淺談高中生物教學中的科學研究方法教育

成云康

我國普通高中生物新課程標準的基本理念包括4個方面：提高生物科學素養；面向全體學生；倡導探究性學習；注重與現實生活的聯系。在高中生物教學中滲透科學研究方法教育是貫徹新課程基本理念的重要內容，也是落實新課程理念的基礎。

1 科學研究方法

著名理論物理學家、諾貝爾獎獲得者費恩曼說過：“科學是一種方法，它教導人們：一些事物是怎樣被了解的，什么事情是已知的，現在了解到什么程度（因為沒有事情是絕對已知的），如何對待疑問和不確定性，證據服從什么法則，如何去思考事物，作出判斷，如何區別真偽和表面現象。”科學教育中的“科學過程”主要是指在一般的科學研究中，那種普遍適用的系統化的操作方法和步驟。美國《國家科學教育標準》中把科學過程與方法看成一個系統，是指一系列的相互聯系的科學家普遍使用的研究方法和程序。我國的基礎教育課程改革強調科學探究，強調讓學生親歷科學，在體驗中學習。這種新型學習方式的提倡意在改變傳統單純接受式的被動學習方式。學生不是被動地記憶科學的結論，而是經歷這種結論得到的過程和懂得獲取的方法。

科學家認為對自然現象的認識不能停留在事實的層次上，需要進一步透過現象，深入內部，抽取有關事物的本質，并且舍棄一切非本質屬性的結論，即提煉出反映事物本質屬性的內在的客觀規律的各種“概念”和“定律”來。這個過程是通過探究來完成的。但科學家不管用何種探究模式，其基本的環節是共同的：科學問題的提出，科學事實和資料的收集，猜想和假設的建立，檢驗與評價，表達與交流?？茖W教育中的科學探究學習方式的主要環節也與此相類似，表明探究學習體現了科學教育與科學研究本質上的一致，反映了科學教育與科學研究內在的統一?？茖W探究強調知識獲取中的體驗，強調過程與方法，既是對我國傳統教育的糾偏，也反映了科學素養的核心要素。

2 高中生物課程中基本的科學研究方法

科學方法可分為多個層次，這里所指的生物科學研究方法主要是指科學研究的一般方法，如科學觀察方法、科學實驗方法和科學調查方法，特別是指科學實驗方法。科學研究總是從觀察開始，通過觀察發現問題，然后提出假設，并對假設做出基本預測，最后設計實驗來驗證假設。如果實驗結果與假設不一致，則說明原來的假設是錯誤的，要修改假設，重新實驗；如果實驗結果與假設一致，則說明原來的假設是正確的，可將假設上升為學說或理論。科學方法教育應包括科學研究中“過程技能”（觀察——問題——假設——實驗——結論）的教育，還應包括觀察、調查、實驗等具體的方法技能?？茖W方法教育中尤其要重視科學思維的訓練，即努力使學生將科學方法內化為自己的思維方式和行為方式。

2.1 觀察實證的方法

觀察實證是指通過對研究對象大量的觀察、實驗和調查，獲取客觀材料，從個別到一般，歸納出事物的本質屬性和發展規律的一種研究方法。

2.2 假說—演繹法

假說—演繹法是指在觀察和分析的基礎上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，根據假說進行演繹推理，再通過實驗演繹推理的結論。如果實驗結果與預期結論相符，就證明假說是正確的；如果不符，就說明假說是錯誤的。所以假說—演繹法的根本過程是：發現問題——提出假說——演繹假說——實驗證明——提出結論。在孟德爾的一對相對性狀的雜交實驗中很好地展現了假說—演繹法，也正是由于他采用這種方法才獲得了科學上不朽的成績，為人類揭示了遺傳之謎。“假說—演繹法”是形成和構造關科學理論的一種重要思維方法。對學生來講是“授之以漁”的重要手段之一；學完課程以后，他們對別的都可以忘記，但這些方法會存留下來，這就是真正的素養和能力。

2.3 建立模型的方法

新課標中建立模型被列為一項技能目標，并作為高中學生必備的生物科學素養。國家和地方的新高考大綱（說明）也已明確將這一技能素養的掌握水平作為考核對象，2007年全國高考生物江蘇卷中就已出現涉及模型構建問題的考核嘗試。因此，在平時的教學和高考復習中，教師和考生都要予以重視。由于新課標要求學生學會建立的模型主要是思維形式的模型，因此筆者擬針對幾種常見思維模型的構建方法提出如下建議。建立模型的一般程序：（1） 掌握原理。掌握模型所代表的知識、過程、規律、機理等，弄清模型的構成要素或包含內容之間的邏輯關系。（2） 明確類型。明確所構建的模型屬于哪種類型，知道該種模型的特點及表現形式。（3） 構建草圖（框架）。選擇適當的圖形、文字、符號勾勒出草圖，或用適當的文字符號搭建框架?；谀Ｐ偷耐ㄟm性、典型性，所以在構建時只需要考慮大多數情況即可，一般不考慮極少數情況或特例。（4） 修飾完善。對照原理查驗所構建的草圖（框架），確保其科學性；然后進一步修飾完善模型，力求規范、簡潔、直觀、有美感；最后構建出正式的模型。（5） 補充詮釋。對一些模型要添加必要的文字說明、示例、圖注等，使模型更科學、更清楚、更規范。

