高中生物的科学方法范文

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关键词 ：高中生物教材；科学方法

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2014）18-0089-02

人教版高中生物教材必修一《分子与细胞》“生物膜的流动镶嵌模型”一节中，讲述第一部分的知识点“对生物膜结构的探索历程”，以科学史的方式讲述生物膜的发现过程——欧文顿经过实验发现溶于脂质的物质比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜得出结论：膜是由脂质组成的。这里展示了欧文顿用观察法和实验法得出可供分析的实验结果，然后运用分析归纳法得出结论。关于细微的看不见的不容易想象的磷脂分子，课本给出了磷脂分子的结构示意图，这是物理模型法。罗伯特森用实验法发现了细胞膜“暗—亮—暗”的结构，课本也给出了图片形式的物理模型，直接展示了罗伯特森所拍到的电镜照片，可以清楚地看见细胞膜“暗—亮—暗”的三层结构。在细胞膜流动镶嵌模型这一知识点上，课本首先描述了荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，利用实验法并用图片明确记忆，向学生展示了发现的过程，在给出结论的时候，同时运用了物理模型和概念模型，既有用文字具体描述的流动镶嵌模型如何存在的概念模型，也有用图片直接展示出来的物理模型。

上述实验法、归纳法、物理模型和概念模型等都是科学研究中所运用到的科学方法。在一课时的教材中就蕴含如此多的科学方法，但是，在生物课堂上对于科学方法的教育和培养却很是缺乏。究其原因，一方面是教师对科学方法概念的理解不到位、范围不清楚所致；另一方面是课堂上科学方法教育教学策略的欠缺。本文将系统阐述一下科学方法的概念及分类。

一、科学方法的概念及层次

在科学研究过程中，为解决科学问题技术难点所使用的方法称为科研方法。科研方法分为三个层次：第一层次是适用于各门学科特点的特殊方法，如生物化学中的原子示踪法、粒子物理中的核—核碰撞实验方法等；第二层次是各门学科研究的一般方法，是特殊方法的归纳和总结，对各门学科研究具有比较普遍的指导意义，如观察法、实验法等；第三层次是最具有普遍意义的哲学方法，是一种世界观又是一种方法论，最本质上是思维方法，是研究各类科研方法的理论基础和指导思想。

我们在此处说的科学方法是指第二层次的一般方法。一般方法是特殊方法的归纳和综合，以哲学方法为指导，对各门学科都具有较普遍的指导意义。“提高生物学素养”是新课程的基本理念，科学方法则是科学素养中最核心的内容，在初高中阶段的各学科基础知识的教学中，让学生接触并了解乃至亲身应用这些科学方法，对培养学生缜密的科学思维、提高科学素养具有重大的作用及意义。

科学研究只有建立在大量事实材料的基础上，通过逻辑思维方法对这些材料进行加工整理才能不断地发展与进步。所以，科学方法根据科学研究中的步骤可分为获得数据或事实材料的方法和分析处理材料的方法两大类。

二、获得数据或事实材料的方法

获得数据或事实材料的方法主要有观察法、实验法和调查法。观察法是指人们在自然条件下通过感官或者一定的仪器，有目的、有计划地观察研究对象并及时记录下来以获得相关科研材料的方法，实验法是观察法的补充和发展。当通过观察提出未知的问题时，可以通过实验来提取出我们所期望的、可以解答问题的答案。实验法人为干预自然中的各个因素更有利于揭示自然事物的本质。在大多数情况下，观察法和实验法相辅相成、共同作用。如孟德尔的豌豆杂交实验，孟德尔在做实验的时候，必须先观察豌豆的相对性状，才可以设计出杂交的方案，杂交过程是实验法，在收获种子的时候也要观察好豌豆种子的形状及数量。调查法是指为了达到某一目的，制定一个计划全面或者比较全面地收集研究对象某一特定方面的材料，以供我们分析、综合得到结论的科研方法。调查法比较适合从群落或者系统层次上发现问题，是生态学研究的重要方法。在科学家研究曼彻斯特地区桦尺蠖体色基因频率的变化中，应用了观察法和调查法。要先观察出桦尺蠖体色的相对性状，然后运用调查法，统计一定数量的桦尺蠖中深色与浅色的数量，对比工业革命之前与之后桦尺蠖体色的数量比，可以明显看出种群的基因发生率变化。

