高中生物论文：高中生物教学中科学研究方法教育初探高中生物论文：高中生物教学中科学研究方法教育初探
【摘要】 提高每个高中学生的生物科学素养、倡导探究性学习是普通高中生物新课程的基本理念。在高中生物教学中渗透科学研究方法教育是贯彻新课程基本理念的重要内容，也是落实新课程理念的基础。本文根据自己的教学工作，对如何进行科学研究方法教育进行了探讨，提出了一些切实可行的做法。
【作者】 朱晓林 生物教研室 高级教师
一、高中生物教学中进行科学研究方法教育的意义
（一）探究性学习是高中生物新课程倡导的基本理念之一，是实现学生学习方式的转变和教师教学方式转变的重要内容。要顺利实现这种转变，首先要对学生进行科学方法教育，培养学生的科学探究能力。因为只有建立在科学方法之上的探究才是科学的探究，而只有科学探究才能够培养学生的创新精神和实践能力。
（二）培养学生的科学素养是高中生物新课程倡导的另一基本理念，这种科学素养包括科学知识、科学方法和科学态度，可见对学生进行科学方法教育本身就是提高学生科学素养的重要内容，同时在高中生物教学中进行科学方法教育能够使学生理性认识知识的起源和发展，激发学生的问题意识，使学生充分认识真理的相对性，有利于培养学生的科学精神和科学素养。
（三）科学方法教育既是中小学素质教育的需要，也是适应高等院校选拔高素质人才的需要。作为高校选拔人才的重要考试，高考对当前的高中教学有着十分重要的导向作用。理综高考生物中有关生物探究性实验试题的频频出现，也对高中生物科学方法教育起的了推波助澜的作用。事实也证明，只有将科学方法教育渗透到高中生物教学中，才能够真正提高学生的科学探究能力，培养学生的科学素养，为高校（社会）输送高素质的科研、创新人才。
二、生物科学研究方法及科学研究方法教育的基本内容
科学方法是指人们在探索事物客观规律过程中所采用的各种手段。科学方法可分为多个层次，我们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。科学研究的基本方法可以概括如图1所示。由图我们可以看到：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。
科学方法的掌握有利于学生更透彻地理解科学知识、有利于学生思维方式和行为方式的发展、有利于学生创造性才华的培养。从“学会学习”的意义上讲，学生掌握科学方法比掌握科学知识更重要。科学方法教育应包括科学研究“过程技能”（观察一问题一假设一实验一结论）的教育，还应包括观察、调查、实验等方法的具体技能。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。
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三、科学研究方法教育在高中生物课堂教学中的实践
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。我在教学中在努力钻研教材的基础上，充分挖掘教材中对学生进行科学方法教育的素材，并踏踏实实地将科学方法教育渗透到教学过程和学生的学习过程中，收到了很好的教学效果。下面便是自己的一些做法和教学体会。
（一）通过生物科学史渗透科学研究方法
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，我们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。这里仅以“酶的发现”为例略作说明。在教授这部分内容时，我首先带领学生回顾了科学实验的一般方法，然后学生阅读教材，根据意大利科学家斯帕兰札尼的实验在教师的引导下回答问题。（见下页）
（二）通过探究性教学体现科学研究方法
高中生物教学中，如何选取适当的内容，进行探究性教学，是大家都在研究的问题。如何将探究性教学和科学方法的指导有机地结合在一起，更是值得大家思考的问题。我在教学中，选取溶液培养法、基因的自由组合规律、动物激素调节等内容，进行了初步尝试，试图在教学中充分体现科学方法的指导，下面便是基因的自由组合规律探究教学的案例（附后）。
教师提问
学生回答
教师引导，师生互动
1意大利科学家斯巴兰札尼的实验研究的问题是什么？
a肉块为什么会消失？
b鸟胃是否可以进行化学性消化？
c鸟胃是否产生了消化有机物的物质？
d鸟类的胃只有物理性消化，没有化学性消化吗？
通过分析，明确问题；同时使学生认识到一个好的问题应具体、明确、完整，提出一个好的问题非常重要。
2科学家的假设是什么？
a如果鸟胃进行了化学性消化，那么肉块就会消失。
b如果肉块消失，那么鸟胃进行了化学性消化。
分析两种答案，指出前者是正确的，并帮助学生分析假设应如何做；而后者是结论，不是假设，教师要说明为什么。
3这时科学家的基本预测是什么？
鸟胃可能进行了化学性消化。（鸟胃可能含有进行化学性消化的物质）
肯定的假设基于肯定的预测，预测置于“如果”后面。
4科学家的另外一种基本预测是什么？
