生物論文高中生物課程中的科學(xué)方法探究

1、滿招損，謙受益。尚書(shū)陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 邵博文潘何偉摘要：高中新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，科學(xué)方法正是科學(xué)素養(yǎng)的核心內(nèi)容。文章分析、整理了高中教材中展現(xiàn)的科學(xué) 方法，研究了課標(biāo)的指導(dǎo)意義及要求，辨析了相關(guān)的科學(xué)方法， 以期對(duì)課堂教學(xué)有所幫助。教育期刊網(wǎng)關(guān)鍵詞：高中生物教材；科學(xué)方法中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-0568 (2014) 18-0089-02人教版高中生物教材必修一分子與細(xì)胞“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型” 一節(jié)中，講述第一部分的知識(shí)點(diǎn)“對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探 索歷程”，以科學(xué)史的方式講述生物膜的發(fā)現(xiàn)過(guò)程一一歐文頓經(jīng) 過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不能溶于脂質(zhì)的

2、物質(zhì)更容易通過(guò) 細(xì)胞膜得出結(jié)論：膜是由脂質(zhì)組成的。這里展示了歐文頓用觀察 法和實(shí)驗(yàn)法得出可供分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后運(yùn)用分析歸納法得出結(jié)論。關(guān)于細(xì)微的看不見(jiàn)的不容易想象的磷脂分子，課本給出了磷脂分子的結(jié)構(gòu)示意圖，這是物理模型法。羅伯特森用實(shí)驗(yàn)法發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞膜“暗一亮一暗”的結(jié)構(gòu)，課本也給出了圖片形式的物理模型，直接展示了羅伯特森所拍到的電鏡照片，可以清楚地看見(jiàn)細(xì)胞膜“暗一亮一暗”的三層結(jié)構(gòu)。在細(xì)胞膜流動(dòng)鑲嵌模型這 一知識(shí)點(diǎn)上，課本首先描述了熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí) 驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)法并用圖片明確記憶，向?qū)W生展示了發(fā)現(xiàn)的過(guò)程， 在給出結(jié)論的時(shí)候，同時(shí)運(yùn)用了物理模型和概念模型，既有用文字具體描述的流動(dòng)

3、鑲嵌模型如何存在的概念模型，也有用圖片直接展示出來(lái)的物理模型。上述實(shí)驗(yàn)法、歸納法、物理模型和概念模型等都是科學(xué)研究 中所運(yùn)用到的科學(xué)方法。在一課時(shí)的教材中就蘊(yùn)含如此多的科學(xué) 方法，但是，在生物課堂上對(duì)于科學(xué)方法的教育和培養(yǎng)卻很是缺 乏。究其原因，一方面是教師對(duì)科學(xué)方法概念的理解不到位、范 圍不清楚所致；另一方面是課堂上科學(xué)方法教育教學(xué)策略的欠 缺。本文將系統(tǒng)闡述一下科學(xué)方法的概念及分類。一、科學(xué)方法的概念及層次在科學(xué)研究過(guò)程中，為解決科學(xué)問(wèn)題技術(shù)難點(diǎn)所使用的方法 稱為科研方法?？蒲蟹椒ǚ譃槿齻€(gè)層次：第一層次是適用于各門 學(xué)科特點(diǎn)的特殊方法，如生物化學(xué)中的原子示蹤法、 粒子物理中 的核一核碰撞實(shí)

4、驗(yàn)方法等；第二層次是各門學(xué)科研究的一般方 法，是特殊方法的歸納和總結(jié)， 對(duì)各門學(xué)科研究具有比較普遍的 指導(dǎo)意義，如觀察法、實(shí)驗(yàn)法等；第三次是最具有普遍意義的哲 學(xué)方法，是一種世界觀又是一種方法論，最本質(zhì)上是思維方法， 是研究各類科研方法的理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)思想。我們?cè)诖颂幷f(shuō)的科學(xué)方法是指第二層次的一般方法。一般方法是特殊方法的歸納和綜合， 以哲學(xué)方法為指導(dǎo)，對(duì)各門學(xué)科都 具有較普遍的指導(dǎo)意義?！疤岣呱飳W(xué)素養(yǎng)”是新課程的基本理 念，科學(xué)方法則是科學(xué)素養(yǎng)中最核心的內(nèi)容，在初高中階段的各學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)中，讓學(xué)生接觸并了解乃至親身應(yīng)用這些科 學(xué)方法，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生縝密的科學(xué)思維、提高科學(xué)素養(yǎng)具有重大的