三、分析处理材料的方法

分析处理材料主要有逻辑思维（包括归纳与演绎、分析与综合、类比）、非逻辑思维（包含形象思维和直觉与灵感）、模型方法和系统方法等。

1.逻辑思维是人们在认识过程中借助于概念、判断、推理反映事实的过程。归纳和演绎是一对思维方向相反的推理形式和思维方法，归纳是从特殊事实中概括出一般原理或规律，演绎是从普遍性结论或一般性事理推导出个别性结论，二者互为补充、相辅相成。孟德尔在豌豆杂交试验中，通过实验数据归纳出性状是由基因控制的，所有具有相对性状的生物都符合基因分离定律这一普遍性的规律，这是运用归纳法由个别结果推测普遍规律。为了验证这一假说的正确性，孟德尔预测了豌豆测交的结果，通过第二年测交实验验证了预测的正确，测交实验是孟德尔运用了演绎法通过一般规律推测个别结论。分析与综合也是互为表里的一对思维方法，分析是将研究对象整体分解为一个个部分来研究，综合是将研究对象的各个部分整合起来从整体上去认识和把握。如上面曼彻斯特桦尺蠖种族基因频率与环境污染间的关系，就有运用这两种方法。最初科学家只是统计调查出深色桦尺蠖所站的比例越来越大，并不清楚这种变化的原因，这是和大环境割裂开来只分析生物的原因。与环境综合起来对比，就很容易发现桦尺蠖体色的变化和曼彻斯特地区的污染息息相关。类比是指由两个对象的某些相同或相似的方面来推断它们在其它性质上也有可能相同或相似，是从特殊到特殊，从一般到一般的推理。萨顿的关于基因位于染色体上的推理就是典型的类比推理。

2.非逻辑思维包括形象思维和直觉与灵感。形象思维指人们在认识事物过程中对事物表象进行取舍时形成的，只用直观形象的表象解决问题的思维方法。形象思维包括表象的再现、想象和联想。而直觉和灵感是当问题无法解决，是大脑不加思考而产生的想法，不具有逻辑性和必然性，对错与否也要经过证明，但是却是创新能力形成的重要因素。

3.模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法，是逻辑方法的一种特有形式。模型舍去了原型的一些次要细节、非本质的联系，以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系，是连接理论和应用的桥梁。模型主要分为数学模型、物理模型和概念模型。数学模型是指用数学的方法来描述两件事物之间的联系；物理模型是指以实物或者图片等形式直观地表达认识对象的特征；概念模型是指以文字对真实世界中的问题或者理论的描述。在教材展示的孟德尔豌豆杂交实验中，这三种模型都有用到。教材中用概念图的形式清楚地展示了杂交的过程以及母本和子代的形状，这是图片形式的物理模型，有助于形象记忆。而子代的性状以及数量比例都可以运用数学中的概率计算得出，这是一种数学模型，用一种数学式表达集中因素之间的关系。最后孟德尔得出的文字描述的遗传第一定律与第二定律，这是一种概念模型。

4.系统方法是指在明确系统边界后，在分析组成系统各要素、层次结构的基础上分析系统内各组分间关系的方法。系统方法适用于生态学方面，桦尺蠖的研究也在一定程度上应用了系统方法。以曼彻斯特地区的大环境为系统，系统中对桦尺蠖体色有影响的关键因素有树干、树干上的地衣，捕食桦尺蠖的鸟儿以及环境污染。工业革命之前，曼彻斯特森林茂密没有污染，所以树干上长满浅色的地衣，桦尺蠖趴在树干上，深色的容易被鸟儿看见吃掉，所以浅色个体占大多数。工业革命之后，污染严重，地衣死亡，煤灰将树干染成黑色，深色的桦尺蠖容易躲过鸟儿的眼睛而存活下来，所以深色个体占绝对优势。这是以系统整体分析各个要素、层次的系统方法。

在教材中通过教学将科学方法渗透给学生，是培养学生严谨科学思维、提高科学素养的绝佳素材。

参考文献：

[1]张伟刚.科学研究方法导论[M].北京:科学出版社,2009.

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著名理论物理学家、诺贝尔奖获得者费恩曼说过：“科学是一种方法，它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到什么程度（因为没有事情是绝对已知的），如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则，如何去思考事物，作出判断，如何区别真伪和表面现象。”科学教育中的“科学过程”主要是指在一般的科学研究中，那种普遍适用的系统化的操作方法和步骤。美国《国家科学教育标准》中把科学过程与方法看成一个系统，是指一系列的相互联系的科学家普遍使用的研究方法和程序。我国的基础教育课程改革强调科学探究，强调让学生亲历科学，在体验中学习。这种新型学习方式的提倡意在改变传统单纯接受式的被动学习方式。学生不是被动地记忆科学的结论，而是经历这种结论得到的过程和懂得获取的方法。

科学家认为对自然现象的认识不能停留在事实的层次上，需要进一步透过现象，深入内部，抽取有关事物的本质，并且舍弃一切非本质属性的结论，即提炼出反映事物本质属性的内在的客观规律的各种“概念”和“定律”来。这个过程是通过探究来完成的。但科学家不管用何种探究模式，其基本的环节是共同的：科学问题的提出，科学事实和资料的收集，猜想和假设的建立，检验与评价，表达与交流。科学教育中的科学探究学习方式的主要环节也与此相类似，表明探究学习体现了科学教育与科学研究本质上的一致，反映了科学教育与科学研究内在的统一。科学探究强调知识获取中的体验，强调过程与方法，既是对我国传统教育的纠偏，也反映了科学素养的核心要素。

