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一、追蹤生物科學的歷史軌跡
生物學史教育可展示生物知識的來龍去脈,有利于學生加深對生物知識的理解,掌握科學方法,培養(yǎng)科學的態(tài)度和正確的價值觀。但如果引入不恰當,會影響其應有的教學效果。因此,教師在課堂引入生物學史時要適時穿插,充分發(fā)揮生物學史的教學功能。
1.作為課前導入的背景材料。例如,在學習伴性遺傳時,可以先介紹英國科學家道爾頓發(fā)現(xiàn)色盲癥的故事,這樣就為新知識的引入作了背景材料的鋪墊。
2.作為課堂內容的補充資料。例如,在講完細胞膜的結構后,補充介紹由尼科爾森和辛格于1972年提出的“流動鑲嵌”模型,并對模型的優(yōu)缺點進行簡單的分析評價,這樣既可以促進學生對生物知識的理解,又可以進一步提高學生的認知水平。
3.作為擴展性的閱讀資料。生物教材中很多生物學史的內容均屬擴展性的閱讀材料,教師要充分利用它們拓寬學生的知識面,加深學生對所學知識的理解。如,“光合作用的發(fā)現(xiàn)”分別介紹了五位科學家所做的工作。英國科學家普里斯特利在1771年發(fā)現(xiàn)植物的光合作用能更新空氣;德國科學家薩克斯在1864年通過實驗證明綠葉在光合作用中有淀粉的合成;德國科學家恩吉爾曼在1880年用實驗證明氧是葉綠體釋放的和葉綠體是光合作用的場所;美國科學家魯賓和卡門在20世紀30年代進一步證明光合作用釋放的氧來自水而不是二氧化碳。這一介紹至少帶給學生這樣的信息:我們今天對光合作用的認識是經過幾代科學家、歷經300余年的艱苦探索才逐步建立的。在教材中寫進科學家的姓名和事跡,是對科學家的一種尊重和褒揚,我們應珍惜前人科學研究的成果。
4.作為章末總結的系統(tǒng)資料。教師在某章小結的時候花上幾分鐘給學生介紹該章的學科簡史,既不會加重學生的負擔,也對完善學生的生物知識結構十分有益。
二、模擬生物學家的探究情境
在利用生物學史培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的過程中,如果只是了解生物學家科學研究的大致過程,學生難以真正理解科學的本質。模擬生物學家的探究情境,再現(xiàn)生物學家的實驗設計和操作,讓學生親身體驗和感受科學探究過程,有助于學生了解實驗設計的基本思路,掌握科學研究的一般方法,養(yǎng)成正確的科學態(tài)度,形成科學探究的能力。
中學生的神經活動的興奮過程強,抑制過程弱,他們富有熱情,情感體驗易受外因影響,尤其是在一定的情境之中情緒易受感染。教師若將生物學史內容中蘊含的積極情感通過聲情并茂的講授,又將音樂圖畫的情感渲染納入創(chuàng)設的情境之中,更能讓學生愉快地接受。
生物科學發(fā)展史本身具有很強的故事性。教師應注意,課堂教學時不能將過多的時間花在講述科學家的故事上,沉浸于故事情境中,以免影響教學目標的全面達成。
關鍵詞:看實驗 做實驗 設計實驗 連貫體驗探究教學 光合作用
中圖分類號:G633.91 文獻標識碼:B
1.教材分析
1.1教材地位
蘇教版高中生物必修1第四章第二節(jié)第1課時光合作用的發(fā)現(xiàn)史是在初中所學內容的基礎上,回顧了光合作用發(fā)現(xiàn)的漫長過程。本節(jié)材料容量大,但對光合作用概念的建立有重要作用。因此,本節(jié)課對學生的能力要求較高。教師可結合科學史實,運用連貫體驗探究教學的方法,構建光合作用的產物、場所、原料等一步步發(fā)現(xiàn)的過程,將有利于學生拓展學科思維,促進實驗探究能力的提高,并培養(yǎng)學生的科學精神。
1.2教學重難點
光合作用的發(fā)現(xiàn)過程中各實驗的研究方法、步驟、結論及其優(yōu)缺點。
2.教學目標
