利用生物學(xué)史訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)研究能力

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生物學(xué)是一門實驗學(xué)科，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力是中學(xué)生物教學(xué)的一項重要目標(biāo)。在新一輪高中新課程改革中，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)是高中生物教學(xué)的重要任務(wù)，而“科學(xué)探究”和與之密切相關(guān)的“理性思維”正是生物學(xué)核心素養(yǎng)的兩大重要內(nèi)容。多年來，《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱》也一直要求學(xué)生“具有對一些生物學(xué)問題進行初步探究的能力，包括運用觀察、實驗與調(diào)查、假說演繹、建立模型與系統(tǒng)分析等科學(xué)研究方法”，并采用多種形式加強了對這方面的考查。因此，教師在日常教學(xué)中應(yīng)充分利用教學(xué)資源，加強對學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，使學(xué)生逐步具備最關(guān)鍵、最必要的基礎(chǔ)素養(yǎng)，并最終形成完善的能力體系，從而促進其終身發(fā)展。

現(xiàn)行高中生物教材中有許多生物學(xué)發(fā)展史的內(nèi)容，這些內(nèi)容是教材的一大亮點和特色，也是教學(xué)的重要資源。它不僅能體現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的整個歷程，使學(xué)生明白科學(xué)理論的形成和完善過程，而且可以幫助學(xué)生樹立科學(xué)發(fā)展觀，感受在科學(xué)發(fā)展的過程中科學(xué)家所付出的努力和艱辛，進而培養(yǎng)學(xué)生刻苦鉆研、不畏艱難的科學(xué)品質(zhì)。同時，在教學(xué)發(fā)展史的內(nèi)容中，包含著許多重要的科學(xué)探究思想、方法，充分挖掘其中的價值，讓學(xué)生在感悟科學(xué)精神的同時學(xué)會科學(xué)探究的方法，對于提升學(xué)生核心素養(yǎng)尤為重要。下面，筆者以人教版高中生物必修教材為例，舉例說明生物學(xué)發(fā)展史在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力方面的應(yīng)用。

1學(xué)會“提出假說”

由于受當(dāng)時技術(shù)水平的限制，人們對于很多生物學(xué)現(xiàn)象并不能立即著手進行實驗研究，通常都是先根據(jù)已有知識提出假說，對現(xiàn)象進行分析和解釋，待技術(shù)成熟后，再通過實驗證實假說是否成立。假說的提出是建立在仔細的觀察、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S和扎實的知識基礎(chǔ)上的，同時還需要大膽、天才的想像。大膽地提出假說，是開展科學(xué)實證的前提。在假說的引導(dǎo)下進一步開展實驗，進而取得重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。教材中有許多這樣的范例。必修1第4章第2節(jié)“生物膜的流動鑲嵌模型”中“對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程”便是如此（表1）。除上述內(nèi)容外，教材在許多章節(jié)都有類似的內(nèi)容，如孟德爾對性狀分離現(xiàn)象和自由組合現(xiàn)象的解釋、薩頓“基因位于染色體上”的假說、對DNA分子復(fù)制方式的推測、對植物向光性的研究中生長素的發(fā)現(xiàn)等。在教學(xué)時，教師最好不要直接將科學(xué)家們的假說告訴學(xué)生，而是讓學(xué)生根據(jù)已有的實驗現(xiàn)象作出猜想，嘗試進行解釋。這樣就能讓學(xué)生體會科學(xué)家們的研究思路，并能對后續(xù)實驗該如何設(shè)計以及為何如此設(shè)計形成深刻的認識。這樣就有利于激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的熱情，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維以及大膽想像的品質(zhì)。有的學(xué)生認為，既然是假說，那就可以是兩種完全相反的觀點，可以“肯定”，也可以“否定”。這其實是錯誤的。提出假說不是隨意編造，而是建立在實驗現(xiàn)象和已有知識基礎(chǔ)上，對實驗現(xiàn)象進行合理分析。這種觀點即使可能最終被證明是錯誤的，但在當(dāng)時來說，它應(yīng)具有表面上的合理性和邏輯性，不然就毫無意義。教師在指導(dǎo)學(xué)生時，應(yīng)注意糾正這一片面認識。

2學(xué)會“設(shè)置對照”

