基于“科學(xué)方法”欄目育人價值探索的教學(xué)實(shí)踐

在科學(xué)研究中，科學(xué)方法的運(yùn)用對于揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律具有重要意義。自然科學(xué)中的科學(xué)方法學(xué)習(xí)是重點(diǎn)，以此進(jìn)行一系列教學(xué)實(shí)踐，發(fā)掘“科學(xué)方法\"欄目的育人價值，是生物學(xué)教學(xué)工作者的重要職責(zé)之一。以探究為特點(diǎn)的教學(xué)不僅會直接影響核心素養(yǎng)中“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”的落實(shí)，也會間接影響“生命觀念”“社會責(zé)任”的達(dá)成，對科學(xué)方法的實(shí)踐方式探索，發(fā)掘其價值等尤顯重要。日常教學(xué)中科學(xué)方法欄目因概括性較強(qiáng)、相對抽象、相關(guān)概念解讀不夠系統(tǒng)、考查較少等諸多因素而被忽視。筆者以人教版高中生物學(xué)教材中重點(diǎn)介紹的科學(xué)方法—“歸納法\"和\"假說—演繹法\"等為例，對科學(xué)本質(zhì)教學(xué)、概念教學(xué)、教材教法和學(xué)法指導(dǎo)等育人價值進(jìn)行討論和實(shí)踐。

一、科學(xué)方法在教材中的呈現(xiàn)

科學(xué)方法是指人們在認(rèn)識和改造自然中所遵循或運(yùn)用的符合科學(xué)一般原則的各種途徑與手段，包括在科學(xué)活動過程中采用的思路、步驟、原則和模式等。其具有三個層次，即專門科學(xué)方法、一般科學(xué)方法和哲學(xué)方法（圖1），這里主要討論一般科學(xué)方法。

圖1人教版高中生物學(xué)新版教材中的一般科學(xué)方法體系

科學(xué)探究離不開科學(xué)方法，在學(xué)習(xí)中學(xué)生物學(xué)學(xué)科的必備知識基礎(chǔ)上，理應(yīng)關(guān)注其在概念學(xué)習(xí)過程中的價值，關(guān)注學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究等核心素養(yǎng)培養(yǎng)的方式方法。在人教版生物學(xué)五本教材中，“科學(xué)方法\"欄目列出了12條科學(xué)方法，現(xiàn)按照吳成軍老師給出的一般科學(xué)方法體系進(jìn)行分類，見表1。

表1人教版教材“科學(xué)方法”欄目所列科學(xué)方法及主要內(nèi)容

可見中學(xué)生物學(xué)教材中所列的科學(xué)方法包括邏輯思維方法、系統(tǒng)思維方法和觀察與實(shí)驗法等一般科學(xué)方法，也包括同位素標(biāo)記法等一些專門科學(xué)方法。除“科學(xué)方法\"欄目中重點(diǎn)介紹的之外，在“探究·實(shí)踐\"“思維訓(xùn)練\"及正文中介紹了一些科學(xué)方法，例如，具體的專門科學(xué)方法，如紙層析法分離色素、標(biāo)記重捕法等；邏輯思維方法，如運(yùn)用證據(jù)和邏輯評價論點(diǎn)、提出假說、推斷假說與預(yù)期等；觀察與實(shí)驗法，如調(diào)查人群中的遺傳病、評價實(shí)驗設(shè)計和結(jié)論等。

二、科學(xué)方法在教材中的價值

值得注意的是，教材中“科學(xué)方法\"欄目中呈現(xiàn)的具體內(nèi)容，不應(yīng)只停留在對具體某章節(jié)的描述和泛泛的解讀上，有些科學(xué)方法貫穿教材編寫的始終，而且呈現(xiàn)了一些典型案例。例如，專門的科學(xué)方法中同位素標(biāo)記法，在“分泌蛋白的合成與運(yùn)輸\"中提到 ³H 標(biāo)記亮氨酸，之后在光合作用中基于科學(xué)史中的 ¹⁸O，¹⁴C ，還有赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗中使用了 ³²P 和 ³⁵S ，梅塞爾森和斯塔爾使用 ¹⁵N 證明DNA半保留復(fù)制，甚至在細(xì)胞工程、基因工程中也有相關(guān)應(yīng)用。科學(xué)方法在科學(xué)本質(zhì)、概念構(gòu)建過程中均起到穿針引線的作用。再如歸納法，在生物學(xué)教學(xué)中呈現(xiàn)的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)中可見其身影，教師指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的一些基本原理也常用到歸納法。假說一演繹法除了在基因的分離定律和自由組合定律發(fā)現(xiàn)中體現(xiàn)，摩爾根發(fā)現(xiàn)基因的連鎖互換定律，以及促胰液素的發(fā)現(xiàn)等也有呈現(xiàn)。教師需要清楚科學(xué)方法的應(yīng)用，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行梳理。