2 高中生物课程中基本的科学研究方法

科学方法可分为多个层次，这里所指的生物科学研究方法主要是指科学研究的一般方法，如科学观察方法、科学实验方法和科学调查方法，特别是指科学实验方法。科学研究总是从观察开始，通过观察发现问题，然后提出假设，并对假设做出基本预测，最后设计实验来验证假设。如果实验结果与假设不一致，则说明原来的假设是错误的，要修改假设，重新实验；如果实验结果与假设一致，则说明原来的假设是正确的，可将假设上升为学说或理论。科学方法教育应包括科学研究中“过程技能”（观察——问题——假设——实验——结论）的教育，还应包括观察、调查、实验等具体的方法技能。科学方法教育中尤其要重视科学思维的训练，即努力使学生将科学方法内化为自己的思维方式和行为方式。

2.1 观察实证的方法

观察实证是指通过对研究对象大量的观察、实验和调查，获取客观材料，从个别到一般，归纳出事物的本质属性和发展规律的一种研究方法。

2.2 假说—演绎法

假说—演绎法是指在观察和分析的基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的；如果不符，就说明假说是错误的。所以假说—演绎法的根本过程是：发现问题——提出假说——演绎假说——实验证明——提出结论。在孟德尔的一对相对性状的杂交实验中很好地展现了假说—演绎法，也正是由于他采用这种方法才获得了科学上不朽的成绩，为人类揭示了遗传之谜。“假说—演绎法”是形成和构造关科学理论的一种重要思维方法。对学生来讲是“授之以渔”的重要手段之一；学完课程以后，他们对别的都可以忘记，但这些方法会存留下来，这就是真正的素养和能力。

2.3 建立模型的方法

新课标中建立模型被列为一项技能目标，并作为高中学生必备的生物科学素养。国家和地方的新高考大纲（说明）也已明确将这一技能素养的掌握水平作为考核对象，2007年全国高考生物江苏卷中就已出现涉及模型构建问题的考核尝试。因此，在平时的教学和高考复习中，教师和考生都要予以重视。由于新课标要求学生学会建立的模型主要是思维形式的模型，因此笔者拟针对几种常见思维模型的构建方法提出如下建议。建立模型的一般程序：（1） 掌握原理。掌握模型所代表的知识、过程、规律、机理等，弄清模型的构成要素或包含内容之间的逻辑关系。（2） 明确类型。明确所构建的模型属于哪种类型，知道该种模型的特点及表现形式。（3） 构建草图（框架）。选择适当的图形、文字、符号勾勒出草图，或用适当的文字符号搭建框架。基于模型的通适性、典型性，所以在构建时只需要考虑大多数情况即可，一般不考虑极少数情况或特例。（4） 修饰完善。对照原理查验所构建的草图（框架），确保其科学性；然后进一步修饰完善模型，力求规范、简洁、直观、有美感；最后构建出正式的模型。（5） 补充诠释。对一些模型要添加必要的文字说明、示例、图注等，使模型更科学、更清楚、更规范。

2.4 系统分析法

系统分析方法是指把要解决的问题作为一个系统，对系统要素进行综合分析，找出解决问题的可行方案的方法。它从系统的着眼点或角度去考察和研究整个客观世界，为人类认识和改造世界提供了科学的理论和方法。它的产生和发展标志着人类的科学思维由主要以“实物为中心”逐渐过渡到以“系统为中心”，是科学思维的一个划时代突破。系统分析是一种研究方略，它能在不确定的情况下，确定问题的本质和起因，明确咨询目标，找出各种可行方案，并通过一定标准对这些方案进行比较，帮助决策者在复杂的问题和环境中作出科学抉择。

3 生物教学中开展科学研究方法教育的途径

生物学是一门实验科学，有着众多的可以渗透科学方法教育的内容。教师在努力钻研教材的基础上，要充分挖掘教材中对学生进行科学方法教育的素材，将科学方法教育渗透到教学过程和学生的学习过程中。

3.1 通过生物学实验开展科学研究方法教育

高中生物教材中有着众多的学生实验，每做一个实验都是学生亲身体验科学研究方法的过程。在教学中尽教师要可能地将验证性实验变为探究性实验，要求学生通过明确实验目的、自己设计实验、讨论完善实验、最后实施实验步骤等过程，使学生体验到科学研究的方法和过程。另外，教师在备课和教学中应将科学研究方法很好地贯彻到每一个实验中，根据实验内容的不同有目的的让学生体验科学研究的过程，接受全面而完善的科学研究过程和方法的认识与训练，使学生认识、经历科学研究的过程，理解科学方法的本质，并训练其使用有关的具体方法完成每一步骤。这是培养学生发现问题、分析问题、解决问题能力的有效思维方式和操作方式。教师要注重鼓励学生得出自己的结论、畅述自己的观点。

