基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考

1、14科學(xué)的應(yīng)用經(jīng)常會(huì)對(duì)倫理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治產(chǎn)生影響。 2.3 植物能夠適應(yīng)其所在的環(huán)境。十、生物學(xué)科學(xué)方法的教育 生物科學(xué)方法教育是指在生物學(xué)教學(xué)中以生物學(xué)內(nèi)容為載體有計(jì)劃、有目的、有意識(shí)、有步驟地引導(dǎo)、滲透、點(diǎn)撥和傳授科學(xué)(研究)方法，使學(xué)生受到科學(xué)方法的熏陶，通過訓(xùn)練逐步地掌握和運(yùn)用最基本、最主要的科學(xué)方法，達(dá)到系統(tǒng)學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)能力和提高科學(xué)素養(yǎng)以及促進(jìn)個(gè)體發(fā)展的目的。 （一）高中生物學(xué)教材的科學(xué)方法體系生物學(xué)科作為自然學(xué)科的重要分支，有科學(xué)的一般研究方法和哲學(xué)層次的方法，同時(shí)又由于自身學(xué)科研究對(duì)象的生命化特點(diǎn)，與其他自然學(xué)科相比還有著本學(xué)科特殊的研究方法。這里按照生物科學(xué)知識(shí)的獲

2、得層次將生物科學(xué)方法分成三類：1. 獲取感性材料的認(rèn)識(shí)方法 獲取生命對(duì)象信息的直接方法，無(wú)需經(jīng)過深入的思維加工。（1）觀察和實(shí)驗(yàn)觀察貫穿于生命科學(xué)所有的研究過程中。通過觀察獲得對(duì)研究對(duì)象的性質(zhì)以及與其他事物的關(guān)系等的認(rèn)識(shí)。科學(xué)的觀察要求學(xué)生能熟練使用必要的儀器，綜合運(yùn)用聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等多種感官，堅(jiān)持目的性、客觀性、全面性、典型性原則，同時(shí)還要求積極思考，進(jìn)行分析、比較、分類、判斷等。作為一門實(shí)驗(yàn)性的自然科學(xué)，學(xué)生必然要能掌握中學(xué)生物學(xué)中各實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，會(huì)使用基本的儀器，懂得設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。觀察和實(shí)驗(yàn)作為基本的科學(xué)研究方法貫穿于整個(gè)生物學(xué)研究過程中。（2）模擬模擬是對(duì)包括現(xiàn)在存

3、在或過去存在的生物或生命現(xiàn)象所間接進(jìn)行的一種特殊實(shí)驗(yàn)方法。要求學(xué)生能理解模擬所必需的生物學(xué)理論、概念、原則、方法等，體會(huì)模擬中知識(shí)或技術(shù)創(chuàng)新的過程。例如米勒設(shè)計(jì)的模擬地球生命物質(zhì)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)，蛋白質(zhì)合成的模擬過程，DNA雙螺旋模型等。（3）調(diào)查要求學(xué)生能明確調(diào)查目的和調(diào)查對(duì)象，制訂合理的調(diào)查方案，掌握隨機(jī)取樣、確定樣本大小、設(shè)計(jì)記錄數(shù)據(jù)的表格、計(jì)算平均值等對(duì)包括數(shù)學(xué)在內(nèi)的工具和技術(shù)的使用。能夠查詢、收集、存儲(chǔ)、檢索、組織數(shù)據(jù)和信息。例如調(diào)查身邊某一生態(tài)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)分析各因索之間的關(guān)系；查找有關(guān)地區(qū)(或公園、校園等)植被變化的資料，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，分析其概貌、生態(tài)環(huán)境的改變等。2. 理性分析的邏輯思維

4、的方法需要經(jīng)過深入的思維和對(duì)相關(guān)內(nèi)容的深刻了解，對(duì)事物的本質(zhì)進(jìn)行深層次的概括。（1）歸納與演繹能夠根據(jù)已知的知識(shí)和事實(shí)、條件，對(duì)問題進(jìn)行邏輯推理和論證，得出正確的結(jié)論或作出正確的判斷，并能把推理過程正確地表達(dá)出來(lái)。例如，許多年來(lái)科學(xué)家一直使用和改良顯微鏡；最后由施萊登從顯微鏡下的視野歸納得出植物都是由細(xì)胞構(gòu)成的結(jié)論，一年后施旺也提出所有動(dòng)物也都是由細(xì)胞構(gòu)成，由此建立了細(xì)胞學(xué)說（2）分析和綜合能夠?qū)栴}進(jìn)行具體分析，把復(fù)雜問題分解為若干較簡(jiǎn)單的問題，掌握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，分析各個(gè)部分，把握整體全局，靈活 地運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)綜合解決問題。例如，關(guān)于細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，教材先采取分析的方法，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)細(xì)

