淺談高中生物教學(xué)中的科學(xué)研究方法教育

成云康

我國普通高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念包括4個方面：提高生物科學(xué)素養(yǎng)；面向全體學(xué)生；倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)；注重與現(xiàn)實生活的聯(lián)系。在高中生物教學(xué)中滲透科學(xué)研究方法教育是貫徹新課程基本理念的重要內(nèi)容，也是落實新課程理念的基礎(chǔ)。

1 科學(xué)研究方法

著名理論物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者費恩曼說過：“科學(xué)是一種方法，它教導(dǎo)人們：一些事物是怎樣被了解的，什么事情是已知的，現(xiàn)在了解到什么程度（因為沒有事情是絕對已知的），如何對待疑問和不確定性，證據(jù)服從什么法則，如何去思考事物，作出判斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象。”科學(xué)教育中的“科學(xué)過程”主要是指在一般的科學(xué)研究中，那種普遍適用的系統(tǒng)化的操作方法和步驟。美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中把科學(xué)過程與方法看成一個系統(tǒng)，是指一系列的相互聯(lián)系的科學(xué)家普遍使用的研究方法和程序。我國的基礎(chǔ)教育課程改革強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生親歷科學(xué)，在體驗中學(xué)習(xí)。這種新型學(xué)習(xí)方式的提倡意在改變傳統(tǒng)單純接受式的被動學(xué)習(xí)方式。學(xué)生不是被動地記憶科學(xué)的結(jié)論，而是經(jīng)歷這種結(jié)論得到的過程和懂得獲取的方法。

科學(xué)家認(rèn)為對自然現(xiàn)象的認(rèn)識不能停留在事實的層次上，需要進(jìn)一步透過現(xiàn)象，深入內(nèi)部，抽取有關(guān)事物的本質(zhì)，并且舍棄一切非本質(zhì)屬性的結(jié)論，即提煉出反映事物本質(zhì)屬性的內(nèi)在的客觀規(guī)律的各種“概念”和“定律”來。這個過程是通過探究來完成的。但科學(xué)家不管用何種探究模式，其基本的環(huán)節(jié)是共同的：科學(xué)問題的提出，科學(xué)事實和資料的收集，猜想和假設(shè)的建立，檢驗與評價，表達(dá)與交流。科學(xué)教育中的科學(xué)探究學(xué)習(xí)方式的主要環(huán)節(jié)也與此相類似，表明探究學(xué)習(xí)體現(xiàn)了科學(xué)教育與科學(xué)研究本質(zhì)上的一致，反映了科學(xué)教育與科學(xué)研究內(nèi)在的統(tǒng)一。科學(xué)探究強(qiáng)調(diào)知識獲取中的體驗，強(qiáng)調(diào)過程與方法，既是對我國傳統(tǒng)教育的糾偏，也反映了科學(xué)素養(yǎng)的核心要素。

2 高中生物課程中基本的科學(xué)研究方法

科學(xué)方法可分為多個層次，這里所指的生物科學(xué)研究方法主要是指科學(xué)研究的一般方法，如科學(xué)觀察方法、科學(xué)實驗方法和科學(xué)調(diào)查方法，特別是指科學(xué)實驗方法。科學(xué)研究總是從觀察開始，通過觀察發(fā)現(xiàn)問題，然后提出假設(shè)，并對假設(shè)做出基本預(yù)測，最后設(shè)計實驗來驗證假設(shè)。如果實驗結(jié)果與假設(shè)不一致，則說明原來的假設(shè)是錯誤的，要修改假設(shè)，重新實驗；如果實驗結(jié)果與假設(shè)一致，則說明原來的假設(shè)是正確的，可將假設(shè)上升為學(xué)說或理論。科學(xué)方法教育應(yīng)包括科學(xué)研究中“過程技能”（觀察——問題——假設(shè)——實驗——結(jié)論）的教育，還應(yīng)包括觀察、調(diào)查、實驗等具體的方法技能。科學(xué)方法教育中尤其要重視科學(xué)思維的訓(xùn)練，即努力使學(xué)生將科學(xué)方法內(nèi)化為自己的思維方式和行為方式。

2.1 觀察實證的方法

觀察實證是指通過對研究對象大量的觀察、實驗和調(diào)查，獲取客觀材料，從個別到一般，歸納出事物的本質(zhì)屬性和發(fā)展規(guī)律的一種研究方法。

2.2 假說—演繹法

假說—演繹法是指在觀察和分析的基礎(chǔ)上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，根據(jù)假說進(jìn)行演繹推理，再通過實驗演繹推理的結(jié)論。如果實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)論相符，就證明假說是正確的；如果不符，就說明假說是錯誤的。所以假說—演繹法的根本過程是：發(fā)現(xiàn)問題——提出假說——演繹假說——實驗證明——提出結(jié)論。在孟德爾的一對相對性狀的雜交實驗中很好地展現(xiàn)了假說—演繹法，也正是由于他采用這種方法才獲得了科學(xué)上不朽的成績，為人類揭示了遺傳之謎。“假說—演繹法”是形成和構(gòu)造關(guān)科學(xué)理論的一種重要思維方法。對學(xué)生來講是“授之以漁”的重要手段之一；學(xué)完課程以后，他們對別的都可以忘記，但這些方法會存留下來，這就是真正的素養(yǎng)和能力。

