滲透生物科學方法教育 發展學生理性思維

【摘 要】本文主要以減數分裂的教學過程為案例，闡述在教學過程中滲透生物科學方法教育，發展學生理性思維的一些做法，包括生物科學史，構建模型，問題鏈導學，實驗教學，習題訓練。其次，簡要說明了有效實施生物科學方法教育應注意的問題。

【關鍵詞】生物科學方法；理性思維；減數分裂

1.問題的提出

高中生物課程標準中提出要全面提高學生的生物科學素養。生物科學素養包含科學知識、科學方法、科學態度三個方面。標準要求學生在掌握科學知識的同時，掌握科學方法、思維及應用。隨著新課程改革的深入，生物科學方法教育逐漸受到重視，但在實際教學中，往往把科學方法的教育轉化成了陳述性知識和結論，而忽視了在知識發現過程中滲透生物科學方法教育，教師應該讓學生通過各種有效的途徑親身體驗科學方法，讓學生掌握生物學科基本概念和原理等知識的同時，發展學生的理性思維，全面提高生物科學素養。

2.生物科學方法的主要內容

趙占良在《人教版高中生物課標教材中的科學方法體系》中闡述了生物科學方法內容。其包括獲取經驗性材料的方法和理性思維的方法。獲取經驗性材料的方法包括觀察法、實驗法、調查法、模擬法。理性思維的方法包括形象思維、邏輯思維、直覺和靈感、模型方法、數學方法、系統方法。邏輯思維包括歸納、演繹、分析、綜合和類比。模型方法包括物理模型、數學模型、概念模型。

3.理性思維的概念

理性思維是人類思維的高級形式，是人們把握客觀事物本質和規律的能動活動。理性思維是一種有明確的思維方向，有充分的思維依據，能對事物或問題進行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的一種思維。即理性思維就是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維方式。

4.生物科學方法教育在減數分裂教學中的具體應用案例分析

下面以人教版高中生物必修二第二章第一節《減數分裂和受精作用》中精子的形成過程的教學為例，闡述在減數分裂教學中滲透生物科學方法教育，發展學生理性思維的一些做法。

4.1生物科學史 體會生物科學方法

生物科學史不僅包含科學發展過程中的人物和事件，更重要的是蘊含了豐富的科學思想、科學方法、科學精神等內容。學生通過生物科學史的學習，體會科學家提出問題，解決問題，不斷探究、質疑、再提新問題的實踐過程，學習科學家思考問題的方式。當孟德爾的遺傳規律被重新發現后，隨之而來的問題是遺傳因子在細胞中的什么位置，怎樣精確的代代相傳？魏斯曼對染色體減數分裂及其合理性進行了預言。他認為：必須在細胞和個體水平上來研究遺傳，他拒絕了達爾文的“泛生論”以及獲得性遺傳等觀點。他預測：在卵細胞和精子的成熟過程中，必然有一個特別的分裂過程使染色體數目減少一半。受精時，精子和卵細胞結合，使染色體的數目又恢復到原來的水平。后來，鮑維里和斯特拉斯分別證實了魏斯曼關于減數分裂的預言。通過了解科學發展的過程，筆者將孟德爾的遺傳規律與減數分裂有機結合起來，避免對生物知識進行割裂式的教學，為建立知識間的內在聯系打下良好的基礎。本節內容通過了解魏斯曼的預言及鮑維里和斯特拉斯的實驗論證，讓學生體會科學家大膽質疑、提出合理假設，實驗論證的理性思維方式。