因此，科學(xué)方法欄目在新課教學(xué)中具有以下功能：一是對教材中呈現(xiàn)的科學(xué)原理和科學(xué)發(fā)展進(jìn)行解釋，使學(xué)習(xí)者能夠更加清晰地理解科學(xué)本質(zhì)；二是幫助學(xué)習(xí)者理解生物學(xué)概念的形成過程及其之間的聯(lián)系；三是給學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)科學(xué)的方法和途徑，掌握科學(xué)探究的一般路徑；四是指引學(xué)習(xí)者利用科學(xué)方法進(jìn)一步探究未知的科學(xué)知識，教給學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)科學(xué)的工具等。

在新課教學(xué)過程中，科學(xué)方法的學(xué)習(xí)是一種有益補(bǔ)充，活學(xué)活用科學(xué)方法對提高課堂效率而言事半功倍；同時它也能落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)，更促進(jìn)了科學(xué)探究能力的提升，促進(jìn)了生命觀念的形成、科學(xué)思維的發(fā)展和社會責(zé)任的養(yǎng)成。因此，科學(xué)方法是自然科學(xué)學(xué)習(xí)過程的重要組成部分，可以說沒有科學(xué)方法的學(xué)習(xí)，就不可能把握科學(xué)本質(zhì)。在課堂教學(xué)中，生物學(xué)教師應(yīng)該重視科學(xué)方法的教學(xué)，更應(yīng)該積極探索學(xué)習(xí)過程中的方法，使科學(xué)教學(xué)更加完整。

三、基于科學(xué)方法的教學(xué)實(shí)踐

科學(xué)方法在教材中以一個欄目呈現(xiàn)，嘗試基于不同的科學(xué)方法進(jìn)行不同的教學(xué)設(shè)計，建立科學(xué)方法的教學(xué)模型。教師應(yīng)在科學(xué)方法的學(xué)習(xí)和應(yīng)用過程中嘗試創(chuàng)新教學(xué)活動，如運(yùn)用建模思想構(gòu)建概念的邏輯關(guān)系，在表述復(fù)雜的事項或概念時，可以依托縱向拓展、橫向關(guān)聯(lián)和螺旋進(jìn)階等方式，以實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)和大概念教學(xué)的目標(biāo)。同時，生物學(xué)中的一些重要概念是人類科學(xué)思維的產(chǎn)物，形成概念一般需要分析、比較、歸納、演繹、綜合、抽象和概括等科學(xué)思維過程和方法。基于此，筆者以“歸納法”和“假說一演繹法\"科學(xué)方法為例，嘗試如下實(shí)踐。

（一）科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)探討

科學(xué)的本質(zhì)是一種創(chuàng)造性認(rèn)知活動，是探索和改造客觀世界的實(shí)踐過程，從而揭示自然和社會的奧秘，推動人類社會的進(jìn)步。科學(xué)方法在探究科學(xué)本質(zhì)的過程中起著非常關(guān)鍵的作用，并由此形成系統(tǒng)的科學(xué)知識。科學(xué)知識是基于觀察和經(jīng)驗的，具有主觀性和暫定性。科學(xué)中并不存在一種程序化的科學(xué)方法，雖然確需通過觀察、假設(shè)、測量、檢驗、共同討論等步驟來構(gòu)建科學(xué)理論，但并不存在固定的步驟能夠正確引導(dǎo)人們修正某些觀點(diǎn)，更不用說獲得確定的知識。例如，摩爾根質(zhì)疑孟德爾豌豆雜交實(shí)驗的結(jié)論和薩頓假說，嘗試用動物一果蠅雜交實(shí)驗將其推翻，在運(yùn)用“假說一演繹法\"的科學(xué)探究過程中，沒有停下探索的腳步，不但證明基因的分離定律，而且發(fā)現(xiàn)了基因的連鎖互換定律。教學(xué)環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵步驟是要讓學(xué)生產(chǎn)生新的認(rèn)知沖突一為什么子二代中的白眼全為雄性，引發(fā)了科學(xué)家的進(jìn)一步探索。在不斷產(chǎn)生新的認(rèn)知沖突的過程中，解決科學(xué)問題時又產(chǎn)生了新的問題；在新技術(shù)的加持下，解決了新的問題，同時又產(chǎn)生了更多科學(xué)問題。教師要引導(dǎo)學(xué)生理解認(rèn)知沖突本身的價值，更要讓學(xué)生明白科學(xué)方法對科學(xué)本質(zhì)的意義，明確科學(xué)方法在科學(xué)概念的形成過程中不斷產(chǎn)生和發(fā)展，又催生了新的科學(xué)概念體系。科學(xué)方法在教學(xué)過程中沒有固定的形式，是為科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)服務(wù)的。