鸟胃可能没有进行化学性消化。
（鸟胃可能没有进行化学性消化的物质）
否定的假设基于否定的预测，同样这一预测也是置于“如果”之后，而“那么”之后是可操作定义。总结如何做假设：如果+基本预测，那么+可操作定义。
5此时科学家的假设又应该是什么？
如果鸟胃没有进行化学性消化，那么肉块就不会消失。
6这个实验的结论是什么？
胃具有化学性消化的作用。
（鸟胃含有进行化学性消化的物质）
因为肉块消失了，所以胃具有化学性消化的作用。
7这个实验的巧妙之处是什么？
金属笼排除了物理性消化的影响。
单因子变量原则。
8这种化学物质是什么？
这种化学物质是胃蛋白酶。
分析如何确定它是胃蛋白酶的，进而分析酶的概念变化，说明科学是发展的，真理是相对的。
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（三）通过生物学实验让学生体验科学研究方法
现行高中生物教材中，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。实验教学中我发现，学生比较重视实验的过程（如何做实验）和实验的结果（出现什么现象），但对为什么这样做、换一种做法是否可以等问题很少思考。针对这种现象，我在教学中尽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、自己设计实验并通过讨论完善实验、最后实施实验步骤等过程使学生真正通过实验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，理解科学方法的本质。
（四）通过研究性学习使学生实践科学研究方法
研究性学习是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。例如学生在研究性学习中从维生素C含量的角度，提出”究竟是喝饮料好还是多吃果蔬好？”这样的问题。为了解决这一问题，学生通过收集资料、设计实验、完善实验步骤等过程，最后对多种水果、蔬菜及饮料中维生素C含量的进行了测定，并得出了自己结论。可见，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。
（五）通过解答实验试题归纳科学研究方法
当前理综生物高考试题中生物实验设计题频频出现，我们认为这是高考对落实生物新课程理念的导向作用的体现。我在教学实践中发现，认真分析这些高考试题，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。首先，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；其次，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，三是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，为了应付高考学生和老师也不得不认真研究如何提出问题、做出假设、安排实验步骤、收集检验实验数据、得出实验结论等问题。我在教学中，对学生比较模糊的问题，如变量、假设、对照等进行归纳指导，收到很好的教学效果。如变量或称因子，可以分为自变量（实验变量）和因变量（反应变量）、控制变量（无关变量）和干扰变量（额外变量）；对照可分为阳性对照、空白对照、条件对照、自身对照、相互对照、标准对照；对这些概念的归纳比较并加以举例说明能够十分有效地帮助学生理解科学方法的基本概念。
以上只是自己在科学方法教育方面的一点实践，也是对科学方法教育的初步探索，希望会对广大教师有一点启发作用，权当抛砖引玉。
附：探究教学中的科学方法指导教学课堂实录
本节的课题是：基因的自由组合规律（1）科学方法指导
师：上节课我们研究了基因的分离定律，那么基因分离定律的实质是什么？
生：等位基因分离。
师：正确，基因分离定律中的基因，就是指等位基因。孟德尔是如何发现基因的分离定律的呢？
生：通过一对相对性状的杂交实验。
师：好，我们来回顾一下一对相对性状的杂交实验。（出示高茎豌豆和矮茎豌豆的杂交实验幻灯片）我们用高茎豌豆和矮茎豌豆杂交，子一代都是高茎，子二代却出现了性状分离，且分离比是3：1。如何解释？
生：因为子一代在产生配子时，等位基因发生了分离。
师：（出示高茎豌豆和矮茎豌豆杂交试验的分析图解幻灯片）如何证明等位基因发生了分离呢？
生：用测交实验。
师：什么是测交实验？
生：用子一代和隐性类型杂交。
师：如果等位基因分离的话，测交后代表现型及比例如何？
生：1：1。
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师：（出示一对相对性状测交试验的分析图解幻灯片）事实如何呢？孟德尔在做了测交试验后，发现测交后代表现型确实是1：1。这就证明了等位基因确实发生了分离。由此孟德尔总结出了基因的分离定律。