2.1知識目標
了解光合作用的發(fā)現(xiàn)過程,并從中理解光合作用的概念,掌握有關實驗設計的基本理論知識。
2.2能力目標
培養(yǎng)分析實驗、動手操作實驗、設計實驗的能力,掌握科學探究的一般原則,掌握參與、合作、交流、表達等基本技能。
2.3情感、態(tài)度與價值觀目標
通過對經典實驗的分析、討論,培養(yǎng)科學嚴謹的態(tài)度,認識到科學家的艱辛,激發(fā)創(chuàng)新意識和求知欲望。
3.教學過程
3.1創(chuàng)設情境,導入新課
播放視頻,展示大自然的美景,配樂詩朗誦《葉子》。教師提示學生結合初中學習內容思考:為什么要贊美葉子?它有什么作用?學生很自然就會想到,綠葉可以進行光合作用。
教師借機導人,綠色植物可以通過光合作用制造氧氣、合成有機物,但在200多年前,人們并不知道這些,現(xiàn)在沿著科學家的足跡,一起探究一下光合作用的發(fā)現(xiàn)過程。
3.2看實驗,直觀感悟
光合作用的發(fā)現(xiàn)史是由一個個經典實驗組成的,網絡上有很多相關的視頻、動畫和圖片,教師可充分利用這些課程資源進行情景再現(xiàn),讓學生在直觀上感悟科學家的艱辛及科學實驗的探究方法,激發(fā)學習興趣。同時,師生可以在探究過程中逐步總結出光合作用的反應式。
3.2.1范·海爾蒙特的實驗
教師展示實驗過程的圖片,引導學生思考:小小的種子之所以能夠長成參天大樹,是否完全依靠土壤?從海爾蒙特的實驗中可以得出什么結論?學生得出:水是建造植物體的原料;植物生長所需的養(yǎng)料主要來自水,而不是土壤。教師再問:海爾蒙特的這一結論是否精確?為什么?學生答:他沒有考慮到空氣的作用。
3.2.2普利斯特萊的實驗
教師利用動畫演示蠟燭、小鼠和植物在密閉鐘罩中的實驗,引導學生觀察實驗現(xiàn)象后,分析:蠟燭燃燒和小白鼠呼吸需要的是什么氣體?這個實驗說明什么問題?學生很容易答出:綠色植物可以更新空氣;植物生長需要吸收CO2,同時釋放出O2。
教師設疑:可是當人們重復普利斯特萊的實驗時,有的成功,有的卻失敗了,這是為什么呢?在這個實驗中,他忽略了哪一個重要的因素呢?學生思考后答:光照。
3.2.3揚·英根豪斯的實驗
教師播放金魚藻的實驗視頻,提示學生:金魚藻在光照下有氣泡產生,此氣體可使帶火星的木條復燃,說明綠色植物釋放的是什么氣體?再次觀看小鼠實驗,發(fā)現(xiàn)密閉鐘罩中的小鼠在有光的條件下存活時間較長。
師生共同得出結論:植物需要陽光才能制造出O2。
3.2.4聯(lián)系實際,問題探討
教師:人們通常認為樹林中早上空氣清新,是鍛煉身體的適宜時間。你認為最佳的鍛煉時問是什么時候,(晴天的早上、中午、傍晚;陰天的早上、中午、傍晚)學習小組討論后,有幾種意見,以支持晴天早上和傍晚的居多,再各派代表進行辯論,找出依據。最后學生達成一致,晴天植物經過白天的光合作用后,到傍晚時空氣中的氧含量相對較多,更適合鍛煉身體。
3.2.5恩吉爾曼的實驗
觀看動畫,教師設問:該實驗的巧妙之處在哪里?為什么選用水綿作為實驗材料?為什么用好氧型細菌?為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境?學生總結出葉綠體是光合作用的場所。
3.3做實驗,親身體驗
有學者說,讀到某件事,你能記住10%:看到某件事,你能記住30%;做某件事后,你能記住90%。教師講得再多,也沒有讓學生親自嘗試一下后得到的印象更深刻。
薩克斯的實驗(課堂實錄)。
師:初中時我們就學過,植物的光合作用除了能產生氧氣外,還能產生什么?如何驗證?生:可生成淀粉,用碘液鑒定。教師展示事先處理過的植物,引導學生分析:
①在實驗前先用黑紙箱將植物罩住,進行暗處理,這樣做的目的是什么?(消耗掉葉片內原有的淀粉,避免其對實驗結果的干擾)