（二）概念教學(xué)的有效嘗試

例如，在“細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)\"中，教材通過簡潔的語言描述了單細(xì)胞生物和多細(xì)胞生物的生命活動特點(diǎn)，同時利用清晰的圖形展示了縮手反射等生命現(xiàn)象中細(xì)胞的作用。此外，教材還通過遞進(jìn)安排圖文信息，從植物和動物生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次出發(fā)，闡述了細(xì)胞在生命系統(tǒng)中的地位和作用。這里有一條教材編寫的明線，細(xì)胞學(xué)說及其建立過程 $$ 細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)，闡述細(xì)胞是生命活動的基本單位。另一條線：科學(xué)方法——?dú)w納法更讓學(xué)生耳目一新，能夠很好地構(gòu)建“細(xì)胞是生命活動的基本單位\"這一重要概念（表2）。

表2基于歸納法的教學(xué)主線設(shè)計

學(xué)習(xí)教材中的第一個科學(xué)方法—“歸納法”，并嘗試應(yīng)用，既能體現(xiàn)科學(xué)方法的重要性，又能活學(xué)活用，讓科學(xué)方法不再是死板的方法。

（三）教法的實(shí)踐探索

梳理教材中的科學(xué)方法，可以幫助教師更加直觀地探究教材教法。筆者根據(jù)假說一演繹法，設(shè)計了相關(guān)的教學(xué)過程，板書如圖2所示。

通過板書展示上課過程，能夠更加直觀地體現(xiàn)“假說一演繹法\"在科學(xué)探索中的應(yīng)用。板書左邊先書寫科學(xué)探究的過程一雜交實(shí)驗 $$ 根據(jù)實(shí)驗現(xiàn)象提出問題 $$ 嘗試解釋 $$ 進(jìn)行推理 $$ 實(shí)驗驗證，使課堂教學(xué)目標(biāo)明確，突破重難點(diǎn)，學(xué)生印象深刻，收到了很好的教學(xué)效果。

（四）學(xué)法指導(dǎo)的現(xiàn)實(shí)意義

學(xué)習(xí)方法也是科學(xué)方法的一個方面，好的學(xué)習(xí)方法就是科學(xué)方法的另一個角度的應(yīng)用。科學(xué)方法對學(xué)法指導(dǎo)有著現(xiàn)實(shí)意義。以ATP的結(jié)構(gòu)和功能為例，筆者嘗試用科學(xué)方法對學(xué)生學(xué)習(xí)方法的實(shí)踐進(jìn)行指導(dǎo)。首先，通過“歸納法”，生物學(xué)家收集關(guān)于ATP的結(jié)構(gòu)和功能的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)ATP在細(xì)胞代謝和能量轉(zhuǎn)換中起著關(guān)鍵作用。其次，運(yùn)用“假說一演繹法”，生物學(xué)家提出了關(guān)于ATP合成和分解機(jī)制的假說，并通過實(shí)驗驗證了這些假說的正確性，幫助學(xué)生通過其內(nèi)在的邏輯關(guān)系，理解與ATP相關(guān)的一系列知識，構(gòu)建知識體系，達(dá)成深度學(xué)習(xí)。

生物學(xué)是一門以實(shí)驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，其研究和發(fā)展離不開對科學(xué)方法的運(yùn)用，無論是一般科學(xué)方法還是專門科學(xué)方法在生物學(xué)中都發(fā)揮著不可替代的作用。其不僅有助于高效地構(gòu)建生物學(xué)概念體系，還能夠引領(lǐng)學(xué)生對生命現(xiàn)象本質(zhì)和規(guī)律的不斷探索，實(shí)現(xiàn)“科學(xué)方法\"欄目的育人價值。

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責(zé)任編輯：趙瀟晗