5、胞膜、細(xì)胞核和各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能；接下來(lái)運(yùn)用綜合的方法引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)細(xì)胞內(nèi)各種細(xì)胞器的協(xié)調(diào)配合、紐胞的生物膜系統(tǒng)，從而在整體上認(rèn)識(shí)細(xì)胞。（3）比較兩個(gè)或兩個(gè)以上具有相同或相似特征的事物間，從一事物的某些已知特征去推測(cè)另一事物的相應(yīng)特征或直接進(jìn)行比較，異中求同，同中求異。對(duì)不同的內(nèi)容能夠采用不同的比較法(包括列表比較、分析對(duì)比、實(shí)驗(yàn)對(duì)比、圖文比較、歸納比較等)。學(xué)習(xí)光合作用與呼吸作用后，對(duì)這兩個(gè)概念可以從各自發(fā)生場(chǎng)所的結(jié)構(gòu)特征、發(fā)生過程等方面進(jìn)行橫向比較，也可以對(duì)不同生物進(jìn)行縱向比較，以便更好地理解。3. 數(shù)學(xué)方法 利用數(shù)學(xué)思維和數(shù)學(xué)工具來(lái)研究生命對(duì)象的方法，已成為生命科學(xué)深入發(fā)展的標(biāo)志之一。

6、（1）概率與統(tǒng)計(jì) 要求掌握概率與統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并且能夠運(yùn)用并處理實(shí)際問題。例如盂德爾對(duì)豌豆雜交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理就是根據(jù)概率論的思想加以統(tǒng)計(jì)分析，從而得到孟德爾遺傳學(xué)定律；生態(tài)學(xué)上研究某種群數(shù)量變化也是采用這種方法。（2）數(shù)學(xué)模型 要求學(xué)生有基本的數(shù)學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)思維，能夠用數(shù)學(xué)的思維解釋模型中所表示的生物學(xué)現(xiàn)象、特征和狀況，用符號(hào)、公式、圖像等數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述生命現(xiàn)象，并能夠科學(xué)地處理實(shí)驗(yàn)或調(diào)查所獲得的數(shù)據(jù)。例如通過建立坐標(biāo)系，用曲線來(lái)表示種群數(shù)量變化的種群增長(zhǎng)模型。（二）實(shí)施科學(xué)方法教育的主要途徑和方法1. 知識(shí)點(diǎn)傳授過程中滲透科學(xué)方法教育 現(xiàn)行的生物學(xué)知識(shí)體系并不突出生物科學(xué)發(fā)現(xiàn)的程序和具體的科

7、學(xué)方法知識(shí)，很多教師在教學(xué)實(shí)踐中也過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)本身的邏輯順序而忽略了作為科學(xué)認(rèn)識(shí)的認(rèn)知順序?？茖W(xué)方法不是游離于生物學(xué)知識(shí)之外的，教師在傳授知識(shí)的同時(shí)也要滲透知識(shí)體系中所體現(xiàn)的科學(xué)方法教育。生物學(xué)課堂教學(xué)中比較多的是概念、規(guī)則和原理的教學(xué)，在概念、規(guī)則和原理的建立、發(fā)展和應(yīng)用過程中以及各知識(shí)點(diǎn)相互聯(lián)系的地方往往蘊(yùn)涵著豐富的科學(xué)方法。教師在教學(xué)中應(yīng)充分利用和挖掘教材中這些科學(xué)方法的教育因素，以具體的教學(xué)內(nèi)容為依托，采用不同的教學(xué)方法和手段，適時(shí)點(diǎn)撥，通過概念的形成、規(guī)律的得出、模型的建立、知識(shí)的運(yùn)用等，讓學(xué)生在獲取知識(shí)的同時(shí)掌握不同的科學(xué)方法。以“物質(zhì)的 跨膜運(yùn)動(dòng)”一節(jié)教學(xué)為例，滲透科學(xué)方法的教育

8、： 觀察和實(shí)驗(yàn)：通過觀察“物質(zhì)通過膜的擴(kuò)散”實(shí)驗(yàn)，觀察三種跨膜運(yùn)動(dòng)(自由擴(kuò)散，協(xié)助擴(kuò)散，主動(dòng)運(yùn)輸)的圖解或動(dòng)態(tài)演示過程，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出要有目的的，全面性的觀察。 分析與歸納：對(duì)兩組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行比較與分析，引導(dǎo)學(xué)生將問題的焦點(diǎn)集中于半透膜兩側(cè)的物質(zhì)分子大小的差異，從而歸納出半透膜對(duì)物質(zhì)的通過有一定的選擇作用，半透膜可允許小分子物質(zhì)通過，但不允許大分子物質(zhì)通過。要注意思路的清晰。分類與比較：引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的方向、是否需要膜上蛋白質(zhì)載體、是否消耗能量等幾方面進(jìn)行分類與比較，最后用表格的方式歸納三種方式的特點(diǎn)。注意結(jié)果表達(dá)的簡(jiǎn)明性。 數(shù)學(xué)模型：讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)坐標(biāo)系，用曲線表示三種運(yùn)輸方式過程