②觀察這盆植物有什么特別之處?為什么要這樣做?(一半遮光,一半照光,可相互對照)
③葉片是綠色的,淀粉遇碘變藍,若顏色對比不明顯怎么辦?(想辦法讓綠色褪去)
教師給出實驗材料:酒精、培養(yǎng)皿、大小燒杯、酒精燈、三腳架、石棉網、碘液等指導學生完成實驗并觀察實驗現(xiàn)象。教師使學生明確此實驗中酒精是用來進行脫綠處理的,照光部分變藍,遮光部分呈棕色。最終得出緒論:光合作用在有光照的條件下會產生淀粉。
3.4設計實驗,能力提升
新課程的基本理念就是要提高生物科學素養(yǎng),提倡探究性學習。學生的知識儲備雖然有限,但當他們全力以赴探討需要解決的疑難時,就會像真正科學家那樣肯于動腦筋和費心血。而模仿科學家的思維去設計實驗,也更有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3.4.1魯賓和卡門的實驗
結合前面的實驗寫出光合作用的反應式,教師要求學生思考光合作用釋放的氧氣是來自水還是二氧化碳?或者兩者兼而有之?介紹同位素標記法,給出實驗材料用具,如試管、小球藻、細玻璃管等,引導學生分組畫圖設計,并請學生講解其設計思路。然后教師用多媒體播放魯賓和卡門的實驗動畫,與學生的設計進行對比,師生共同得出結論:光合作用的氧氣全部來自于水。
3.4.2卡爾文的實驗
教師簡述卡爾文循環(huán)的基本過程,引導學生根據光合作用反應式思考其采用的方法以及標記元素的種類。
3.5總結
教師列表,引導學生總結光合作用探究歷程中各科學家的實驗及其結論,并對學生進行情感教育,使他們認識到生物學的發(fā)展史就是一部眾多科學家不計個人名利,為科學事業(yè)奉獻畢生精力的奮斗史,如果大家對生物學科感興趣,也可以像科學家們一樣去細心觀察、勇于實踐、積極探索,相信一定會有所收獲。
4.教學反思
關鍵詞 初中生物 概念教學 有效做法
【中圖分類號】G633.91
概念是對事物的抽象或概括。生物學概念是生物課程內容的基本組成。生物學重要概念處于學科中心位置,包括了對生命基本現(xiàn)象、規(guī)律、理論等的理解和解釋,對學生學習生物學及相關科學具有重要的支撐作用。根據新的課程標準,在初中生物學教學中,要關注重要概念的學習,也就是說,不僅要使學生掌握概念,更重要的是在學習的過程中引導學生養(yǎng)成科學的方法,鍛煉邏輯思維能力。如何更有效地進行概念教學,達成預期目標,下面是本人在生物教學工作中的一些有效做法。
一、有效運用資料分析,引導學生進行分析,歸納推理,邏輯加工,生成新概念。
概念的生成,指的是學習者從大量同類事物的具體例證中以辨別、抽象、概括等形式發(fā)現(xiàn)同類事物的共同本質特征,從而獲得概念的過程。任何一個概念的形成都經歷著由感性到理性的抽象概括過程。如果這些過程在教師的指導下,學生能夠主動參與形成規(guī)律的揭示,那么就能領悟到知識形成過程中蘊涵的思想方法,使學生知其然,知其所以然,避免囫圇吞棗,死記硬背。
在新的人教版教材中,提供了很多的信息資料,這些信息或以文字的形式、或圖文結合,從科學發(fā)展史出發(fā),從多個側面提供證據,介紹生物規(guī)律的形成過程,如能恰當運用,對培養(yǎng)學生的思維能力能起到極大的作用。但就初中學生而言,尤其是七年級學生,對文字的理解、歸納能力、圖文轉換的能力相對較弱,老師加以適當的引導就尤為重要。例如:在《光合作用》這節(jié)課中,教材中就引用了大量在光合作用的發(fā)現(xiàn)史上起著重要作用的經典實驗,通過實驗的層層遞進,闡述光合作用的概念及其發(fā)現(xiàn)過程,并力圖使學生在學習的過程中體會科學研究的方法。但由于文字量較多,實驗的數目也較多,學生整體看下來,往往會不知所云,所以,我在課堂教學中,注意引導學生分步閱讀,弄清每個實驗的做法,每個實驗的結論是什么?哪些實驗具有層進的關系?在把每個實驗得出的結論提取出來后,加以歸納提升,最終得出光合作用的概念。在此學習的過程中,學生不但生成了新的概念,而且體驗科學概念生成的過程,培養(yǎng)了根據實驗現(xiàn)象得出結論的能力。
