高中生物实施科学方法教育主要策略探析

张树虎

摘 要 在高中生物教学中有目的、有意识、有步骤地渗透和传授生物科学研究方法主要通过生物科学史“解读”科学方法；通过知识的教学“渗透”科学方法；通过实验“体验”科学方法；通过解题“理解”科学方法等途径进行科学方法教育。

关键词 科学方法 生物学教学

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

高中生物科学方法教育是指在高中生物教学中有目的、有意识、有步骤地渗透和传授生物科学研究方法，使学生受到科学方法的熏陶和训练，逐步掌握最基本、最主要的研究方法。高中生物科学方法教育的内容分为两大类：获取经验性材料的方法（也叫经验方法），包括观察法、实验法、调查法、模拟实验法等；从经验性材料（感性材料）的获取到问题、假说或结论的得出需要理性思维，理性思维的方法包括逻辑思维、形象思维、直觉和灵感、数学方法、模型方法和系统方法等。那么，教师在高中生物教学中如何进行科学方法的教育，或者说可通过哪些途径引导学生逐步掌握探索生物学的奥秘？

1 通过生物科学史“解读”科学方法，重现科学巨匠的探究历程

生命科学史是以生物科学产生和发展的过程为轮廓，以科学发展历程中带有重大转折作用的课题及事件为主线，用翔实的资料论述科学家的创造性劳动，生动地描述科学家科学探索的思维过程和方法。它作为学生实施科学探究的范例无疑是实施科学方法教育的一个有效途径。高中生物教材中有许多关于生物科学史的教学内容，如酶的发现、光合作用的发现、生长素的发现、遗传物质的发现等。这些科学发现本身就是科学家科学实验（探究）的过程，教师可以充分利用这些素材，帮助学生寻着先人的足迹，在享受科学探究的快乐中受到科学方法的教育。

下面以苏教版必修2《遗传与进化》第四章第一节“探索遗传物质的过程”一课为例，介绍科学方法教育如何有效渗透到教学中。首先教师以“想象实验”引导学生进行探究性学习。在教学时要求学生要亲历实验设计（包括实验步骤、实验结果预测等），强调学生分组全员参与，并在教师的指导下完成。其次通过渗入科学猜想，提高学生思辨是非能力。猜想是科学探究的重要一环，它为进一步制定探究计划、进行实验、收集证据、分析论证指示方向。例如，在讲授格里菲思的肺炎球菌第四组实验时，教师要结合实验情境（实验中出现的与常规推理不相吻合的实验结果）引导学生猜想：当时格里菲思是如何猜想的呢？请同学们像科学家一样进行思维，如果是你，你可能有哪些猜想？最后运用比较方法，引导学生分析、比较格里菲斯、艾弗里、赫尔希和蔡斯等科学家的探究性实验之间的异同。在不同的实验设计中可以通过比较，分析相同、不同的特征。例如，在教学“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”后引导学生分析这两个实验异同点。这两个实验对象、方法及所处的时代背景都不同，但都证明了DNA是遗传物质，从而认同科学结论的获得，最基本的方法是实证法。实验的设计思路有共同之处(设法将DNA和蛋白质分开，然后单独地观察每种物质的)。接着运用归纳法总结探究生物问题的一般方法：实验事实→理论推断（提出假说）→实验验证（实验思路）→修改或否定原假说，提出新理论→进一步探究→得出结论（统一认识）。通过解读和体味科学史中的科学方法，教师引导学生站在科学家的位置进行思维探究，培养学生获取科学知识及提高实验技能（如观察、调查、搜集数据、处理数据、实验和实验中怎样设置对照实验、如何恰当选择实验材料、控制变量等实验设计能力）。

应注意的是，用科学史对学生进行科学方法训练，要防止将科学探索的过程固定化，应以活泼多样的形式诱发学生的创造性思维。例如，孟德尔分离定律的发现过程以教师的简述为主，而自由组合定律则应以学生讨论为主，特别是孟德尔应用正交和反交两组测交实验的结果来检验假设的合理性，对学生的思维训练具有重要作用。

2 通过知识（包括概念、原理、规律）的教学“渗透”科学方法，培养学生科学探究品质

生物学概念是反映生命现象和生命过程本质属性的一种思维方式，是生物事实的抽象。借助于这种概括、抽象的思维方式，人们找到了复杂的自然世界的简单规律，建立了假说、模型等抽象的思维方式。

生物科学方法教育就是要帮助学生生动活泼地、主动地从诸多事物及其变化中去寻求规律、构建科学概念。科学概念的形成，常用的科学方法策略有以下几点。

① 是建立在丰富的事实基础上，运用归纳法提炼生成。只有相关的事例越丰富，才有可能抽象、概括、从而形成一种理性的解释和表述，即概念的初步建立。例如，“细胞是构成生命的基本结构和功能单位”，这是一个基于大量观察，观察动物、植物、其他生物的身体结构，运用归纳推理得出的一个结论。并不是只有施莱登、施旺分别用显微镜观察植物、动物的结构，还有其他许多学者先后观察了各种生物材料，才总结出这一科学概念。这样的教学目的是引导学生必须在观察植物、动物等多种细胞基础上，也才有可能建立这一概念。

② 概念教学时要注意联系生产生活实际，通过举例演绎生成。如在学习“顶端优势”时，可呈现几个生活现象：园林工人修剪行道树，对盆栽花卉进行造型等，从分析这些生活现象中获得对顶端优势的感性认识。以此引导学生进一步列举自己所熟悉的例子，诸如“果树整枝修剪”、“茶树摘心”、“棉花打顶”等例子，通过这些事例帮助学生理解概念。

