，通過實驗，可以提高學生對概念的認識。例如，在學習“滲透作用”概念時，教師可先進行滲透裝置的演示實驗：根據觀察滲透裝置中長頸漏斗內液面的上升或下降，指導學生進行分析和討論，對兩組實驗現象進行比較與分析，引導學生將問題的焦點集中于半透膜兩側的物質分子大小的差異，最后得出滲透作用即水分子或其它溶劑分子通過半透膜的擴散。并讓學生設計坐標系，用數學模型（坐標曲線）表示三種運輸方式過程中物質的濃度梯度、氧氣供應量與物質的運輸速度之間的關系。這樣的概念教學中充分“滲透”科學方法，便于生成概念。

另外，高中生物教材中相似的概念很多，在教學這些容易混淆概念時，要充分運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屬性，可以收到事半功倍的教學效果。例如，通過讓學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屬性；通過簡化的圖像對比細胞分裂和細胞分化能夠使概念直觀化，從而易于區分；通過逆向思維法比較有性生殖、無性生殖概念（一般高等動物都是有性生殖，引導學生思考有沒有無性生殖呢，以逆向思考法操作：例舉克隆羊多利的事實引證），可以把解決問題的最好方法固定在認知結構中，能夠將認知對象的觀察自覺深入對變化原因的理性探究中，從而形成對概念的實質性理解。

生命科學中的原理、規律是借助于有關生物學概念才得以表述，在正確理解和運用概念的基礎上利于生物學原理的掌握。如歸納總結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。然后運用“假說——演繹法”訓練學生的思維：在觀察和分析的基礎上提出問題以后，通過推理和想像提出解釋問題的假說，根據假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結果。由此可見，生物學原理、規律的建立和發展一般在直覺思維、形象思維和抽象思維的共同作用下，經歷觀察和實驗、歸納和演繹、分析與綜合、類比、想象、假說等方法的探究，通過假說的試探、直覺的洞察、靈感的激發，不斷形成新的概念。并對觀察結果進行全面的分析、深入的研究得到原理和規律。因此，在生物學原理、規律教學中，教師要創設便于發現問題、討論問題、探索規律的教學環境，將原理、規律的教學作為幫助學生認識事物的本質、訓練思維能力、掌握科學方法的手段，使學生能夠將知識與方法巧妙的結合，從而真正領悟到生物學內在的魅力。

3 通過實驗“體驗”科學方法，感受科學探究過程

生物學是以實驗為基礎的科學，回憶和解讀生物科學史中的實驗僅是生物教學中的一小部分，學生親歷實驗是實驗教學的主要內容。新課標中安排了大量的“演示”、“實驗”、“做一做”，它把實驗與其他教學內容緊密地結合在一起，使實驗成為高中生物教學中“教”的手段，也成為“學”的手段，更是學習、認識科學方法的手段。例如，人教版必修1教材中“酶在細胞代謝中的作用”一節，教材重點安排學生做過氧化氫在不同條件下分解速率的實驗，教師要通過引導學生做實驗并得出結論，從而切身體會到酶具有很高的催化效率及其生理意義。通過實驗使學生充分體會控制變量（理解自變量、因變量、無關變量以及什么是對照實驗），假說方法以及用圖像法（繪坐標圖區別酶和無機催化劑催化效果比較等）等科學實驗方法，這樣的教學有助于培養學生的科學探究能力。同時利于培養學生敢于質疑、敢于創新，大膽猜想的科學精神和態度價值觀。

3 通過解題“理解”科學方法，形成“生物思想方法”

“學以致用”，科學方法教育的最終目的無非是提高學習者的科學探究能力，而在高中生物教學中一個重要的落腳點無非是解題和運用能力。近年來的生物高考試題更加重視對學生生物學科素質和能力的考查，如科學態度、意志品質、合作精神、觀察能力、動手能力、分析和解決問題的能力和科學探究的方法等。以實驗題為例，從實驗設計的角度，挖掘科學研究方法教育的合理因素，幫助學生歸納科學方法的基本過程，并加深學生對這些過程的理解，就是十分有效的科學方法指導。① 生物實驗設計的過程就是科學方法理論的應用過程，分析并完成典型的高考生物實驗設計題實際上就是一次科學方法知識的實踐和檢驗。② 高考試題的設計都比較嚴密，尤其是生物實驗的設計有較強的邏輯性，有利于培養學生科學縝密的邏輯思維習慣。③ 高考導向作用的力量是不可估量的，生物科學研究方法以高考試題的形式出現對教師和學生的引導作用非常巨大。

總之，在解題過程中要重分析、重引導、重討論、重總結，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題，形成一套行之有效的“生物思想方法”。從這個高度去看各種具體解題方法，不過是掌握了“生物思想方法”之后的必然產物，而這一切，正是科學方法教育的最終產物。

此外，高中生物科學方法教育的策略還有：在解決實際問題中運用科學方法；通過開設專題講座等第二課堂教學方式滲透科學方法；在探究性學習、合作學習等自主探索中總結科學方法；通過課外制作、小發明等科技活動進行科學方法教育等。因篇幅所限，在此不再詳述。

參考文獻：

［１］ 朱正威.科學概念的教學是有規律的［Ｊ］.生物學通報.２０１１（３）：１３－１４.

［２］ 吳政.物理科學方法教育的幾點嘗試［Ｊ］.中學物理.２０１１（８）：５－６.