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一、建立模型方法
高中生物學(xué)所研究的是自然界中生命運(yùn)動最基本、最普遍的規(guī)律,而自然界生物種類繁多,運(yùn)動復(fù)雜,幾乎每個具體的問題都會涉及到很多復(fù)雜的因素,建立模型則可排除非本質(zhì)的因素從而尋找到反映事物的本質(zhì)特征,從而發(fā)現(xiàn)生命規(guī)律。在高中生物學(xué)中應(yīng)用模型思想,可讓學(xué)生從構(gòu)建模型中更好地掌握生物科學(xué)的本質(zhì)規(guī)律,從而更好地理解生物知識,提高學(xué)習(xí)效率。在高中生物教學(xué)中,常主要的建模方法有物理建模(DNA的雙螺旋模型,生物膜的流動鑲嵌模型)、數(shù)學(xué)建模(曲線圖,數(shù)學(xué)公式)和概念建模(概念圖)。下面以生物數(shù)學(xué)建模進(jìn)行簡單介紹。
在數(shù)學(xué)建模過程中,要建立一個模型,那就需了解問題的實際背景,明確建模的目的并搜集相關(guān)的信息和材料,接下來根據(jù)所搜集的材料和信息而提出假設(shè),根據(jù)假設(shè)而對對象進(jìn)行因果分析,找出其函數(shù)表達(dá)式,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行校驗和修正,最后進(jìn)行應(yīng)用。
二、假說演繹法
“假說演繹法”一般是指根據(jù)一類事物都有的屬性,構(gòu)建出假說,然后演繹出理論體系或具體推論,再通過觀察和實驗來檢驗。假說演繹法其實就是先根據(jù)現(xiàn)有的生物現(xiàn)象、實驗結(jié)果等提出相應(yīng)的假說,然后通過實驗進(jìn)行驗證,如果實驗結(jié)論和假說相符,那么,假說的理論是成立的。相反,則不成立。假說演繹法在生物學(xué)占有舉足輕重的地位。如,DNA半保留復(fù)制假說和遺傳密碼假說的驗證,摩爾根證明果蠅的白眼基因位于X染色體上都是運(yùn)用假說演繹法的典例。一個成功的“假說——演繹教學(xué)法”對學(xué)生學(xué)習(xí)、效法、養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神都非常有益。現(xiàn)以孟德爾的豌豆雜交實驗為例。
首先,提出問題。用純種的高莖豌豆和純種的矮莖豌豆作親本進(jìn)行雜交。無論正交還是反交,雜交后的第一代(簡稱子一代,用F1表示)總是高莖。子一代進(jìn)行自交,子二代中高莖與矮莖之比為3:1。這是假說的基本出發(fā)點,在此基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生思考:(1)為何子一代都是高莖?(2)為什么遺傳性狀在雜種后代中按一定的比例分離呢?而這兩個問題也是孟德爾假說的核心所在。因當(dāng)時生物界還沒有認(rèn)識到配子形成和受精過程中的染色體變化,學(xué)生在學(xué)習(xí)這一知識時,對減數(shù)分裂知識也還沒有接觸。所以在進(jìn)行“假說”的教學(xué)時,教師應(yīng)該給予學(xué)生一定的時間,讓學(xué)生充分理解和領(lǐng)會。這個過程難度較大,如果在這個過程中學(xué)生遇到一定的困難,則可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)孟德爾提出假說的思考過程。((1)矮莖可能并沒有消失,只是在F1代中未表現(xiàn)出來。因為F2代中又出現(xiàn)了矮莖。(2)高莖相對于矮莖來說是顯性性狀。(3)遺傳因子控制生物性狀,遺傳因子成對存在,可能有顯隱性之分。)