對照原則是設(shè)計實驗的基本準(zhǔn)則之一。通過設(shè)置實驗對照，既可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。除了一個因素以外，其余因素都保持不變的實驗叫做對照實驗。通常，一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗中人為改變的變量稱為自變量；除自變量外，實驗過程中可能還會存在一些可變因素，對實驗結(jié)果造成影響，這些變量稱為無關(guān)變量。為了排除無關(guān)變量的影響，實驗組和對照組的無關(guān)變量應(yīng)當(dāng)保持相同且適宜。從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的、被平衡了的，實驗組與對照組兩者之差異則可認定為是來自于自變量的影響，這樣的實驗結(jié)果是可信的。因此，設(shè)置對照的主要內(nèi)容就是如何處理自變量和如何控制無關(guān)變量。在“光合作用的探究歷程”中，介紹了多名科學(xué)家通過開展對照實驗得出科學(xué)結(jié)論的故事，歸納如表2所示。能夠設(shè)計和實施對照實驗，是高中生物教學(xué)對學(xué)生實驗探究能力的核心要求。教材內(nèi)容對此有充分的體現(xiàn)，不但學(xué)生分組實驗幾乎都涉及對照，而且在科學(xué)發(fā)展史方面也多有介紹。近、現(xiàn)代物學(xué)發(fā)展史也就是一系列對照實驗的進行史。在教學(xué)中，教師可適當(dāng)豐富相關(guān)實驗內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家的思維，分析相關(guān)變量，體會對照實驗設(shè)計的基本要求，并學(xué)會根據(jù)結(jié)果得出結(jié)論。這樣，不但能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且提升了科學(xué)史的學(xué)習(xí)價值，有利于培養(yǎng)學(xué)生逐步發(fā)展理性思維，構(gòu)建實驗設(shè)計的基本模型。

3領(lǐng)悟“假說—演繹法”的研究方法

“假說—演繹法”是一種重要的研究方法，高中生物必修2對此作了專門介紹。在觀察、分析的基礎(chǔ)上提出問題以后，通過推理和想像提出解釋問題的假說，根據(jù)假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結(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，反之，則說明假說是錯誤的。學(xué)生對該方法的理解普遍存在困難，不能辨析提出假說、演繹推理、實驗檢驗幾個階段以及它們的內(nèi)在邏輯關(guān)系。在教學(xué)時，教師可結(jié)合教材中孟德爾、摩爾根等人的經(jīng)典實驗，分解其研究過程，分析其研究思路，幫助學(xué)生領(lǐng)悟“假說-演繹法”的內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生基于生物學(xué)事實和證據(jù)，運用演繹與推理批判性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律的能力。在解答遺傳題時，“假說-演繹法”也是常用的方法，熟悉該方法對解決遺傳學(xué)問題很有幫助。當(dāng)不能確定某種性狀的遺傳方式時，可假定其顯隱性關(guān)系以及基因的位置，然后根據(jù)雜交組合推斷出后代的性狀表現(xiàn)，再將推斷結(jié)果與題目已知結(jié)果相對比，如果一致，則假設(shè)成立，否則，不成立。

4熟悉重要的研究技術(shù)

現(xiàn)代科學(xué)的重大突破，與技術(shù)的革新和進步是密不可分的。在生物學(xué)的發(fā)展歷程中，一些關(guān)鍵技術(shù)的誕生和應(yīng)用對于許多重要生物學(xué)規(guī)律和事實的認知功不可滅。在學(xué)習(xí)科學(xué)發(fā)展史時，教師應(yīng)適時對有關(guān)技術(shù)進行恰當(dāng)?shù)闹v解，這樣就有助于學(xué)生理解研究的原理、過程，并為其今后從事相關(guān)專業(yè)研究打下堅實的知識基礎(chǔ)。現(xiàn)將生物必修教材中涉及的幾項重要的研究技術(shù)列舉如表3所示。具有一定的科學(xué)探究能力是高考對學(xué)生能力考查的一項重要內(nèi)容，也是新課標(biāo)對培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的明確要求。作為高中生物教師，要將對學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)貫穿于教學(xué)的全過程。實現(xiàn)這一要求的渠道是多方面的，例如，教材實驗的操作、探究實驗的設(shè)計、課外活動的開展等，其中，生物學(xué)發(fā)展史以其獨有的趣味性、生動性和典型性具有不可替代的作用。教師要充分利用好教材中的這一優(yōu)質(zhì)資源，將能力培養(yǎng)融入日常教學(xué)，潛移默化地對學(xué)生進行科學(xué)探究方面的熏陶，讓學(xué)生領(lǐng)悟生物學(xué)家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法，使學(xué)生學(xué)在其中，樂在其中，成為一個知識、能力、情感全面發(fā)展的人。