师：一对相对性状的遗传符合基因的分离定律，那么如果我们把两对相对性状和在一起研究的话，两对相对性状又会如何遗传呢？如果要大家现在来研究这一问题，你们会如何做呢？
生：做杂交试验。
师：对！但我们选择什么实验材料进行杂交试验？
生：选用豌豆。
师：为什么选豌豆作为试验材料？
生：豌豆有多对易区分的相对性状。
师：除豌豆外，我们还可以选用那些生物作为试验材料呢？
生1：各种植物。如小麦、玉米等。
生2：各种动物，如牛、羊、马、兔等。
师：这里大家要注意的是，我们选择的试验材料除相对性状要明显、容易观察外，后代数量要多、便于统计分析。因此，在选用动物做实验时我们常用昆虫作为试验材料，如果蝇。
接下来我们要考虑的是，如果我们用两对相对性状的亲本做杂交试验，会出现怎样的试验结果呢？具体说，子一代和子二代会出现几种表现型？
生：子一代有一种表现型（完全显性），子二代有四种表现型。
师：子一代表现出显性性状，因此是一种表现型。但子二代为什么就一定是四种表现型？可不可以是一种、两种、三种、四种或五种呢？大家可以讨论一下。
生1：不可能有其他情况。
生2：都有可能，因为这只是个预测，我们并没有做实验。
生3：一种的可能性不大，因为一对相对性状的杂交试验都有两种表现型。最多有四种，两种、三种都有可能。
师：第一个同学的意见是否有点武断？正如第二个同学说的，我们并没有做实验，我们怎么就知道没有其他的可能性呢？但各种可能性都有吗？尽管我们仅是个预测，但我们的预测也不是没有一点依据的凭空猜测。因此，我更同意第三位同学的意见。大家说呢？
生：关键还要看试验结果。
师：对，我们来看一下孟德尔的两对相对性状的杂交试验。（出示黄色圆粒和绿色皱粒豌豆的杂交试验幻灯片）。正如我们分析的，子一代只有一种表现型，子二代出现了四种表现型，其表现型比例经统计学分析后约为9：3：3：1。为什么出现了四种表现型？而不是两种或三种表现型呢？如何解释？要解决这个问题，我们首先来分析一下这四种表现型。
生：四种表现型中，黄色圆粒和绿色皱粒是原来亲本的，绿色圆粒和黄色皱粒是亲本性状的重新组合。
师：很好，关键是为什么会出现性状间重新组合的现象呢？如何解释？你能否做出合理猜想？大家讨论一下。
生：是不是控制性状的基因发生了重新组合？
师：他有点犹豫，但这个猜测大家说合理不合理？
生：合理。
师：那么我们来看一下孟德尔的解释。（出示黄色圆粒和绿色皱粒豌豆的杂交试验分析图解幻灯片，并简单解释）孟德尔的解释的关键是什么？
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生：子一代产生四种类型的配子，且比例为1：1：1：1。
师：为什么不会产生两种或三种或更多种类型的配子呢？
生：与子二代表现型及比例不符合。
师：这四种配子的特点是什么？
生：等位基因分离，不同对的基因自由组合。（师：不同对的基因可以称为非等位基因）
师：如何验证这种解释的正确性？
生：做测交试验。
师：对，如何做测交试验？
生：子一代和隐性纯合子杂交。
师：我们来看测交试验（出示黄色圆粒和绿色皱粒豌豆的测交试验幻灯片）。根据孟德尔的解释，子一代产生四种类型的配子，而且比例为1：1：1：1，那么测交后代应该有四种表现型，而且比例为1：1：1：1。事实如何呢？（出示黄色圆粒和绿色皱粒豌豆的F1测交试验结果）试验结果和孟德尔的解释完全相符。由此孟德尔总结出了基因的自由组合定律。这个定律的实质是什么？
生：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合式互不干扰的。在进行减数分裂形成配子的过程中，同源染色体的等位基因彼此分离，同时非同源染色体上的非等位基因自由组合。
师：简单的说就是非同源染色体上的非等位基因自由组合。这个规律本身很简单，关键是我们应该学会发现规律的方法，自己去发现规律。下面我们反思一下，孟德尔是如何发现遗传的两大基本规律的。
（出示科学实验步骤循环图幻灯片，见右图）
师生共同总结：
1实验观察
发现问题？如为什么会出现性状分离？性状重组？
2做出假设
等位基因分离，非等位基因自由组合。
3实验验证
测交试验。
4数据统计
子二代及测交后代的个体数及比例。
5得出结论
与预测相符合，等位基因分离，非等位基因自由组合；与预测不相符，修正或重新假设，进一步验证。
师：美国学者摩尔根用果蝇作了同样的杂交试验，发现子一代雄果蝇（灰身长翅）与隐性纯合雌果蝇（黑身残翅）进行测交，后代只有两种表现型：灰身长翅和黑身残翅，比例为1：1，这意味着子一代雄果蝇只能产生两种类型的雄配子；如果反交的话，后代有四种表现型：灰身长翅，黑身残翅，灰身残翅，黑身长翅，比例为：多：多：少：少，这意味着子一代雌果蝇能够产生四种比例不等的雌配子。可见，果蝇体色和翅型的遗传不符合基因的自由组合定律。摩尔根由此提出了基因的连锁和互换定律。可见，真理只是在人们认识范围内的相对真理，我们只有掌握发现真理的方法（科学方法），才能够发现真理，不断创新。
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