其次,建立假說。(1)孟德爾假說的要點是什么?(2)孟德爾是如何解釋F1只出現(xiàn)高莖的?(3)如何解釋F2出現(xiàn)性狀分離且比例為3:1?學(xué)生討論孟德爾的假說內(nèi)容并提問。為了更好幫助學(xué)生理解孟德爾的假說,教師可繪制遺傳圖解(如右圖性狀分離比的模擬實驗圖)并采用講授的方式進(jìn)行說明。((1)生物的性狀是由遺傳因子決定的。遺傳因子有顯性與隱性之分。(2)體細(xì)胞中遺傳因子是成對存在的。(3)生物體在形成配子時,成對的遺傳因子彼此分離,分別進(jìn)入不同的配中,配子中只含有成對遺傳因子中的一個。(4)受精時,雌雄配子的結(jié)合是隨機(jī)的。)
第三步:演繹推導(dǎo)。這是假說演繹中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在教學(xué)中教師可讓學(xué)生充當(dāng)孟德爾的角色,根據(jù)假說進(jìn)行演繹推理:子一代是雜合體必然產(chǎn)生兩種數(shù)量相等的配子,與隱性親本類型回交后代的性狀分離比例必然是1:1。在該過程中學(xué)生嘗試采用遺傳圖解進(jìn)行輔助(如右圖)。
最后,實驗檢驗。因為測代后代的表現(xiàn)型及其比例真實地反映出子一代產(chǎn)生的配子種類及其比例,可以推知子一代基因型及傳遞行為。測交后代如果出現(xiàn)兩種表現(xiàn)型(比例為1:1),即F1為雜合子,若后代只有一種表現(xiàn)型,即F1為純合子。孟德爾所做的測交試驗結(jié)果,符合預(yù)期的設(shè)想,從而證明了F1在形成配子時,成對的遺傳因子發(fā)生了分離,分離后的遺傳因子分別進(jìn)入到了不同的配子中。
科學(xué)方法教育就是應(yīng)用現(xiàn)代教育思想和手段,有目的、有步驟地傳授和滲透科學(xué)研究方法,用科學(xué)方法熏陶訓(xùn)練學(xué)生,使學(xué)生掌握基本的科學(xué)方法,促進(jìn)知識學(xué)習(xí)、增強(qiáng)實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新精神,提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。高中生物科學(xué)方法教育的內(nèi)容可分為獲取經(jīng)驗性材料的方法和理性思維的方法兩個方面,前者包括觀察法、實驗法、調(diào)查法、模擬法等;后者包括邏輯思維、形象思維、直覺和靈感、數(shù)學(xué)方法、模型方法和系統(tǒng)方法等,這些方法對學(xué)生的發(fā)展具有重要作用。
一、科學(xué)方法在學(xué)生發(fā)展過程中的作用
美國教育學(xué)家杜威說過:“讓科學(xué)方法進(jìn)入學(xué)生的下意識,使之養(yǎng)成自由、廣泛的觀察態(tài)度,習(xí)慣于用科學(xué)方法來解決各種問題。發(fā)展科學(xué)思維,觀察和研究便是學(xué)習(xí)與認(rèn)知的主要目的。” 由此可見,無論從學(xué)習(xí)知識的角度看,還是從發(fā)展能力的角度看,掌握科學(xué)方法對學(xué)生的發(fā)展都十分重要。
1.從學(xué)科教育的基本要求看,學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時,還要掌握科學(xué)方法
按照現(xiàn)代教育思想,無論何種學(xué)科,應(yīng)讓學(xué)生學(xué)習(xí)這門學(xué)科的基礎(chǔ)知識、基本原理和規(guī)律,以及研究這門學(xué)科的基本方法。
“授人以魚,只供一飯之需;教人以漁,則終身受用無窮”,每門學(xué)科在一定階段的知識是有限的,讓學(xué)生學(xué)會進(jìn)一步掌握知識的方法,使學(xué)生掌握學(xué)科的基本結(jié)構(gòu),發(fā)展學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力,是學(xué)生學(xué)習(xí)該學(xué)科的真正目的和意義所在。目前的教學(xué)往往只注重純知識的教學(xué),而忽視科學(xué)方法的教育,這樣就很難達(dá)到學(xué)科教育的目的。