3.2 通过生物科学史开展科学研究方法教育

“读史使人明智”，生物科学的每一项重要发现都是科学方法正确应用的典范。科学的方法是人类探索真理，发现新理论和获取新知识的重要手段，生物教学也离不开科学方法的探索、理解和学习。

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。

3.3 通过探究性教学开展科学研究方法教育

在新一轮的课程改革中，科学探究不仅被作为重要的理念强调，作为教学建议提出，而且被列入了课程目标和内容标准之中。在现代教育文献中“科学探究”、“探究式教学”、“探究式学习”都是指学生在学习过程中模仿科学家进行科学探究的思维方式来主动构建知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的学习方式。这种学习方式在学习内容上，不但包括事实、理论等陈述性知识，还包括科学过程和方法等程序性知识。在教学策略上，教师通过创设一定的探究情景，让学生发现问题，做出猜想与假设，并通过实验、调查、查阅文献等方式搜集与处理信息，对猜想与假设进行论证，最后通过表达与交流活动对自己的探究过程进行反思与评价。在这一过程中学生获得知识与技能，掌握解决问题的方法，获得情感体验。一般情况下，探究式学习环节分为：提出问题——猜想与假设——方案的设计与选择——收集证据——解释与结论——评价与反思——交流与表达等7个方面。

3.4 通过研究性学习开展科学研究方法教育

研究性学习是一种以学生的自主性、探索性学习为基础，从学生生活和社会生活中选择和确定研究专题，主要以个人或小组合作方式进行的一种学习方法。学生通过亲身实践获得直接经验，养成科学精神和科学态度，掌握基本科学方法，提高综合运用所学知识、解决实际问题的能力。科学是一门具有崭新教学理念的学科，学习的核心便是科学探究。科学探究也涉及到提出问题，并通过猜测、计划、观察等活动，亲历解决问题（科学探究）的过程，获得科学知识，形成科学价值观。研究性学习与科学探究都是通过学习者从提出问题到解决问题的探索实践过程来实现科学知识的掌握和科学价值观的形成，以提高学习者解决问题的能力的学习方式。哈佛大学就有这样一句名言——教育的真正目的就是让人不断提出问题和解决问题。它较好地说明了研究性学习、科学探究在教育活动中的重要性，学生亲历科学探究的过程是获取科学知识和培养科学价值观的主要途径。

研究性学习是现在高中学生的一门必修课，利用研究性学习使学生实践科学研究方法，可以使学生真正体会到科学研究方法的重要性，学会如何将一些科学研究的理论知识应用到实践中，研究性学习既是学生对科学方法的实践，也是教师进行科学方法教育成果的检验。

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关键词 学科思想 学科方法 教育价值 实验探究

中图分类号 Q-49 文献标识码 E

在当代科学技术领域中，基因工程、生物芯片、克隆技术等生物技术在社会发展中显示出强大的经济力量，其中所蕴含的生物科学思想、原理和方法，正在对其他学科和社会变革产生广泛而深远的影响。对学生进行生物学科思想教育能在很大程度上影响着学生未来知识储存和能力发挥的状况，对提升生物课程的教育价值有一定意义。

1 生物学科思想与学科方法的教育价值

1.1 生物学科思想与学科方法的思辨

生物学科思想是人们对生命科学本质规律的理性认识；而生物学科方法是在解决生物学科问题过程中所采用的各种手段和途径。二者既有联系又有区别，生物学思想是生物学方法的理论基础，生物学方法是实施有关生物学思想的技术手段。运用学科方法解决问题的过程，是感性认识不断积累的过程，当这种积累达到一定程度就会产生飞跃，从而上升为学科思想；而生物学科思想是生物学知识的精华，又反过来对学科方法起着指导作用，为学生理解和掌握生物学的本质提供了优化的途径。

1.2 生物学科思想与学科方法的教育价值

长期以来，生物学教育过分注重知识的传授，对生物学概念和定律的发生发展过程揭示不够，更忽视了让学生通过体验去思考知识背后的思想和方法，因此学生所学的知识很难在不同情境中灵活地迁移，束缚了学生创造性思维的发散。学科思想相对于零散的知识点而言，更易内化为人的主观认识，因此在生物教学中，以大量的知识为载体，让学生在认同和理解学科思想和方法的基础上，通过实践形成自身的情感、态度和价值观，这将直接影响他们对生命本质认识的敏锐性和准确性，对学科思维的形成有一定的指导作用。