2.3 建立模型的方法

新課標(biāo)中建立模型被列為一項技能目標(biāo)，并作為高中學(xué)生必備的生物科學(xué)素養(yǎng)。國家和地方的新高考大綱（說明）也已明確將這一技能素養(yǎng)的掌握水平作為考核對象，2007年全國高考生物江蘇卷中就已出現(xiàn)涉及模型構(gòu)建問題的考核嘗試。因此，在平時的教學(xué)和高考復(fù)習(xí)中，教師和考生都要予以重視。由于新課標(biāo)要求學(xué)生學(xué)會建立的模型主要是思維形式的模型，因此筆者擬針對幾種常見思維模型的構(gòu)建方法提出如下建議。建立模型的一般程序：（1） 掌握原理。掌握模型所代表的知識、過程、規(guī)律、機(jī)理等，弄清模型的構(gòu)成要素或包含內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系。（2） 明確類型。明確所構(gòu)建的模型屬于哪種類型，知道該種模型的特點及表現(xiàn)形式。（3） 構(gòu)建草圖（框架）。選擇適當(dāng)?shù)膱D形、文字、符號勾勒出草圖，或用適當(dāng)?shù)奈淖址柎罱蚣堋；谀Ｐ偷耐ㄟm性、典型性，所以在構(gòu)建時只需要考慮大多數(shù)情況即可，一般不考慮極少數(shù)情況或特例。（4） 修飾完善。對照原理查驗所構(gòu)建的草圖（框架），確保其科學(xué)性；然后進(jìn)一步修飾完善模型，力求規(guī)范、簡潔、直觀、有美感；最后構(gòu)建出正式的模型。（5） 補(bǔ)充詮釋。對一些模型要添加必要的文字說明、示例、圖注等，使模型更科學(xué)、更清楚、更規(guī)范。

2.4 系統(tǒng)分析法

系統(tǒng)分析方法是指把要解決的問題作為一個系統(tǒng)，對系統(tǒng)要素進(jìn)行綜合分析，找出解決問題的可行方案的方法。它從系統(tǒng)的著眼點或角度去考察和研究整個客觀世界，為人類認(rèn)識和改造世界提供了科學(xué)的理論和方法。它的產(chǎn)生和發(fā)展標(biāo)志著人類的科學(xué)思維由主要以“實物為中心”逐漸過渡到以“系統(tǒng)為中心”，是科學(xué)思維的一個劃時代突破。系統(tǒng)分析是一種研究方略，它能在不確定的情況下，確定問題的本質(zhì)和起因，明確咨詢目標(biāo)，找出各種可行方案，并通過一定標(biāo)準(zhǔn)對這些方案進(jìn)行比較，幫助決策者在復(fù)雜的問題和環(huán)境中作出科學(xué)抉擇。

3 生物教學(xué)中開展科學(xué)研究方法教育的途徑

生物學(xué)是一門實驗科學(xué)，有著眾多的可以滲透科學(xué)方法教育的內(nèi)容。教師在努力鉆研教材的基礎(chǔ)上，要充分挖掘教材中對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法教育的素材，將科學(xué)方法教育滲透到教學(xué)過程和學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中。

3.1 通過生物學(xué)實驗開展科學(xué)研究方法教育

高中生物教材中有著眾多的學(xué)生實驗，每做一個實驗都是學(xué)生親身體驗科學(xué)研究方法的過程。在教學(xué)中盡教師要可能地將驗證性實驗變?yōu)樘骄啃詫嶒灒髮W(xué)生通過明確實驗?zāi)康摹⒆约涸O(shè)計實驗、討論完善實驗、最后實施實驗步驟等過程，使學(xué)生體驗到科學(xué)研究的方法和過程。另外，教師在備課和教學(xué)中應(yīng)將科學(xué)研究方法很好地貫徹到每一個實驗中，根據(jù)實驗內(nèi)容的不同有目的的讓學(xué)生體驗科學(xué)研究的過程，接受全面而完善的科學(xué)研究過程和方法的認(rèn)識與訓(xùn)練，使學(xué)生認(rèn)識、經(jīng)歷科學(xué)研究的過程，理解科學(xué)方法的本質(zhì)，并訓(xùn)練其使用有關(guān)的具體方法完成每一步驟。這是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力的有效思維方式和操作方式。教師要注重鼓勵學(xué)生得出自己的結(jié)論、暢述自己的觀點。

3.2 通過生物科學(xué)史開展科學(xué)研究方法教育

“讀史使人明智”，生物科學(xué)的每一項重要發(fā)現(xiàn)都是科學(xué)方法正確應(yīng)用的典范。科學(xué)的方法是人類探索真理，發(fā)現(xiàn)新理論和獲取新知識的重要手段，生物教學(xué)也離不開科學(xué)方法的探索、理解和學(xué)習(xí)。