4.2建構模型 學習生物科學方法

減數分裂過程是一個抽象復雜的過程，通常教師會運用視頻和圖片輔助教學，給學生直觀感性的認識，但這依然是學生被動的接受，并未真正參與到發現知識的過程中。筆者采用染色體模型讓學生動態地模擬減數分裂過程。如果在知識全部講解完后模擬減數分裂過程，只能使學生對減數分裂知識進行鞏固，對生物科學方法教育不夠深入，學生的理性思維的發展得不到有效的鍛煉。因此，根據“發現式學習”原理，筆者認為應該讓學生用模型模擬減數分裂過程貫穿于教學過程中的每一個階段，對書本靜態的圖片動態化，進而構建染色體數目和行為變化的模型。通過先學后教，先操作后總結的教學順序，學生構建過程中的錯誤會不斷涌現，針對錯誤，一起觀察、剖析、解決問題，實現了“此處無聲勝有聲”的科學方法教育。模擬過程主要分四步。第一步，理解同源染色體、非同源染色體、聯會、四分體等重要概念。有的學生用模型構建同源染色體會出現錯誤，例如，選擇染色體模型時只想到選擇大小一致的配對，有的學生沒想到用不同顏色來表示一條來自父方一條來自母方這一特點。又如，X染色體和Y染色體能夠配對，但大小不一樣，也是同源染色體，在錯誤中總結完善了同源染色體的概念。第二步，理解同源染色體分離，非同源染色體自由組合的過程。在此過程中，有的學生會猶豫哪些染色體移向一邊，哪些染色體移向另一邊，通過點撥，非同源染色體可以自由組合，學生加深了對配子中染色體多樣性的理解。第三步，完成減數第一次分裂，注意分裂完的細胞數目及每個細胞中染色體數目等。第四步，完成減數第二次分裂過程，特別要注意如何模擬著絲點分裂，姐妹染色單體分離，移向細胞兩極的過程，最后形成的生殖細胞的數目及染色體的形態和數目。隨著教學的層層推進，學生逐步構建減數分裂過程，最終理清染色體行為和數目的變化，形成有意義的主動的模型構建。整個教學過程把抽象的知識變得直觀，可操作化，學生在發現問題、解決問題中學習了生物科學方法，理性思維得到了發展。

4.3問題鏈導學 滲透生物科學方法

本節內容在模型構建過程中，采用問題鏈導學的方法，指導學生模擬減數分裂過程。在解決新問題時，通過問題鏈梳理舊知，進行鋪墊，提供一條解決問題的知識鏈。當問題比較復雜時，分解成若干小問題，層層遞進，每一個小問題運用什么知識點，在需要解決的眾多問題中，什么可以先解決，什么必須先解決，什么是解決問題的必要條件，這需要教師引導學生運用回憶、觀察、比較、分析、演繹、綜合、歸納等科學方法來進行思維。問題鏈可以讓學生思維更清晰，精力更集中，更能理解探究的精髓。教師針對減數分裂內容精心設計問題鏈，使之成為整個學習內容的探究線索，學生沿著這個線索指引的方向，經過思考，模擬減數分裂過程。問題鏈如下：（1）如果精子和卵細胞是通過有絲分裂產生的，則受精卵中有多少條染色體？（2）如果是這樣，那么前后代的遺傳能否穩定？（3）減數分裂產生的生殖細胞中染色體是如何減半的？（4）一個精原細胞需分裂幾次？染色體復制幾次？產生幾個精子？（5）如果復制后的染色體著絲點分裂后，所產生的子細胞染色體數目能減半嗎？（6）染色體如何變化能使子細胞中染色體數目減半？（7）染色體怎樣才能有序地排列在赤道板兩側？（8）什么是同源染色體，聯會，四分體？（9）從染色體的行為變化分析，導致次級精母細胞染色體數目減半的原因是什么？（10）次級精母細胞中染色體如何變化使其產生的精子中染色體數與它相同？DNA數目如何變化？（11）總結什么是減數分裂？1-2問題利用有絲分裂的知識，創設認知沖突，形成認知矛盾，激起學生探究欲望。3-6問題引導學生假設、分析、推論、尋求答案。7-11問題層層遞進，為模擬減數分裂過程提供線索，點撥學生的思維方向，最后總結減數分裂的核心概念。