2 生物学科思想的内涵

生物学科思想指那些对学科学习最具影响力的观念、思想和见解，它们内隐并不外显，积淀在生物学知识的形成过程中。从这个意义上说，教师在讲解生物学知识时，应该挖掘这些思想内涵，并将其自然而然地呈现出来并获得认同。这也是教师引导水平与课堂智慧的体现。

2.1 辨证唯物主义思想

在生物学中包涵着许多自然辩证法思想，其核心就是对立统一的思想，在生命活动的过程中，普遍存在许多矛盾的运动，例如同化作用与异化作用、遗传与变异、生物适应性的普遍性和相对性等。这些都表现出对立统一的关系。同化与异化作用的对立统一是生命活动的基础，而生命繁衍过程中的遗传和变异，在维持物种稳定性的基础上发展生物的多样性，是推动生物进化的内在动力。

生命运动的基础是生物体内物质的化学变化，生命科学研究中越来越多地运用物理和化学手段来揭示生命运动的规律恰恰基于世界的物质观，因为细胞和组织都是物质的、运动的。

从病毒、细菌、植物、动物直至人类，生物世界尽管表现形式千姿百态，但不同的生物却高度统一，其最基本的组成物质都是核酸和蛋白质，并且无论生物的进化位置如何，几乎都在遗传表达中使用同一套遗传密码。教师在教学中适时向学生展示在分子进化上所体现的“大一统”的格局，有利于促进学生形成辩证的思维方式，客观而理性地看待生物的适应性与多样性。

2.2 自组织与非因果决定性思想

奥地利物理学家薛定谔曾在《生命是什么》中指出：“用经典物理学和化学去描述生命现象是不可能的，经典物理学中一种原因只能产生一种结果的机械决定论模式并不适应生命世界。”

生命系统最基本的特性是开放性和自组织，即通过与外界环境交换物质和能量，通过自身的演化而形成的一个稳定而有序的系统，但这种稳定不是封闭系统中的平衡，而是一种动态的平衡，是一种相对稳定的状态。因此复杂的生命系统在与环境共同作用的过程中，既有规律可循，同时也存在很多不可预测的“变数”。例如传统遗传学认为一种性状由一对基因决定，二者之间有决定性的因果关系，但是，这种简单的模式不利于了解生物大多数复杂的性状，许多性状由多对基因控制，它们控制着生物体内成千上万的化学反应，同时反应的产物又会反作用于基因的表达，这些基因的传递并不简单地遵循孟德尔遗传定律，这种基因与环境之间高度复杂的交互作用决定某种性状出现的倾向性和易感性，并非因果关系。生命运动的每一个过程都有非常多的发展方向，生物体内中某个微小的变化就可能改变这个系统的演化方向，正是因为生命系统具有混沌和非线性的特点，生命现象和生命活动的规律往往并不遵循因果决定原则，大都表现为统计学意义上的规律，这种概率性源于生物的个体差异和随机性，与机械运动有着明显的不同。

教师在教学过程中渗透自组织与非因果决定性思想，可以帮助学生从整体观来认识生命运动的不确定性，用多元、理性和宽容的观点来看待生命科学的发展。

2.3 信息流思想

生命系统是物质、能量和信息的统一体，掌握生命活动的规律，不仅要研究生命活动中的物质和能量的变化，还要研究系统内部的信息传递作用。生命活动中的许多过程，如生长发育繁衍过程、免疫反应以及生态平衡等，虽然外部表现为物质或能量的变化，但本质都是信息的传递和交流的过程。

生命活动的信息流主要包括遗传信息流、生命活动信息流与生态系统信息流。遗传信息流即“中心法则”，指遗传信息的传递与表达的过程，该过程指导着细胞中物质和能量的一系列变化从而控制生物的性状；生命活动的信息流即生物体的应激调节，通过特定细胞释放的激素、乙酰胆碱等化学信号分子经体液运输到达靶细胞，启动靶细胞一系列生化反应，以适应不断变化的外部环境；生态系统信息流指生态系统内部的信息交流，即生物之间通过物理、化学和行为信息等调节生物的种内与种间关系，从而维持生态系统的稳定性。教师在教学中帮助学生从信息论的视角认识生命现象，有利于使学生认识不同层次生命系统的反馈调节机制，使他们形成一个较全面的动态平衡思想，从而更好地理解生产生活实践中相关原理的运用。

2.4 生物演化思想

生物进化是指生命形态发生、发展演变的过程。高中生物教材中不仅有专门的章节表述（人教社必修2的第七章“现代生物进化理论简介”），而且整个教材不管是内容编排还是知识结构上，都折射出进化的思想。