2.從人類認(rèn)識和學(xué)習(xí)知識的規(guī)律看,必須注重科學(xué)方法
教育心理學(xué)認(rèn)為,人類認(rèn)識和學(xué)習(xí)客觀規(guī)律有:建立實踐基礎(chǔ)階段;用科學(xué)方法進(jìn)行思考階段;歸納總結(jié)規(guī)律階段。在平時教學(xué)中比較重視從實踐到認(rèn)識,讓學(xué)生接受知識,而忽視科學(xué)方法的總結(jié)與規(guī)律的應(yīng)用。科學(xué)方法的尋求和應(yīng)用過程,恰恰是最富有魅力的過程,對學(xué)生智慧的開發(fā)具有十分重要的作用。
3.從學(xué)生的終身發(fā)展需要看,掌握科學(xué)方法意義重大
有學(xué)者認(rèn)為:我們必須改變教育觀念,今后課堂教學(xué)應(yīng)特別重視科學(xué)方法、教育方法、學(xué)習(xí)方法、推理方法、搜集資料方法的傳授,以提高學(xué)生自主獲取知識的能力。
因此,教師通過教學(xué),給予學(xué)生的最具生命力的東西,應(yīng)該是教給學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的科學(xué)方法,使學(xué)生離開學(xué)校后,仍能很好地學(xué)習(xí)、工作和發(fā)展。所以,與掌握具體的科學(xué)知識相比,掌握科學(xué)方法意義更重大。
4.從培養(yǎng)創(chuàng)新型人才看,更應(yīng)學(xué)習(xí)和掌握科學(xué)方法
傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)中,過于注重知識的系統(tǒng)傳授,離開方法和思想的知識是“死”知識,消極接受知識的學(xué)生,只能成為知識的“傳聲筒”。 創(chuàng)新意識的形式、創(chuàng)新精神的樹立和創(chuàng)新方法的掌握是創(chuàng)新型人才應(yīng)具備的基本條件,學(xué)習(xí)科學(xué)方法學(xué)習(xí)能使學(xué)生掌握正確的思想方法和工作方法,提高科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)鑒賞力。學(xué)生在早期學(xué)習(xí)階段,若能接受科學(xué)方法的指導(dǎo),就能為將來成為創(chuàng)新型人才奠定良好的基礎(chǔ)。
二、高中生物教學(xué)中科學(xué)方法教育的實施
根據(jù)中學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)科教育的實際,教師在高中,生物教學(xué)中如何進(jìn)行科學(xué)方法教育呢?筆者認(rèn)為,高中生物科學(xué)方法教育的實施可從以下六個方面進(jìn)行。
1.通過科學(xué)史學(xué)習(xí),讓學(xué)生體會科學(xué)方法
學(xué)科的發(fā)展史不僅僅是學(xué)科事件的記錄和再現(xiàn),也是人們研究科學(xué)思想的反映和復(fù)原,同時也是科學(xué)方法的發(fā)展史。因此,學(xué)科課程內(nèi)容應(yīng)精選最基本、最重要的科學(xué)概念作為重點,使教與學(xué)的思路盡量接近科學(xué)家的認(rèn)識思路,讓學(xué)生真正理解這些概念的產(chǎn)生過程。具體地說,在學(xué)科教學(xué)中要把學(xué)生引導(dǎo)到科學(xué)家當(dāng)年的研究時代,從當(dāng)時的科學(xué)背景出發(fā),讓學(xué)生重溫科學(xué)家們在何種問題、何種環(huán)節(jié)、何種情況下、用何種方法和思路做出了科學(xué)發(fā)明和發(fā)現(xiàn),讓學(xué)生對事件、問題、方法做出正確的描述和解答,并把其中的關(guān)鍵步驟聯(lián)系起來。因此,學(xué)科教學(xué)應(yīng)與學(xué)科科學(xué)史相結(jié)合,通過模擬科學(xué)認(rèn)識過程,將科學(xué)史溶入學(xué)科教學(xué)之中,將科學(xué)方法融入科學(xué)史教學(xué)之中,這是當(dāng)前課程改革的方向和途徑。