二、有效運用對比的策略,引導學生區(qū)分易混淆的概念
初中生物教材中,有不少概念,它們要么在字面表述上、內涵上,要么在過程上有些相似,學生在學習的時候由于沒有正確的對其區(qū)別把握,往往容易混淆,例如動物細胞和植物細胞的基本結構、植物的光合作用和呼吸作用、細胞的分裂和分化、條件反射和非條件反射等等。通過不同形式的對比,可以使概念更清晰,更能掌握概念的本質屬性。
1、通過列表對比
這種對比的方法多適用于歸納概念的相似性與相異性,例如光合作用和呼吸作用的對比:
光合作用 呼吸作用
場 所 葉綠體 線粒體
條 件 在光下才能進行 有光無光都能進行
原 料 二氧化碳和水 有機物和氧氣
產 物 淀粉和氧氣 二氧化碳和水
能量變化(實質) 制造有機物、貯存能量 分解有機物、釋放能量
2、通過簡單的圖像對比
這種對比的方法比較適用于用文字較難簡短描述、學生單純從文字比較難以理解的概念,例如:細胞分裂與細胞分化,可用右圖進行對比:
過程(一)表示細胞通過分裂使數目增多,故細胞分裂是“量變”的過程,剛分裂出的細胞在形態(tài)、結構和生理功能上都相似。過程(二)表示細胞分化的過程,是在分裂的基礎上,細胞在形態(tài)、結構和生理功能上形成穩(wěn)定性差異的過程。通過簡單的圖像,能夠使概念直觀化,從而易于區(qū)分。
三、有效運用探究實驗,糾正學生錯誤的前概念,生成科學概念。
學生在學習任何概念性知識之前,實際上都已經有了前概念。前概念是存在于人們頭腦中相對于新知識的已有的認知,可能是正確的,也可能是片面的或錯誤的。前概念的成因,主要是日常生活中的經驗及正確或錯誤認識的積累。我們認識事物的過程,就是這樣一個從前概念逐步發(fā)展到新概念的過程。正確的前概念是學習生物學科學概念的良好基礎和鋪墊,它的正遷移作用可成為生物學概念學習的資源和概念學習的新的增長點,可使學生盡快地掌握新知識和知識結構。片面或錯誤的前概念會成為生物學概念學習的障礙,這些錯誤的前概念如果得不到及時矯正,將影響對生物學概念的同化和順應,使學生形成錯誤的思維,阻礙生物學科學概念的建構。前概念的形成,往往經歷了比較長的時間,在腦海中根深蒂固,如果僅僅是靠教師的講解,比較難以糾正,但如果是通過學生自己設計實驗進行探究,親自體驗了探究的過程,通過實驗、觀察而得出結論,得到的印象會更深刻,有利于科學概念的生成。
例如:關于種子萌發(fā)的外部條件,很多同學誤以為種子必須在有光的條件下才能萌發(fā)。為了矯正學生的這一錯誤概念,可以因勢利導,啟發(fā)學生:如果我們想進一步探究“光對種子萌發(fā)的影響”,在現(xiàn)有實驗基礎上可如何設計探究方案?實驗的現(xiàn)象可能會怎樣,最終的結論又是什么?經過探討,學生充分運用對比法和控制變量法,提出增設一組對照實驗,增加一個滿足“充足的空氣、適宜的溫度和適量的水分”這一外界條件的實驗裝置,對它進行遮光處理,通過對實驗現(xiàn)象的觀察,最終得出相應的結論。在此過程中,實驗實際上發(fā)揮了兩個作用:一是通過實驗觀察,引發(fā)認知沖突,激發(fā)學習興趣和欲望;二是通過實驗設計和實驗現(xiàn)象的觀察,修改或改變學生頭腦中原有的錯誤概念,加深對科學概念的記憶和理解。也就是說,實驗促使學生通過認知順應,實現(xiàn)了概念的轉變,從而建構起新的科學概念。
關鍵詞:經典理論 量子力學 聯(lián)系
中圖分類號:O413.1 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)08(a)-0143-02