现代达尔文主义认为，变异、选择和适应贯穿在任何一个物种的演化过程中，这是生物与环境相互作用的结果。例如在有性生殖的过程中，由于配子形成过程中染色体组成的多样性与精卵结合的随机性，同一双亲的后代呈现几乎无限的多样性，另外由于性别、年龄、免疫系统以及在开放系统中所收集到的信息不同，有性生殖的种群中不存在两个完全相同的个体。再比如高等生物每105～108个生殖细胞才有一个发生基因突变，但在拥有大量个体的群体中就足以提供丰富的变异来源，多样性为生物进化提供大量的选择材料，生物圈就在这样的物种演变中维持着自身结构与功能的稳定性。

教师在教学过程中融入进化的观点，可帮助学生认识到生物进化是物种演变而非物种进步，因此人类只不过是自然界众多物种的一个分支，人类的行为作为自组织系统的一个部分也将影响自然界中物种的演变，从而最终改变人类自己。

3 生物学科方法示例

认识生命现象，探究生命活动本质的过程离不开科学的方法。从方法论的角度看，生命科学研究的方法包括一般科学方法和具体科学方法。一般科学方法包括观察、调查、分类、实验、分析等。具体科学方法指控制变量法、假说演绎法、模型构建法等。生命科学的研究往往是通过大量的实验证据来支持某个生物学的观点，图1以实验探究为例说明生命科学研究的特殊方法。

实验探究是针对研究目的，在人为控制条件的基础上，对研究对象进行干预或处理后，观测所产生效应的研究方法。该过程包括提出问题、作出假设、设计实验方案、实施实验、分析实验结果等（图1）。

案例：探究铅中毒对大鼠学习记忆的影响。

步骤一：提出问题，做出假设。

汽车尾气及工厂排放出的废气使空气中聚集大量的铅尘，铅尘悬浮物离地面大约0.8 m，因此铅会轻易地通过呼吸道和消化道进入儿童体内；另外儿童喜食的膨化食品、经常用的蜡笔、铅笔和一些色彩特别鲜艳的图书、餐具以及用油漆刷过的积木等玩具，都含有铅的成分，经常接触铅的孩子行为活动能力减慢。由该背景作出假设：铅中毒可能影响动物的神经活动。

步骤二：设计实验方案并实施。

选择大鼠为实验对象，分为四组，设置三个醋酸铅溶液饮用水平：0.05、1、2 g?L-1，对照组饮用蒸馏水。连续饲喂60 d后，进行水迷宫实验，在池水中加入少量墨水使大鼠无法看到水下隐蔽平台。让大鼠从四个方向入水点入水，训练其寻找水面下隐蔽平台。重复训练4 d后撤去平台。

本实验醋酸铅染毒组为实验组，饮水组为对照组，测定从入水点到原平台水域的时间用以反映大鼠学习记忆的能力。如果条件许可，还可测定脑组织匀浆铅含量及乙酰胆碱酯酶（AchE）活性。

步骤三：记录与整理数据。

本实验可能受到的影响因素很多，大鼠的个体差异、水浴温度、入水方向、人为操作与观察角度的变化等因素均可能干扰大鼠寻找平台。为减少误差，由同一人采用固定的操作模式，大鼠训练时不要有人在场，在另一处用视频探头跟踪观察。应尽可能采集足够的样本数量，及时记录并整理。

步骤四：分析实验结果是否支持假设。

饮用水中醋酸铅浓度越高，大鼠到达原平台水域的时间越长，说明铅中毒可能影响大鼠的学习记忆能力，支持假设。

该活动涉及到生命周期、环境控制、变化缓慢等问题，实验数据的离散度比较大，得出结论并非易事，。在讨论交流的过程中，学生认识到对于复杂的生命系统的研究，不能只进行单因子分析，还应分析无关变量对实验结果的影响，揭示控制条件与观测结果的对应关系必须有大量的样本支持，该活动的结果表现为统计学意义上的规律。

该案例为2013年全国高考福建生物卷第27题的背景，其中所蕴含的生物学科思想和方法非常丰富，校本选修活动借鉴该背景开展实验探究，有利于培养学生科学探究的能力和勇于探索的科学精神。

总而言之，学科思想方法的教育理念对教师的专业素养与引导水平提出了更高的要求，教师有意识地通过生物学科知识引发学生思考，让学生在“方法”或“哲学”层面上认识生命运动的一般规律，是生物课程教育价值的重要体现。

参考文献：

[1] 李松林，杨静.基于学科思想方法的整合性教学研究[J].课程与教学，2011，1：43-46.