2.通過學(xué)科知識教學(xué),滲透科學(xué)方法
在學(xué)科知識教學(xué)中,處處蘊(yùn)涵著科學(xué)方法,因此,在知識的傳授過程中,要注重滲透科學(xué)方法教育。例如,在生物課堂教學(xué)中有比較多的概念、規(guī)律和原理教學(xué),概念、規(guī)律和原理的建立、發(fā)展及應(yīng)用過程中,蘊(yùn)涵著豐富的科學(xué)方法,常用到觀察和實驗、比較和分類、分析和綜合等科學(xué)方法。教師在教學(xué)過程中,應(yīng)充分挖掘教材中的科學(xué)方法教育因素,以具體的教學(xué)內(nèi)容為依托,采用不同的教學(xué)手段和方法,適時點撥,通過概念的形成、規(guī)律的得出、模型的建立、知識的應(yīng)用等,讓學(xué)生在獲取知識的同時掌握不同的科學(xué)方法。 因此,在學(xué)科知識的教學(xué)過程中,滲透科學(xué)方法教育,才會結(jié)出豐碩的智慧之果。
3.通過問題解決,訓(xùn)練科學(xué)方法
發(fā)展學(xué)生分析問題和解決問題的能力,并達(dá)到運(yùn)用的水平,是科學(xué)方法教育的根本目的。科學(xué)方法訓(xùn)練的途徑:一是通過教師的講解引導(dǎo);二是學(xué)生參與分析和解決問題的具體實踐。
習(xí)題教學(xué)主要是通過思維方法的訓(xùn)練,提高學(xué)生的思維能力和分析解決問題的能力。通過習(xí)題訓(xùn)練:一是夯實“雙基”,牢固掌握概念、深刻理解規(guī)律;二是活化已經(jīng)理解的基礎(chǔ)知識,增強(qiáng)靈活運(yùn)用的能力;三是提高分析問題和解決問題的運(yùn)用能力。對于需要運(yùn)用科學(xué)方法求解的習(xí)題,教師要突出科學(xué)方法,讓學(xué)生理解掌握并能運(yùn)用這種方法。
4.通過知識復(fù)習(xí),總結(jié)科學(xué)方法
知識復(fù)習(xí)是接受知識、智力發(fā)展和能力培養(yǎng)的重要過程。通過復(fù)習(xí)能溫故知新,擴(kuò)大知識面,能進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握科學(xué)方法,能有效提高各項能力。因此,復(fù)習(xí)課是鞏固科學(xué)方法教育的良機(jī),有利于提高方法的系統(tǒng)性、深刻性。
復(fù)習(xí)課教學(xué)中,進(jìn)行科學(xué)方法教育要做到以下幾點:(1)運(yùn)用邏輯方法進(jìn)一步深化概念和規(guī)律的理解;(2)要對學(xué)習(xí)過的,最本質(zhì)、最重要的知識內(nèi)容加強(qiáng)內(nèi)在聯(lián)系,并融會貫通,在加深對知識結(jié)構(gòu)、體系的認(rèn)識理解的同時,不斷鞏固所學(xué)的科學(xué)方法;(3)要突顯解決實際問題的基本方法,通過例題、習(xí)題進(jìn)行針對性訓(xùn)練,有效提高分析和解決問題的能力。
5.通過科學(xué)實驗,體驗科學(xué)方法