5、作用及意義?？茖W(xué)研究只有建立在大量事實(shí)材料的礎(chǔ)上，通過(guò)邏輯思維方 法對(duì)這些材料進(jìn)行加工整理才能不斷地發(fā)展與進(jìn)步。所以，科學(xué)方法根據(jù)科學(xué)研究中的步驟可分為獲得數(shù)據(jù)或事實(shí)材料的方法 和分析處理材料的方法兩大類。二、獲得數(shù)據(jù)或事實(shí)材料的方法獲得數(shù)據(jù)或事實(shí)材料的方法主要有觀察法、實(shí)驗(yàn)法和調(diào)查法。觀察法是指人們?cè)谧匀粭l件下通過(guò)感官或者一定的儀器，有目的、有計(jì)劃地觀察研究對(duì)象并及時(shí)記錄下來(lái)以獲得相關(guān)科研材 料的方法，實(shí)驗(yàn)法是觀察法的補(bǔ)充和發(fā)展。 當(dāng)過(guò)觀察提出未知的 問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)提取出我們所期望的、可以解答問(wèn)題的答案。實(shí)驗(yàn)法人為干預(yù)自然中的各個(gè)因素更有利揭示自然事物的 本質(zhì)。在大多數(shù)情況下，觀察法

6、和實(shí)驗(yàn)法相輔相成、共同作用。如孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)， 孟德?tīng)栐谧鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候， 必須先觀察 豌豆的相對(duì)性狀，才可以設(shè)計(jì)出雜交的方案，雜交過(guò)程是實(shí)驗(yàn)法,在收獲種子的時(shí)候也要觀察好豌豆種子的形狀及數(shù)量。調(diào)查法是指為了達(dá)到某一目的，制一個(gè)計(jì)劃全面或者比較面地收集研究對(duì) 象某一特定方面的材料，以供我們分析、綜合得到結(jié)論的科研方 法。調(diào)查法比較適合從群落或者系統(tǒng)層次上發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，是生態(tài)學(xué)研究的重要方法。在科學(xué)家研究曼徹斯特地區(qū)樺尺蟆體色基因頻 率的變化中，應(yīng)用了觀察法和調(diào)查法。 要先觀察出樺尺蟆體色的 相對(duì)性狀，然后運(yùn)用調(diào)查法，統(tǒng)計(jì)一定數(shù)量的樺尺蟆中深色與淺 色的數(shù)量，對(duì)比工業(yè)革命之前與之后樺尺蟆體色的數(shù)量

7、比，可以明顯看種群的基因發(fā)生率變化。三、分析處理材料的方法分析處理材料主要有邏輯思維（包括歸納與演繹、分析與綜 合、類比）、非邏輯思維（包含形象思維和直覺(jué)與靈感）、模型方 法和系統(tǒng)方法等。.邏輯思維是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)過(guò)程中借助于概念、判斷、推理反映事實(shí)的過(guò)程。歸納和演繹是一對(duì)思維方向相反的推理形式和思 維方法，歸納是從特殊事實(shí)中概括出一般原理或規(guī)律，演繹是從普遍性結(jié)論或一般性事理推導(dǎo)出個(gè)別性結(jié)論，二者互為補(bǔ)充、相輔相成。孟德?tīng)栐谕愣闺s交試驗(yàn)中， 通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納出性狀是 由基因控制的，所有具有相對(duì)性狀的生物都符合基因分離定律這 一普遍性的規(guī)律，這是運(yùn)用歸納法由個(gè)別結(jié)果推測(cè)普遍規(guī)律。為了驗(yàn)證這一假說(shuō)的

8、正確性， 孟德?tīng)栴A(yù)測(cè)了豌豆測(cè)交的結(jié)果， 通過(guò) 第二年測(cè)交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了預(yù)測(cè)的正確， 測(cè)交實(shí)驗(yàn)是孟德?tīng)栠\(yùn)用了演 繹法通過(guò)一般規(guī)律推測(cè)個(gè)別結(jié)論。分析與綜合也是互為表里的一 對(duì)思維方法，分析是將研究對(duì)象整體分解為一個(gè)個(gè)部分來(lái)研究， 綜合是將研究對(duì)象的各個(gè)部分整合起來(lái)從整體上去認(rèn)識(shí)和把握。如上面曼徹斯特樺尺蟆種族基因頻率與環(huán)境污染間的關(guān)系，就有運(yùn)用這兩種方法。最初科學(xué)家只是統(tǒng)計(jì)調(diào)查出深色樺尺蟆所站的 比例越來(lái)越大，并不清楚這種變化的原因， 這是和大環(huán)境割裂開(kāi) 來(lái)只分析生物的原因。與環(huán)境綜合起來(lái)對(duì)比，就很容易發(fā)現(xiàn)樺尺 蟆體色的變化和曼徹斯特地區(qū)的污染息息相關(guān)。類比是指由兩個(gè)對(duì)象的某些相同或相似的方面來(lái)推斷它