③ 概念教学时要重视实验。观察和实验是研究自然科学的基本方法，通过实验，可以提高学生对概念的认识。例如，在学习“渗透作用”概念时，教师可先进行渗透装置的演示实验：根据观察渗透装置中长颈漏斗内液面的上升或下降，指导学生进行分析和讨论，对两组实验现象进行比较与分析，引导学生将问题的焦点集中于半透膜两侧的物质分子大小的差异，最后得出渗透作用即水分子或其它溶剂分子通过半透膜的扩散。并让学生设计坐标系，用数学模型（坐标曲线）表示三种运输方式过程中物质的浓度梯度、氧气供应量与物质的运输速度之间的关系。这样的概念教学中充分“渗透”科学方法，便于生成概念。

另外，高中生物教材中相似的概念很多，在教学这些容易混淆概念时，要充分运用逻辑思维中的比较和分类、归纳和演绎、分析和综合以及理想化方法抽象出客观事物的共同本质属性，可以收到事半功倍的教学效果。例如，通过让学生列表比较光合作用和呼吸作用，条件反射和非条件反射等概念能够使概念更清晰，利于掌握概念的本质属性；通过简化的图像对比细胞分裂和细胞分化能够使概念直观化，从而易于区分；通过逆向思维法比较有性生殖、无性生殖概念（一般高等动物都是有性生殖，引导学生思考有没有无性生殖呢，以逆向思考法操作：例举克隆羊多利的事实引证），可以把解决问题的最好方法固定在认知结构中，能够将认知对象的观察自觉深入对变化原因的理性探究中，从而形成对概念的实质性理解。

生命科学中的原理、规律是借助于有关生物学概念才得以表述，在正确理解和运用概念的基础上利于生物学原理的掌握。如归纳总结孟德尔遗传定律之前要先理解父本、母本，正交、反交，显性性状隐性性状等概念。然后运用“假说——演绎法”训练学生的思维：在观察和分析的基础上提出问题以后，通过推理和想像提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结果。由此可见，生物学原理、规律的建立和发展一般在直觉思维、形象思维和抽象思维的共同作用下，经历观察和实验、归纳和演绎、分析与综合、类比、想象、假说等方法的探究，通过假说的试探、直觉的洞察、灵感的激发，不断形成新的概念。并对观察结果进行全面的分析、深入的研究得到原理和规律。因此，在生物学原理、规律教学中，教师要创设便于发现问题、讨论问题、探索规律的教学环境，将原理、规律的教学作为帮助学生认识事物的本质、训练思维能力、掌握科学方法的手段，使学生能够将知识与方法巧妙的结合，从而真正领悟到生物学内在的魅力。

3 通过实验“体验”科学方法，感受科学探究过程

生物学是以实验为基础的科学，回忆和解读生物科学史中的实验仅是生物教学中的一小部分，学生亲历实验是实验教学的主要内容。新课标中安排了大量的“演示”、“实验”、“做一做”，它把实验与其他教学内容紧密地结合在一起，使实验成为高中生物教学中“教”的手段，也成为“学”的手段，更是学习、认识科学方法的手段。例如，人教版必修1教材中“酶在细胞代谢中的作用”一节，教材重点安排学生做过氧化氢在不同条件下分解速率的实验，教师要通过引导学生做实验并得出结论，从而切身体会到酶具有很高的催化效率及其生理意义。通过实验使学生充分体会控制变量（理解自变量、因变量、无关变量以及什么是对照实验），假说方法以及用图像法（绘坐标图区别酶和无机催化剂催化效果比较等）等科学实验方法，这样的教学有助于培养学生的科学探究能力。同时利于培养学生敢于质疑、敢于创新，大胆猜想的科学精神和态度价值观。

3 通过解题“理解”科学方法，形成“生物思想方法”

“学以致用”，科学方法教育的最终目的无非是提高学习者的科学探究能力，而在高中生物教学中一个重要的落脚点无非是解题和运用能力。近年来的生物高考试题更加重视对学生生物学科素质和能力的考查，如科学态度、意志品质、合作精神、观察能力、动手能力、分析和解决问题的能力和科学探究的方法等。以实验题为例，从实验设计的角度，挖掘科学研究方法教育的合理因素，帮助学生归纳科学方法的基本过程，并加深学生对这些过程的理解，就是十分有效的科学方法指导。① 生物实验设计的过程就是科学方法理论的应用过程，分析并完成典型的高考生物实验设计题实际上就是一次科学方法知识的实践和检验。② 高考试题的设计都比较严密，尤其是生物实验的设计有较强的逻辑性，有利于培养学生科学缜密的逻辑思维习惯。③ 高考导向作用的力量是不可估量的，生物科学研究方法以高考试题的形式出现对教师和学生的引导作用非常巨大。

总之，在解题过程中要重分析、重引导、重讨论、重总结，用一系列最基本的思想方法去解决一般乃至于最困难的问题，形成一套行之有效的“生物思想方法”。从这个高度去看各种具体解题方法，不过是掌握了“生物思想方法”之后的必然产物，而这一切，正是科学方法教育的最终产物。

此外，高中生物科学方法教育的策略还有：在解决实际问题中运用科学方法；通过开设专题讲座等第二课堂教学方式渗透科学方法；在探究性学习、合作学习等自主探索中总结科学方法；通过课外制作、小发明等科技活动进行科学方法教育等。因篇幅所限，在此不再详述。

参考文献：

［１］ 朱正威.科学概念的教学是有规律的［Ｊ］.生物学通报.２０１１（３）：１３－１４.

［２］ 吴政.物理科学方法教育的几点尝试［Ｊ］.中学物理.２０１１（８）：５－６.