9、中物質(zhì)的濃度梯度、氧氣供應(yīng)量與物質(zhì)的運(yùn)輸速度之間的關(guān)系。明確自變量與因變量。2. 利用生物學(xué)史進(jìn)行科學(xué)方法的教育 生物學(xué)的發(fā)展史不僅僅是生物學(xué)事件的記錄和再現(xiàn)，也是人們研究生命世界思想的反映和復(fù)原，同時(shí)也是科學(xué)方法的發(fā)展史。生物學(xué)史不僅提供學(xué)生認(rèn)識(shí)生物學(xué)的過程，了解生物學(xué)概念和原理是怎樣產(chǎn)生、演變和發(fā)展，還能提供蘊(yùn)含在其中的科學(xué)方法，使學(xué)生領(lǐng)略到科學(xué)家的研究思維及人格魅力，啟發(fā)學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法。新課改以來(lái)出版的生物學(xué)教材提供了很多生物學(xué)史的資料，教師可以采用讓學(xué)生自學(xué)，進(jìn)行總結(jié)或案例教學(xué)等形式進(jìn)行科學(xué)方法教育。例如在“光合作用”一節(jié)的教學(xué)中，通過對(duì)光合作用研究歷史的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解科學(xué)家

10、們?nèi)绾瓮ㄟ^設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究光合作用，學(xué)習(xí)生命科學(xué)研究中的理化測(cè)量方法，能夠?qū)W習(xí)、模仿科學(xué)家們的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)設(shè)計(jì)單因素實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究能力，進(jìn)一步培養(yǎng)科學(xué)精神和創(chuàng)新意識(shí)，爭(zhēng)取創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 來(lái)探究生活中遇到的問題。教學(xué)流程可通過分析幾個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行： 赫爾蒙特實(shí)驗(yàn)：他是帶著什么疑問進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究?(研究思路)為什么需要干燥的土壤，只澆純凈的雨水，在木桶上加桶蓋?(控制干擾因素)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為植物的“食物”只來(lái)源于水。(實(shí)驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)疑)普里斯特利實(shí)驗(yàn)：在密閉的容器分別放人老鼠，老鼠與薄荷，燃著的蠟燭與薄荷，燃著的蠟燭，證明植物能更新空氣。(空白對(duì)照)英格豪斯實(shí)驗(yàn)：密閉的容器中放人植物和老鼠，分別給予光

11、照和不給光照，證明光照是植物放氧的條件。(條件對(duì)照，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的無(wú)關(guān)變量、實(shí)驗(yàn)變量，單因子變量原則) 薩克斯實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)變量：曝光，遮光；反應(yīng)變量：變籃，不變藍(lán)。研究得出光合作用的產(chǎn)物之一是淀粉。(理化測(cè)量進(jìn)行定性分析) 魯本實(shí)驗(yàn)：分別用同位素標(biāo)記的H218O與普通CO2，C1802和普通的水作原料進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)，證明O2來(lái)源于H20。(同位素示蹤法)3. 積極開展探究活動(dòng)，體驗(yàn)科學(xué)方法科學(xué)方法是科學(xué)探究的基礎(chǔ)。任何探究活動(dòng)都依賴于科學(xué)方法的指導(dǎo)。把生物學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法結(jié)合起來(lái)，在探究過程中學(xué)習(xí)和運(yùn)用科學(xué)方法，是生物科學(xué)方法教育的有效途徑。我國(guó)中學(xué)生物學(xué)教材在體現(xiàn)科學(xué)方法訓(xùn)練方面還不夠全面，只

12、在對(duì)觀察、分類、實(shí)驗(yàn)等方面進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的訓(xùn)練，且通常都過分強(qiáng)調(diào)步驟和實(shí)驗(yàn)本身的效果，對(duì)于如何發(fā)現(xiàn)并提出問題、形成假說、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、模型化、給出定義等則沒有體現(xiàn)或體現(xiàn)不夠充分。而一個(gè)完整的科學(xué)探究活動(dòng)過程包括：提出問題，形成假設(shè)，制定計(jì)劃，收集證據(jù)，處理信息和表達(dá)交流六個(gè)要素。整個(gè)過程中蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)方法。以“探究影響酶活性的因素”為例：第一步，通過分析、歸納等理性思維加工，整合材料信息：教師可先向?qū)W生提供 洗衣粉袋上的說明書及人體不同部位上消化液的pH值等相關(guān)資料，學(xué)生仔細(xì)閱讀，通過整合材料中的信息提出探究問題。在教師的指導(dǎo)下學(xué)生作出溫度和pH值會(huì)影響酶的活性的發(fā)揮以及如何影響的預(yù)期假設(shè)。由此讓學(xué)生體驗(yàn)通過分析、歸納等理性思維加工，整合材料信息的科學(xué)方法。第二步，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想：針對(duì)學(xué)生提出的各種方案，教師要加以點(diǎn)評(píng)和指導(dǎo)。學(xué)生在遵循等量原則、單一變量原則和對(duì)照原則的前提下，分別設(shè)計(jì)溫