9、們?cè)谄渌再|(zhì)上也有可 能相同或相似，是從特殊到特殊，從一般到一般的推理。薩頓的 關(guān)于基因位于染色體上的推理就是典型的類比推理。.非邏輯思維包括形象思維和直覺(jué)與靈感。形象思維指人們 在認(rèn)識(shí)事物過(guò)程中對(duì)事物表象進(jìn)行取舍時(shí)形成的，只用直觀形象的表象解決問(wèn)題的思維方法。形象思維包括表象的再現(xiàn)、想象和 聯(lián)想。而直覺(jué)和靈感是當(dāng)問(wèn)題無(wú)法解決，是大腦不加思考而產(chǎn)生的想法，不具有邏輯性和必然性，對(duì)錯(cuò)與否也要經(jīng)過(guò)證明，但是 卻是創(chuàng)新能力形成的重要因素。.模型方法是以研究模型來(lái)揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是邏輯方法的一種特有形式。 模型舍去了原型的一些次要 細(xì)節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系，以簡(jiǎn)化和理想化的形式去再現(xiàn)原型的

10、各種 復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系，是連接理論和應(yīng)用的橋梁。模型主要分 為數(shù)學(xué)模型、物理模型和概念模型。 數(shù)學(xué)模型是指用數(shù)學(xué)的方法 來(lái)描述兩件事物之間的聯(lián)系；物理模型是指以實(shí)物或者圖片等形 式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征； 概念模型是指以文字對(duì)真實(shí)世界 中的問(wèn)題或者理論的描述。在教材展示的孟德?tīng)柾愣闺s交實(shí)驗(yàn) 中，這三種模型都有用到。教材中用概念圖的形式清楚地展示了 雜交的過(guò)程以及母本和子代的形狀，這是圖片形式的物理模型， 有助于形象記憶。而子代的性狀以及數(shù)量比例都可以運(yùn)用數(shù)學(xué)中 的概率計(jì)算得出，這是一種數(shù)學(xué)模型，用一種數(shù)學(xué)式表達(dá)集中因 素之間的關(guān)系。最后孟德?tīng)柕贸龅奈淖置枋龅倪z傳第一定律與第 二定律，這是

11、一種概念模型。.系統(tǒng)方法是指在明確系統(tǒng)邊界后，在分析組成系統(tǒng)各要 素、層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上分析系統(tǒng)內(nèi)各組分間關(guān)系的方法。系統(tǒng)方法適用于生態(tài)學(xué)方面，樺尺蟆的研究也在一定程度上應(yīng)用了系統(tǒng) 方法。以曼徹斯特地區(qū)的大環(huán)境為系統(tǒng)， 系統(tǒng)中對(duì)樺尺蟆體色有 影響的關(guān)鍵因素有樹(shù)干、 樹(shù)干上的地衣，捕食樺尺蟆的鳥(niǎo)兒以及 環(huán)境污染。工業(yè)革命之前，曼徹斯特森林茂密沒(méi)有污染，所以樹(shù) 干上長(zhǎng)滿淺色的地衣，樺尺蟆趴在樹(shù)干上，深色的容易被鳥(niǎo)兒看 見(jiàn)吃掉，所以淺色個(gè)體占大多數(shù)。工業(yè)革命之后，污染嚴(yán)重，地 衣死亡，煤灰將樹(shù)干染成黑色，深色的樺尺蟆容易躲過(guò)鳥(niǎo)兒的眼 睛而存活下來(lái)，所以深色個(gè)體占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 這是以系統(tǒng)整體分析 各個(gè)要素、層次的系統(tǒng)方法。在教材中通過(guò)教學(xué)將科學(xué)方法滲透給學(xué)生，是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn) 科學(xué)思維、提高科學(xué)素養(yǎng)的絕佳素材。教育期刊網(wǎng)參考文獻(xiàn)：1張偉剛.科學(xué)研究方法導(dǎo)論M.北京：科學(xué)出版社,2009.2李建珊.科學(xué)方法概覽M.北京:科學(xué)出版社,2002.3趙占良,人教版高中生物課標(biāo)教材中的科學(xué)方法體系J.中學(xué)生物教學(xué),2007,(3).(編輯：楊迪)【素材積累】每個(gè)人對(duì)未來(lái)都有所希望和計(jì)劃， 立志是成功的起點(diǎn)，有了 壯志和不懈的努力，就能向成功邁進(jìn)。1、立志多在少年，但宋朝文學(xué)家蘇洵27歲開(kāi)始發(fā)憤，立志就讀，晝夜不息，