量子力學于20世紀早期建立以來,經過飛速的發(fā)展,逐漸成為現(xiàn)代物理學科中不可分割的一部分。量子力學是現(xiàn)代量子理論的核心,它的發(fā)展不僅關乎人類的物質文明,還使人們對量子世界的認識有了革命性的進展[1]。
但是,量子力學并不是一個完備的理論,其體系中還存在許多問題,特別是微觀與宏觀,即經典理論與量子力學的聯(lián)系。為解決這些迷惑,歷史上相關科學家提出了很多實驗與理論。該文旨在以量子力學發(fā)展史上提出的幾個實驗為例,對其進行簡單分析,以展示經典理論與量子力學的聯(lián)系。
1 問題的提出
1935年3月,愛因斯坦等人在EPR論文中提出了“量子糾纏態(tài)”的概念,所謂的“量子糾纏態(tài)”是以兩個及以上粒子為對象的。在某種意義上,“量子糾纏態(tài)”可以理解為是把迭加態(tài)應用于兩個及以上的粒子。若存在兩個處于“量子糾纏態(tài)”的粒子,那這兩個粒子一定是相互關聯(lián)的,用量子力學的知識去理解,只要人們不去探測,那么每個粒子的狀態(tài)都不能夠確定。但是,假如同時使這兩個粒子保持某一時刻的狀態(tài)不變,也就是說,使兩個粒子的迭加態(tài)在一瞬間坍縮,粒子1這時會保持一個狀態(tài)不再發(fā)生變化,根據守恒定律,粒子2將會處于一個與粒子1狀態(tài)相對應的狀態(tài)。如果二者相距非常遙遠,又不存在超距作用的話,是不可能在一瞬間實現(xiàn)兩個粒子的相互通信的。但超距作用與當今很多理論是相悖的,于是,這里就形成了佯謬,即“EPR佯謬”。
同年,薛定諤提出了一個實驗,后人稱之為“薛定諤的貓”。設想把一只貓關在盒子里,盒中有一個不受貓直接干擾的裝置,這套裝置是由其中的原子衰變進行觸發(fā),若原子衰變,裝置會被觸發(fā),貓會立即死去。于是,量子力學中的原子核衰變間接決定了經典理論中貓的生死。由量子力學可知,原子核應該處于一種迭加態(tài),這種迭加態(tài)是由“衰變”和“不衰變”兩個狀態(tài)形成的,那么貓應該也是處在一種迭加態(tài),這種迭加態(tài)應該是由“死”與“生”兩個狀態(tài)形成的,貓的生死不再是一個客觀存在,而是依賴于觀察者的觀測。顯然,這與常理是相悖的[2]。
這兩個佯謬的根源是相同的,都是經典理論與量子理論之間的關系。
2 近代研究進展
2.1 驗證量子糾纏的存在
華裔物理學家Yanhua Shih[3]曾做過一個被稱為“幽靈成像”的實驗,其實驗過程及現(xiàn)象大致可以描述為:假設存在一個糾纏光源,這個光源可以發(fā)出兩種互為糾纏的光子,通過偏振器使兩種光子相互分離,令第一束光子通過一個狹縫,第二束不處理,然后觀察兩束光的投影,結果發(fā)現(xiàn)第二束光的投影形狀與第一束光通過的狹縫形狀完全相同。
人們發(fā)現(xiàn),如果僅僅使用經典理論,實驗現(xiàn)象是無法解釋的,必須應用量子理論,才能解釋“幽靈成像”的現(xiàn)象。這個實驗也恰好驗證了“量子糾纏”現(xiàn)象的存在。
2.2 量子世界中的歐姆定律
歐姆定律是由德國物理學家Ohm于19世紀早期提出來的,它是一種基于觀察材料的電學傳輸性質得到的經驗定律,其內容是:在同一電路中,導體中的電流跟導體兩端所加的電壓成正比,跟導體自身電阻成反比,即 (U指導體兩端電壓;R指導體電阻;I指通過導體的電流)。
18世紀二、三十年代,人們認為經典方法在宏觀領域是正確的,但是在微觀領域將會被打破。Landauer公式給出了納米線電阻的計算方法,即(h為普朗克常量;e為電子電量;N為橫波模式數量);而在宏觀中,(為材料的密度;l為樣品的長度;s為樣品的橫截面積)。由此發(fā)現(xiàn),在宏觀領域,樣品的電阻是隨著樣品的長度增加而增加的,而在微觀領域,樣品的電阻與樣品的長度沒有關系。
