基于“科學方法”欄目育人價值探索的教學實踐

在科學研究中，科學方法的運用對于揭示生命現象的本質和規律具有重要意義。自然科學中的科學方法學習是重點，以此進行一系列教學實踐，發掘“科學方法\"欄目的育人價值，是生物學教學工作者的重要職責之一。以探究為特點的教學不僅會直接影響核心素養中“科學思維”“科學探究”的落實，也會間接影響“生命觀念”“社會責任”的達成，對科學方法的實踐方式探索，發掘其價值等尤顯重要。日常教學中科學方法欄目因概括性較強、相對抽象、相關概念解讀不夠系統、考查較少等諸多因素而被忽視。筆者以人教版高中生物學教材中重點介紹的科學方法—“歸納法\"和\"假說—演繹法\"等為例，對科學本質教學、概念教學、教材教法和學法指導等育人價值進行討論和實踐。

一、科學方法在教材中的呈現

科學方法是指人們在認識和改造自然中所遵循或運用的符合科學一般原則的各種途徑與手段，包括在科學活動過程中采用的思路、步驟、原則和模式等。其具有三個層次，即專門科學方法、一般科學方法和哲學方法（圖1），這里主要討論一般科學方法。

圖1人教版高中生物學新版教材中的一般科學方法體系

科學探究離不開科學方法，在學習中學生物學學科的必備知識基礎上，理應關注其在概念學習過程中的價值，關注學生科學思維和科學探究等核心素養培養的方式方法。在人教版生物學五本教材中，“科學方法\"欄目列出了12條科學方法，現按照吳成軍老師給出的一般科學方法體系進行分類，見表1。

表1人教版教材“科學方法”欄目所列科學方法及主要內容

可見中學生物學教材中所列的科學方法包括邏輯思維方法、系統思維方法和觀察與實驗法等一般科學方法，也包括同位素標記法等一些專門科學方法。除“科學方法\"欄目中重點介紹的之外，在“探究·實踐\"“思維訓練\"及正文中介紹了一些科學方法，例如，具體的專門科學方法，如紙層析法分離色素、標記重捕法等；邏輯思維方法，如運用證據和邏輯評價論點、提出假說、推斷假說與預期等；觀察與實驗法，如調查人群中的遺傳病、評價實驗設計和結論等。

二、科學方法在教材中的價值

值得注意的是，教材中“科學方法\"欄目中呈現的具體內容，不應只停留在對具體某章節的描述和泛泛的解讀上，有些科學方法貫穿教材編寫的始終，而且呈現了一些典型案例。例如，專門的科學方法中同位素標記法，在“分泌蛋白的合成與運輸\"中提到 ³H 標記亮氨酸，之后在光合作用中基于科學史中的 ¹⁸O，¹⁴C ，還有赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染大腸桿菌的實驗中使用了 ³²P 和 ³⁵S ，梅塞爾森和斯塔爾使用 ¹⁵N 證明DNA半保留復制，甚至在細胞工程、基因工程中也有相關應用。科學方法在科學本質、概念構建過程中均起到穿針引線的作用。再如歸納法，在生物學教學中呈現的重大科學發現中可見其身影，教師指導學生學習生物學的一些基本原理也常用到歸納法。假說一演繹法除了在基因的分離定律和自由組合定律發現中體現，摩爾根發現基因的連鎖互換定律，以及促胰液素的發現等也有呈現。教師需要清楚科學方法的應用，并引導學生進行梳理。

因此，科學方法欄目在新課教學中具有以下功能：一是對教材中呈現的科學原理和科學發展進行解釋，使學習者能夠更加清晰地理解科學本質；二是幫助學習者理解生物學概念的形成過程及其之間的聯系；三是給學習者提供學習科學的方法和途徑，掌握科學探究的一般路徑；四是指引學習者利用科學方法進一步探究未知的科學知識，教給學習者學習科學的工具等。

在新課教學過程中，科學方法的學習是一種有益補充，活學活用科學方法對提高課堂效率而言事半功倍；同時它也能落實學科核心素養，更促進了科學探究能力的提升，促進了生命觀念的形成、科學思維的發展和社會責任的養成。因此，科學方法是自然科學學習過程的重要組成部分，可以說沒有科學方法的學習，就不可能把握科學本質。在課堂教學中，生物學教師應該重視科學方法的教學，更應該積極探索學習過程中的方法，使科學教學更加完整。