高中生物教材中有許多關(guān)于生物科學(xué)史的教學(xué)內(nèi)容，如酶的發(fā)現(xiàn)、光合作用的發(fā)現(xiàn)、生長素的發(fā)現(xiàn)、遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)等。這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)本身就是科學(xué)家科學(xué)實驗（探究）的過程，教師可以充分利用這些素材，幫助學(xué)生尋著先人的足跡，在享受科學(xué)探究的快樂中受到科學(xué)方法的教育。

3.3 通過探究性教學(xué)開展科學(xué)研究方法教育

在新一輪的課程改革中，科學(xué)探究不僅被作為重要的理念強(qiáng)調(diào)，作為教學(xué)建議提出，而且被列入了課程目標(biāo)和內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)之中。在現(xiàn)代教育文獻(xiàn)中“科學(xué)探究”、“探究式教學(xué)”、“探究式學(xué)習(xí)”都是指學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中模仿科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的思維方式來主動構(gòu)建知識、形成科學(xué)觀念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的學(xué)習(xí)方式。這種學(xué)習(xí)方式在學(xué)習(xí)內(nèi)容上，不但包括事實、理論等陳述性知識，還包括科學(xué)過程和方法等程序性知識。在教學(xué)策略上，教師通過創(chuàng)設(shè)一定的探究情景，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，做出猜想與假設(shè)，并通過實驗、調(diào)查、查閱文獻(xiàn)等方式搜集與處理信息，對猜想與假設(shè)進(jìn)行論證，最后通過表達(dá)與交流活動對自己的探究過程進(jìn)行反思與評價。在這一過程中學(xué)生獲得知識與技能，掌握解決問題的方法，獲得情感體驗。一般情況下，探究式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)分為：提出問題——猜想與假設(shè)——方案的設(shè)計與選擇——收集證據(jù)——解釋與結(jié)論——評價與反思——交流與表達(dá)等7個方面。

3.4 通過研究性學(xué)習(xí)開展科學(xué)研究方法教育

研究性學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生的自主性、探索性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，從學(xué)生生活和社會生活中選擇和確定研究專題，主要以個人或小組合作方式進(jìn)行的一種學(xué)習(xí)方法。學(xué)生通過親身實踐獲得直接經(jīng)驗，養(yǎng)成科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，掌握基本科學(xué)方法，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識、解決實際問題的能力。科學(xué)是一門具有嶄新教學(xué)理念的學(xué)科，學(xué)習(xí)的核心便是科學(xué)探究。科學(xué)探究也涉及到提出問題，并通過猜測、計劃、觀察等活動，親歷解決問題（科學(xué)探究）的過程，獲得科學(xué)知識，形成科學(xué)價值觀。研究性學(xué)習(xí)與科學(xué)探究都是通過學(xué)習(xí)者從提出問題到解決問題的探索實踐過程來實現(xiàn)科學(xué)知識的掌握和科學(xué)價值觀的形成，以提高學(xué)習(xí)者解決問題的能力的學(xué)習(xí)方式。哈佛大學(xué)就有這樣一句名言——教育的真正目的就是讓人不斷提出問題和解決問題。它較好地說明了研究性學(xué)習(xí)、科學(xué)探究在教育活動中的重要性，學(xué)生親歷科學(xué)探究的過程是獲取科學(xué)知識和培養(yǎng)科學(xué)價值觀的主要途徑。

研究性學(xué)習(xí)是現(xiàn)在高中學(xué)生的一門必修課，利用研究性學(xué)習(xí)使學(xué)生實踐科學(xué)研究方法，可以使學(xué)生真正體會到科學(xué)研究方法的重要性，學(xué)會如何將一些科學(xué)研究的理論知識應(yīng)用到實踐中，研究性學(xué)習(xí)既是學(xué)生對科學(xué)方法的實踐，也是教師進(jìn)行科學(xué)方法教育成果的檢驗。

3.5 通過實驗設(shè)計開展科學(xué)研究方法教育

當(dāng)前生物高考試題中生物實驗設(shè)計題頻頻出現(xiàn)，這是高考對落實生物新課程理念的導(dǎo)向作用的體現(xiàn)。在教學(xué)實踐中，教師認(rèn)真分析這些高考試題，從實驗設(shè)計的角度，挖掘科學(xué)研究方法教育的合理因素，幫助學(xué)生歸納科學(xué)方法的基本過程，并加深學(xué)生對這些過程的理解，就是十分有效的科學(xué)方法指導(dǎo)。

教育的目的不僅是傳授學(xué)生知識，更主要的是培養(yǎng)學(xué)生利用科學(xué)方法進(jìn)行探究的素質(zhì)和能力；不僅要使學(xué)生學(xué)會已有知識，而且要學(xué)會動手動腦收集、加工知識，學(xué)會自我增長知識和運(yùn)用知識。在生物教學(xué)中，教師只有通過觀察、實驗、討論和總結(jié)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，一步一個腳印地打好知識基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、開拓創(chuàng)新的科學(xué)研究方法，才能真正使學(xué)生學(xué)有所成，學(xué)有所用。