生物學(xué)科是以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué),因此,開展實驗教學(xué)是科學(xué)方法教育的重要途徑。例如在現(xiàn)行高中生物教材中,編排了許多探究性實驗,每個實驗的過程都是學(xué)生親身體驗科學(xué)研究方法的過程。在平時的實驗教學(xué)中,學(xué)生過多重視實驗的過程和實驗的結(jié)果。但對實驗的目的、實驗探究方法等問題的思考很少。因此,在教學(xué)中應(yīng)盡可能地將驗證性實驗轉(zhuǎn)換成探究性實驗,要求學(xué)生明確實驗?zāi)康摹⒆灾髟O(shè)計實驗、合作討論完善實驗、自主實施實驗,進(jìn)而使學(xué)生體驗到科學(xué)研究的方法和過程。
6.通過研究性學(xué)習(xí),實踐科學(xué)方法
下面是本人在生物教學(xué)過程中開展探究性學(xué)習(xí)的一些教學(xué)方法的嘗試。
一、創(chuàng)設(shè)情景,引導(dǎo)學(xué)生投入到探索與交流的學(xué)習(xí)活動之中
通過創(chuàng)設(shè)情景,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)學(xué)生的求知欲望,主動參與探究和討論,在探究過程中獲得知識。
1.設(shè)計實驗創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情景,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探索熱情
例如,在講“細(xì)胞膜――系統(tǒng)的邊界”一節(jié)時,設(shè)計一個小實驗:一個小燒杯裝有熱水,另一個小燒杯裝有自來水;然后分別向兩個小燒杯加入一朵新鮮的紅色的大紅花;讓學(xué)生觀察實驗結(jié)果,然后進(jìn)行討論。在通過討論中,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就調(diào)動出來了,充滿探究激情。
2.設(shè)計情境式問題、探究式問題等方法,引發(fā)學(xué)生對知識產(chǎn)生認(rèn)知需要,主動參與探究
如,講“遺傳的基本規(guī)律”時采用提問式導(dǎo)入課題,“為什么有的同學(xué)是雙眼皮,有的是單眼皮?”“為什么有的同學(xué)父母都是雙眼皮,而他卻是單眼皮?”,通過探究性的提問,調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,積極參與討論和學(xué)習(xí)過程。
二、結(jié)合生活實例,讓學(xué)生提出問題,自主探索
教師可根據(jù)當(dāng)前社會發(fā)生的生物事件或問題,讓學(xué)生討論交流觀點,然后讓學(xué)生自己確定想要了解的某一事件或問題,通過自主探究學(xué)習(xí),體驗事件或問題的性質(zhì)或規(guī)律。例如:現(xiàn)在肆虐的甲型H1N1流感病毒的遺傳物質(zhì)是什么?它們的寄主有哪些?病毒的生存會受到哪些因素的影響?人體會產(chǎn)生免疫功能嗎?應(yīng)該怎樣去預(yù)防這些病毒?為了解決提出的問題,學(xué)生就以小組為單位確定調(diào)查項目,然后利用各種媒體查閱和收集資料并進(jìn)行分析總結(jié)。在這一過程里,充分發(fā)揮了學(xué)生的主動性,由學(xué)生自己提出問題和解決問題,從而獲得知識;同時也懂得從生物學(xué)的角度去科學(xué)地認(rèn)識和理解社會的某些事件。
三、專題研究性活動,培養(yǎng)學(xué)生多種能力
研究性活動課題的選擇,可源于現(xiàn)實生活中的熱點問題或生命科學(xué)的各種技術(shù),或與生物科學(xué)有關(guān)的實驗問題。選擇課題后,進(jìn)行調(diào)查研究或進(jìn)行實驗研究。如學(xué)習(xí)完“動物和人體生命活動的調(diào)節(jié)”,提醒學(xué)生定期觀察小蝌蚪外形變化,四肢等各種變態(tài)發(fā)育所需要的時間。實驗完后,做出實驗報告。通過專題性實踐學(xué)習(xí),豐富了學(xué)生的實踐活動和知識面,培養(yǎng)了學(xué)生各方面的能力。