三、基于科學方法的教學實踐

科學方法在教材中以一個欄目呈現，嘗試基于不同的科學方法進行不同的教學設計，建立科學方法的教學模型。教師應在科學方法的學習和應用過程中嘗試創新教學活動，如運用建模思想構建概念的邏輯關系，在表述復雜的事項或概念時，可以依托縱向拓展、橫向關聯和螺旋進階等方式，以實現深度學習和大概念教學的目標。同時，生物學中的一些重要概念是人類科學思維的產物，形成概念一般需要分析、比較、歸納、演繹、綜合、抽象和概括等科學思維過程和方法。基于此，筆者以“歸納法”和“假說一演繹法\"科學方法為例，嘗試如下實踐。

（一）科學本質的教學探討

科學的本質是一種創造性認知活動，是探索和改造客觀世界的實踐過程，從而揭示自然和社會的奧秘，推動人類社會的進步。科學方法在探究科學本質的過程中起著非常關鍵的作用，并由此形成系統的科學知識。科學知識是基于觀察和經驗的，具有主觀性和暫定性。科學中并不存在一種程序化的科學方法，雖然確需通過觀察、假設、測量、檢驗、共同討論等步驟來構建科學理論，但并不存在固定的步驟能夠正確引導人們修正某些觀點，更不用說獲得確定的知識。例如，摩爾根質疑孟德爾豌豆雜交實驗的結論和薩頓假說，嘗試用動物一果蠅雜交實驗將其推翻，在運用“假說一演繹法\"的科學探究過程中，沒有停下探索的腳步，不但證明基因的分離定律，而且發現了基因的連鎖互換定律。教學環節中的關鍵步驟是要讓學生產生新的認知沖突一為什么子二代中的白眼全為雄性，引發了科學家的進一步探索。在不斷產生新的認知沖突的過程中，解決科學問題時又產生了新的問題；在新技術的加持下，解決了新的問題，同時又產生了更多科學問題。教師要引導學生理解認知沖突本身的價值，更要讓學生明白科學方法對科學本質的意義，明確科學方法在科學概念的形成過程中不斷產生和發展，又催生了新的科學概念體系。科學方法在教學過程中沒有固定的形式，是為科學本質的教學服務的。

（二）概念教學的有效嘗試

例如，在“細胞是基本的生命系統\"中，教材通過簡潔的語言描述了單細胞生物和多細胞生物的生命活動特點，同時利用清晰的圖形展示了縮手反射等生命現象中細胞的作用。此外，教材還通過遞進安排圖文信息，從植物和動物生命系統的結構層次出發，闡述了細胞在生命系統中的地位和作用。這里有一條教材編寫的明線，細胞學說及其建立過程 $$ 細胞是基本的生命系統，闡述細胞是生命活動的基本單位。另一條線：科學方法——歸納法更讓學生耳目一新，能夠很好地構建“細胞是生命活動的基本單位\"這一重要概念（表2）。

表2基于歸納法的教學主線設計

學習教材中的第一個科學方法—“歸納法”，并嘗試應用，既能體現科學方法的重要性，又能活學活用，讓科學方法不再是死板的方法。

（三）教法的實踐探索

梳理教材中的科學方法，可以幫助教師更加直觀地探究教材教法。筆者根據假說一演繹法，設計了相關的教學過程，板書如圖2所示。

通過板書展示上課過程，能夠更加直觀地體現“假說一演繹法\"在科學探索中的應用。板書左邊先書寫科學探究的過程一雜交實驗 $$ 根據實驗現象提出問題 $$ 嘗試解釋 $$ 進行推理 $$ 實驗驗證，使課堂教學目標明確，突破重難點，學生印象深刻，收到了很好的教學效果。

（四）學法指導的現實意義

學習方法也是科學方法的一個方面，好的學習方法就是科學方法的另一個角度的應用。科學方法對學法指導有著現實意義。以ATP的結構和功能為例，筆者嘗試用科學方法對學生學習方法的實踐進行指導。首先，通過“歸納法”，生物學家收集關于ATP的結構和功能的數據，發現ATP在細胞代謝和能量轉換中起著關鍵作用。其次，運用“假說一演繹法”，生物學家提出了關于ATP合成和分解機制的假說，并通過實驗驗證了這些假說的正確性，幫助學生通過其內在的邏輯關系，理解與ATP相關的一系列知識，構建知識體系，達成深度學習。

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學，其研究和發展離不開對科學方法的運用，無論是一般科學方法還是專門科學方法在生物學中都發揮著不可替代的作用。其不僅有助于高效地構建生物學概念體系，還能夠引領學生對生命現象本質和規律的不斷探索，實現“科學方法\"欄目的育人價值。

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責任編輯：趙瀟晗