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中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）10-089-01

目前许多中学生对学习越来越不感兴趣，对像生物这样的所谓“副科”更是呈现厌学的势态，如何改变这种现状，让学生对生物课感兴趣，成为老师急需解决的问题。

一、充分运用直观教学，提高学生的学习兴趣

首先，自制简易模型，激发学生学习兴趣。例如，在讲“人体内废物的排出”中的肾单位时，为了便于学生记忆，我就制作了一个简易的肾单位模型：用一团毛线做肾小球，两端的线头抽出来作为入球小动脉和出球小动脉，用卡纸制作一个空心的球体，上方下陷，作为肾小囊，球体下面挖个孔，用一根空心管接起来，空心管代替肾小管。把线团放在球体下陷的部位，线团抽出来的其中一端缠绕在空心管上，作为出球小动脉包绕在肾小管外面的毛细血管。这样，一个简易的肾单位就制作好了。学生看起来很直观，学起来也不抽象了。课后还可以让学生模仿自制这样的肾单位。在讲骨骼运动时，对于骨牵引骨骼肌绕关节运动，可以用橡皮筋、薄木片和铁钉组装而成。这样简单易做，经济实惠，学生既掌握了知识，又提高了学习生物的兴趣，还培养了动手动脑能力和理论联系生活实际的能力。

其次，安排学生上课时自带实物比较学习。如在学习花的结构内容时，让学生收集一些常见的花，在课堂上拿出来互相观察、比较，然后小组合作探究，结合课本记录下花的结构。同样，在学习种子的结构时，可以让学生自带蚕豆、花生、玉米、小麦等一些种子进行比较学习。在实物面前，直观的观察远比抽象的讲授有兴趣。

二、巧设教学情景，引导学生积极学习

教学情境设置适当则可以优化教学效果,引导学生在良好的教学情景中去积极主动、有机融合学习生物知识,从而充分发挥出学生的探究思维及探究兴趣。教师在教学情境中应该巧妙地穿插文字以及教学资料图片,也可以通过录像以及PPT课件来创造教学情景,甚至可以将实验的动画演示通过多媒体技术在课堂上向学生展示。比如,在学习细胞有丝分裂这个知识点时,因为这个知识点比较抽象,学生难以领会,为此,教师就将有关细胞分裂的动态过程巧妙地制作成多媒体课件,从而让学生亲身感受到细胞分裂之真实情景。同时,在这个教学情境中,向学生提出与细胞分裂的相关问题引导学生积极地去探究情景,加深细胞周期及着丝点分裂等基本概念,了解染色体、染色单体及DNA在细胞分裂过程中如何变化与变化中存在的各种关系,从而构建出自己的生物知识学习体系。此外,也可以结合教学实际精心设计探究式问题情境,启发学生对生物知识产生一种认知需要,积极主动参与探究生物学知识。比如,在学习遗传的基本规律这个知识点时,就可以运用情境提问式向学生导入探究课题。“为何有的学生是双眼皮,有的学生是单眼皮?“”为何有的学生的父母均是双眼皮,而他却为单眼皮?”,“为何有的学生是双眼皮,而其姐妹却是单眼皮呢?”运用这种探究性的情境提问,可以调动学生的积极性及学习兴趣,引导学生积极思考、讨论与学习,充分提高课堂教学效果。

三、鼓励学生把自己的生活知识带进课堂

首先，在生活经历中体验生物知识。学生虽然还小，但仍在每天的衣食住行中积累了丰富的生活体验，这些都是无形的课程资源。在教学中，注意挖掘利用这一资源，既让学生感到熟悉和亲切，从而乐于学习，也使课堂教学避免了从理论到理论。比如在讲授“关注合理营养与食品安全”一课，如果脱离学生的生活实际，就会使其变得枯燥乏味。在教学中引导学生积极思考，从他们的日常生活饮食习惯入手，来分析哪些食品含有什么营养，怎样搭配营养才全面，还让他们列举了曾遇到的食品安全问题，同学们积极发言，气氛热烈。经过大家相互讨论交流，把书本上的知识变成了自己生活中经历的内容，从自己生活经历中提炼出了生物学知识，就使这些知识得到升华，真正成为在他们的生活中起作用的宝贵财富了。

其次，鼓励学生在生活中运用生物学知识。学生学习的快乐，不全部在于考试得了理想的分数，更在于把在课堂中学到的知识应用于生活实际，去解决了具体问题。所以，有意识地布置一些具有探究性质的作业，让学生们去完成。在学习了“关注合理营养与食品安全”后，我给学生布置的作业是：根据父母的健康状况和身体需要，为他们设计一份营养食谱，且亲自烹调，并请父母品尝，还向父母介绍其中的道理，请父母做出评价。在寒假时，我布置了“栽蒜苗”的作业，让学生做出完整的探究实验记录，内容包括各对照组大蒜的发芽率、温度、水分、光照等条件对其生长的影响等，这样，既让学生应用了所学的知识，也培养了他们耐心、细致的科学探索精神，还用自己的劳动成果丰富了家庭的春节餐桌。开学后，学生们对这样作业的喜爱之情溢于言表。