Weber[4]等人制備了原子尺度的納米線并進行觀察,實驗發(fā)現(xiàn),在微觀領域,歐姆定律也是滿足的。Ferry[5]認為樣品的電阻是由多種機理所導致的,而他最后得到的結果正是由于多種機理的相互疊加。經過分析,他認為歐姆定律何時開始生效取決于納米線中電子耗散的力度,力度越大說明開始生效時的尺度越小。但這也同時引發(fā)了另一個問題的思考:低溫條件下,歐姆定律是仍然成立的,也就是說經典理論仍然成立,但往往是希望在低溫下研究比較純粹的量子效應。低溫條件下歐姆定律的成立要求在進行實驗研究時,必須花費更多的精力來使得經典理論與量子理論分離開。
2.3 生活中的量子力學――光合作用與量子力學
Scholes等[6]從兩種不同的海藻中提取出了一種名為捕光色素復合體的化學物質,并在其正常的生活條件下,通過二維電子光譜術對其作用機理進行了分析研究。他們首先使用了飛秒激光脈沖模擬太陽光來激發(fā)這些蛋白,發(fā)現(xiàn)了會長時間存在的量子狀態(tài)。也就是說,這些蛋白吸收的光能能夠在同一時刻存在于不同地點,而這實際上是一種量子迭加態(tài)。由此可見,量子力學與光合作用是有很大聯(lián)系的。
3 結語
從近幾年來量子力學的基本問題和相關的實驗研究可以看出,雖然經典理論與量子理論的聯(lián)系仍然是一個懸而未決的問題,但是當代科學家已經能夠通過各種精妙的實驗逐步解決歷史遺留的一個個謎團,使得微觀領域的單個量子的測量與控制成為可能,并且積極研究宏觀現(xiàn)象的微觀本質,將生活與量子力學逐漸的聯(lián)系起來。對于“經典理論與量子力學的聯(lián)系”這一專題還需要進行不斷研究,使量子力學得到進一步完善與發(fā)展。
參考文獻
[1] 孫昌璞.量子力學若干基本問題研究的新進展[J].物理,2001,30(5):310-316.
[2] 孫昌璞.經典與量子邊界上的“薛定諤貓”[J].科學,2001(3):2,7-11.
[3] Shih Y. The Physics of Ghost Imaging[J].2008.
[4] Weber B, Mahapatra S, Ryu H, et al. Ohm's law survives to the atomic scale[J].Science,2012,335(6064):64-67.
一、通過生物發(fā)展史,培養(yǎng)學生思維和科學的探究方法
自然科學的發(fā)展史就是一部科學探究的歷史。在生物發(fā)展史中,每個發(fā)現(xiàn)都經過科學家周密的實驗、細致的觀察和分析、嚴密的推理和驗證等過程。通過科學史的學習,不僅能加強學生知道知識的發(fā)生、發(fā)展過程,還能能激發(fā)學生學習的興趣,探究未知世界的好奇心。因此在教學過程中,我們要努力做到:
1.展示科學家的思維過程,培養(yǎng)學生的思維能力。生物學史上的許多重大發(fā)現(xiàn),都閃爍著科學家們非凡的創(chuàng)造性思維的光芒。如生物膜流動鑲嵌模型的提出、光合作用發(fā)現(xiàn)史、植物生長素的發(fā)現(xiàn)過程和孟德爾兩個遺傳基本規(guī)律的創(chuàng)立等。教學中應該引導學生循著科學家的思維歷程去親身體驗一番,探究得出結論的具體思維過程。并適時讓學生大膽作出種種設想、猜測,讓他們無拘無束地去思考、去討論、去爭辯。同時要求學生將自己設計的方法與科學家所采用的實驗方法進行比較,找出自己方法中的不足之處。通過這這種方式的教學,科學思維的全過程充分地暴露出來,學生不僅從中獲取科學知識,更重要的是受到科學思維的熏陶。