2.4 系統分析法

系統分析方法是指把要解決的問題作為一個系統，對系統要素進行綜合分析，找出解決問題的可行方案的方法。它從系統的著眼點或角度去考察和研究整個客觀世界，為人類認識和改造世界提供了科學的理論和方法。它的產生和發展標志著人類的科學思維由主要以“實物為中心”逐漸過渡到以“系統為中心”，是科學思維的一個劃時代突破。系統分析是一種研究方略，它能在不確定的情況下，確定問題的本質和起因，明確咨詢目標，找出各種可行方案，并通過一定標準對這些方案進行比較，幫助決策者在復雜的問題和環境中作出科學抉擇。

3 生物教學中開展科學研究方法教育的途徑

生物學是一門實驗科學，有著眾多的可以滲透科學方法教育的內容。教師在努力鉆研教材的基礎上，要充分挖掘教材中對學生進行科學方法教育的素材，將科學方法教育滲透到教學過程和學生的學習過程中。

3.1 通過生物學實驗開展科學研究方法教育

高中生物教材中有著眾多的學生實驗，每做一個實驗都是學生親身體驗科學研究方法的過程。在教學中盡教師要可能地將驗證性實驗變為探究性實驗，要求學生通過明確實驗目的、自己設計實驗、討論完善實驗、最后實施實驗步驟等過程，使學生體驗到科學研究的方法和過程。另外，教師在備課和教學中應將科學研究方法很好地貫徹到每一個實驗中，根據實驗內容的不同有目的的讓學生體驗科學研究的過程，接受全面而完善的科學研究過程和方法的認識與訓練，使學生認識、經歷科學研究的過程，理解科學方法的本質，并訓練其使用有關的具體方法完成每一步驟。這是培養學生發現問題、分析問題、解決問題能力的有效思維方式和操作方式。教師要注重鼓勵學生得出自己的結論、暢述自己的觀點。

3.2 通過生物科學史開展科學研究方法教育

“讀史使人明智”，生物科學的每一項重要發現都是科學方法正確應用的典范?？茖W的方法是人類探索真理，發現新理論和獲取新知識的重要手段，生物教學也離不開科學方法的探索、理解和學習。

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。

3.3 通過探究性教學開展科學研究方法教育

在新一輪的課程改革中，科學探究不僅被作為重要的理念強調，作為教學建議提出，而且被列入了課程目標和內容標準之中。在現代教育文獻中“科學探究”、“探究式教學”、“探究式學習”都是指學生在學習過程中模仿科學家進行科學探究的思維方式來主動構建知識、形成科學觀念、領悟科學研究方法的學習方式。這種學習方式在學習內容上，不但包括事實、理論等陳述性知識，還包括科學過程和方法等程序性知識。在教學策略上，教師通過創設一定的探究情景，讓學生發現問題，做出猜想與假設，并通過實驗、調查、查閱文獻等方式搜集與處理信息，對猜想與假設進行論證，最后通過表達與交流活動對自己的探究過程進行反思與評價。在這一過程中學生獲得知識與技能，掌握解決問題的方法，獲得情感體驗。一般情況下，探究式學習環節分為：提出問題——猜想與假設——方案的設計與選擇——收集證據——解釋與結論——評價與反思——交流與表達等7個方面。

3.4 通過研究性學習開展科學研究方法教育

研究性學習是一種以學生的自主性、探索性學習為基礎，從學生生活和社會生活中選擇和確定研究專題，主要以個人或小組合作方式進行的一種學習方法。學生通過親身實踐獲得直接經驗，養成科學精神和科學態度，掌握基本科學方法，提高綜合運用所學知識、解決實際問題的能力?？茖W是一門具有嶄新教學理念的學科，學習的核心便是科學探究。科學探究也涉及到提出問題，并通過猜測、計劃、觀察等活動，親歷解決問題（科學探究）的過程，獲得科學知識，形成科學價值觀。研究性學習與科學探究都是通過學習者從提出問題到解決問題的探索實踐過程來實現科學知識的掌握和科學價值觀的形成，以提高學習者解決問題的能力的學習方式。哈佛大學就有這樣一句名言——教育的真正目的就是讓人不斷提出問題和解決問題。它較好地說明了研究性學習、科學探究在教育活動中的重要性，學生親歷科學探究的過程是獲取科學知識和培養科學價值觀的主要途徑。

研究性學習是現在高中學生的一門必修課，利用研究性學習使學生實踐科學研究方法，可以使學生真正體會到科學研究方法的重要性，學會如何將一些科學研究的理論知識應用到實踐中，研究性學習既是學生對科學方法的實踐，也是教師進行科學方法教育成果的檢驗。

3.5 通過實驗設計開展科學研究方法教育

當前生物高考試題中生物實驗設計題頻頻出現，這是高考對落實生物新課程理念的導向作用的體現。在教學實踐中，教師認真分析這些高考試題，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。

教育的目的不僅是傳授學生知識，更主要的是培養學生利用科學方法進行探究的素質和能力；不僅要使學生學會已有知識，而且要學會動手動腦收集、加工知識，學會自我增長知識和運用知識。在生物教學中，教師只有通過觀察、實驗、討論和總結提高學生的科學素養，一步一個腳印地打好知識基礎，培養學生實事求是、開拓創新的科學研究方法，才能真正使學生學有所成，學有所用。