4.4實驗教學 內化生物科學方法

實驗教學是生物教學中極其重要的組成部分，是生物科學方法教育的重要途徑。生物實驗類型分為：觀察型，驗證型，設計型，探究型，演示型和模擬型。每個實驗蘊含著不同的生物科學方法，實驗的過程是學生親身體驗科學研究方法的過程。教師如果從傳授知識的角度來組織實驗教學，學生過多重視實驗的結果，這樣會使科學方法教育大打折扣。反之，教師按照科學方法呈現的邏輯組織實驗教學，能使學生在實驗學習中建立良好的認知結構，培養學生分析問題和解決問題的能力。本節內容包含一個觀察實驗——觀察蝗蟲精母細胞減數分裂固定裝片，此實驗的目的是通過觀察蝗蟲精母細胞減數分裂固定裝片，識別減數分裂不同時期的染色體的行為變化、形態、位置和數目。為了更好地突出科學方法教育和發展學生的理性思維，在課堂時間有限的情況下，筆者將此實驗改進成制作洋蔥雄蕊減數分裂裝片并進行觀察的實驗。材料特點及方法步驟如下：洋蔥（2N=16）春天四五月份可長出花序，采摘花序，放置于卡諾固定液中（酒精：冰醋酸=3：1）固定2小時，然后取出花序，挑取小花即可制片。如不及時制片，可將固定后的花序，用95%酒精沖洗后（直至聞不到醋酸味為止）放入70%酒精中，存于冰箱內，可隨時取用。制片時挑取一朵小花，撥出雄蕊，用堿性品紅或醋酸洋紅染液染色2-3分鐘，按常規壓片法壓片，鏡檢，可清楚地看到減數分裂的各個時期。本實驗學生要學會正確的操作，細致的觀察，分辨出減數分裂的各個時期，區分出模型圖和顯微圖像的差別。

在生物興趣小組活動或者校本課程上，我們可以將此驗證性實驗改進成探究性實驗，探究觀察減數分裂過程的最佳實驗材料，學生查閱資料，選擇不同的植物材料，進行探究實驗。也可以用動物的精巢（如蝗蟲）作為實驗材料，和植物雄蕊材料進行對比，觀察動物和植物原始生殖細胞減數分裂的區別。探究實驗要求學生明確實驗目的、設計實驗步驟、合作討論完善實驗方案、實施實驗，對實驗結果進行分析討論，進而使學生體驗到生物科學研究方法的過程并能進行總結和內化。

4.5習題訓練 運用生物科學方法

近年來的生物高考試題更加重視對學生學習遷移能力和生物科學素養的考查。在新情境中考查學生分析和解決問題的能力，科學探究的方法和思維能力。高考試題的設計有較強的邏輯性和思維的廣度、深度，生物科學方法廣泛蘊含在高考試題中，對教師和學生的引導作用非常巨大。在平時解題訓練過程中要重分析、重引導、重討論、重總結，指導學生運用生物科學方法解決問題，培養學生科學縝密的理性思維習慣。

5.有效實施生物科學方法教育應注意的問題

生物課程標準把“以學生的發展為根本”作為指導思想，教師進行教學設計時要考慮學生的實際水平，注重研究學生的心理特點，思維水平，知識結構。課堂上能積極引導學生主動參與學習過程，親身體驗生物科學方法教育，讓學生的思維真正“活”起來、“動”起來，才有可能使他們的理性思維能力得到充分的發展。生物科學方法教育切記生搬硬套，必須以知識教學為載體，不同的知識采用不同的生物科學方法教育，同時顯性教育和隱性教育相結合。隱性科學方法教育即教師隱蔽地發揮科學方法的導向作用，使學生在學習過程中受到科學方法的啟蒙和熏陶。顯性科學方法教育是指在生物知識教學過程中，教師對科學方法的名稱、特點和操作過程等講清楚，并指導學生有意識地、自覺地加以運用。在高中階段，學生的理性思維能力還有待提高，因此，生物科學方法的顯性教育尤為重要，這是提高高中學生理性思維的重要途徑。

總之，加強生物科學方法教育，是學生構建知識、發展能力、提高理性思維能力的有效途徑。教師在教學中要抓住生物科學方法教育這一主線，針對不同的知識內容以及學生的實際需要，有效地開展科學方法教育，發展學生理性思維，提高學生的生物科學素養。

【參考文獻】

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