篇5

一、整体构思，做好篇章安排的框架结构。

框架结构包括整个高初中知识章节的框架、每节教材、每课的框架结构。

1、 构建书本知识的框架结构。

这就像是面对一张尚未做出任何规划的地图，首先应从整体到局部，做出比较合理的规划来。比如：高中生物分别从细胞、遗传、稳态、生物技术实践、现代科技的发展几个方面来对生物进行诠释和阐述。如果把整个高中生物教学比喻成一张社会的地图，那么，细胞部分大体相当于一个家庭的基本运作情况；遗传部分则侧重于家庭中的婚姻与繁衍问题；稳态则是从整个社会中各个家庭的作用出发，协调统一地发挥着具体的作用，以维持社会的稳定，以期共同的进步；生物实践部分侧重于能力的培养；现代科技专题部分，则是对个别家庭中表现突出的事例予以揭示和引导。

明确了以上内容，在安排具体的章节知识的时候，就非常明确了它在整个知识体系中的作用了。如内环境和稳态，那实际上就是讲的家庭和家庭之间共同生活在一个相对稳定的社会环境之中的问题。公路上来来往往的汽车，运来了每个家庭所需要的东西，运走了产生的废物，仅此而已。从这个意义上说，我个人以为，走进生物的大门，深入“里面”去学习，比在“外面”一个一个专业知识点的讲解，效果将更好。

2、每堂课的框架结构

如上面所述，明确每章每节每课内容在整个知识体系中的作用，是构建每堂课框架结构的基础。然后参照教参、课标、考纲、目的要求制定出本堂课的具体操作方式。如怎样培养学生的思维能力，推断能力，提取信息的能力，对书本知识的再利用，即举一反三的能力，实验设计能力等的规划。

二、 注意课堂教学的六个“化”。

即：网络清晰化，思路条理化，知识细致化，语言艺术化，设问层递化，情景对照化

1、网络清晰化。即点与点，节与节，章与章知识必须有一个清晰的网络。也就是做到“心中有教材”

2、思路条理化。就是整堂课先干什么，再做什么，前后知识在什么地方设置伏笔，什么地方照应等等，必须做到心中有数。

3、知识细致化。即对重点知识，必须从正、反、逆、变，从来源、去路等多方面，引导学生进行深入细致的分析。现在的高考强调的是立足于书本，而高于书本。书本知识就那么多，怎么高，如何高，不外乎就是求变。而变，有正向的延伸，反向的逆向思维，缺陷条件的应用，新环境下的探索等。

4、语言艺术化。是指讲授时，语言要有艺术性。不仅表达要准确，而且要抑扬顿挫，注意生动形象的表达。

如噬菌体侵染细菌的实验，让学生理解其复制和增殖利用的是细菌的原料，能量。我这样描述：噬菌体某种东西进到细菌体内了，它要“吃饭”，要“穿衣”，这些东西从哪里来？它产生后代要能量吧？那又从哪里来？这样学生就容易理解了。

5、设问层递化，就是对每个知识点先引出什么，设立一个什么问题，解答之后如何引出下一个问题，再得出什么结论，课前要反复的推敲。

6、情景对照化。即前设疑，后印证。也就是语文知识中的伏笔的应用。前面设置一个场景，为后面解决某个疑难问题提供依据，再引出另外的问题，设置另外的场景，等到另外的某个时刻应用。

三、选材要有针对性，即常说的要做到因材施教。我称之为“梯步教学法”。

不同的班级，学生的层次是不一样的。学生的智力其实是相差不大的，所以这里的不一样，是指知识掌握程度的不同。做教师的都知道，同样的知识点，对有的学生来说，是滚瓜烂熟，对有的学生来说，就是一片茫然。所以，同样的知识点在处理方式上，对不同的学生就应该不同。即对层次好的，梯步设置陡点，步幅大点，知识处理深入点；反之，对相对较差的，则相对表面化一些。目的是好学生对其求精、求广，后者则重视基础教育。如神经系统突触结构的教学中，对成绩相对较差的班级，重点讲述其结构、传递方向、电位变化，最终明确其传递方向是单向的。对好成绩的班级，除了上述知识的处理外，还必须对递质释放过程，线粒体的作用，突触间隙液体的成分隶属关系，递质起作用后的去向，某种药物直接或间接作用于递质后对传递效果的影响，后膜受体是如何起作用等进行分析。

四、调动学生的参与度

上述方式，整体上目的是充分吸引学生的注意力。但是很大程度上，学生依然是处于被动的接受的地位。要充分调动学生的情商，除了思想上的参与外，在很多时候，还必须调动他们身体上的参与。在以讲授课为主导的课堂中，个人以为，不妨设立如下模块，来充分调动学生的参与度。

1、以多媒体直观教学，充分吸引他们的眼球。

2、多动笔。除了演算或画图解外，设计实验方案或试验步骤也可用。

3、上黑板展示自己的演算过程或对遗传图解进行标识，再让另外的同学进行现场的评改或纠正。