2.從生物學史中學習科學的研究方法。在生物學發(fā)展史中,每一項重大發(fā)現(xiàn),都是各種科學研究方法綜合運用的結果。教師應充分地把科學家們獨到的科學思想和方法滲透到知識傳授中,啟迪學生領會科學方法,且能運用到實際的實驗設計中。如光合作用探究歷程中,科學家通過同位素標記法成功探究出光合作用中的物質變化。沃森和克里克通過對DNA X射線的衍射圖譜的分析構建出DNA雙螺旋結構模型。梅塞爾森和斯塔爾用等密度梯度離心的方法,證明DNA是半保留復制。再如,在遺傳的基本規(guī)律的教學中,可向學生提出孟德爾之所以能發(fā)現(xiàn)遺傳的兩大規(guī)律,與他精心選擇實驗材料有關,當然還有科學的觀察和分析方法,他在觀察時,對紛繁復雜的雜交現(xiàn)象,只看其一對性狀,而對其它性狀暫且不管,這就使研究對象大大簡化了,特別是他把數學統(tǒng)計方法引入生物學的研究,是超越前人的創(chuàng)新。
二、創(chuàng)設探究性實驗,促進學生主動探究
可通過將模擬實驗、驗證性實驗設計為探究性實驗,為學生提供一個能動腦思考、交流、合作、親自探究創(chuàng)新的空間,激發(fā)學生的求知欲,促使學生主動探究,使學生的知識水平和探究能力在探究過程中逐漸增長起來。
例如:“植物細胞的質壁分離及質壁分離復原” 實驗,這是一個驗證性實驗。在完成教學目標后,我們引導學生向探究的方向邁進:1.實驗材料,是否只能選用洋蔥外表皮細胞,其他植物細胞可以嗎?盡量選用紫色部分的意義何在?2.實驗試劑,除了蔗糖溶液,可改用其他試劑嗎?試劑的濃度呢?3.實驗操作方法,有沒可改進或簡化,可提高實驗效率的?學生經思考、實踐和探討后,得出結論:1.其他植物細胞也行,但洋蔥外表皮紫色部分,液泡呈紫色,原生質層和細胞壁區(qū)分明顯,在顯微鏡下觀察質壁分離現(xiàn)象十分清晰。2.蔗糖溶液粘性強,易污染顯微鏡。根據滲透作用原理,其他試劑也行,比如可用經濟易制的NaCl試劑。而試劑的濃度不能太高,否則易導致細胞死亡,無法質壁分離復原;濃度太低,實驗沒有現(xiàn)象或不明顯。3.操作方法可改進為直接把蓋玻片掀開,滴加外液。這樣,一方面可以減少了幾次重復滴加和用吸水紙吸引的步驟;另一方面又避免因操作不當污染了顯微鏡??吹綄W生探究的熱情高漲,我結合這個實驗,引導學生探究某植物細胞的細胞液濃度。有了這個驗證性實驗作為背景,學生設計起來就容易得多,設計實驗的方法和思路與原實驗基本相同,將原來只滴加30%蔗糖溶液,改為分別滴加10%、20%、30%、40%等不同濃度的蔗糖溶液,分別觀察植物細胞質壁分離來估測細胞液的濃度。
通過此實驗不難發(fā)現(xiàn),學生從以前按部就班,到現(xiàn)在能在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題,改進方法,并由此設計實施探究性實驗,能力有了一定的提高。學生也發(fā)現(xiàn)自己通過實驗更好掌握了植物滲透吸水原理,對自己所做實驗結論也較滿意??梢姺e極引導學生去思考、去探索,比簡單的驗證更能培養(yǎng)學生的實驗技能和創(chuàng)新能力。這樣做不僅可使學生牢固掌握知識點,而且激發(fā)了學生探究的熱情,培養(yǎng)了學生創(chuàng)造性思維能力。
三、指導學生設計探究性實驗
在實驗教學中應當盡量鼓勵學生運用所學的知識,進行實驗設計。指導實驗設計的一般方法,包括提出問題作出假設實驗設計進行實驗分析結果得出結論表達交流,老師可以提供學生一個已設計好的方案或者教材實例進行參考模仿。
例如,在探究“影響酶活性的條件”實驗中,許多同學確認的課題是《溫度對酶活性的影響》。但在設計實驗方案時,我發(fā)現(xiàn)部分同學根據已有的知識選用斐林試劑來檢測酶的催化效率。他們認為在適宜的溫度條件下,淀粉可以被淀粉酶水解成還原性糖,因而可以用斐林試劑檢測。是不是真的可以用斐林試劑呢?在我的提醒下,學生很快意識到他們忽視了斐林試劑反應的條件需要加熱,對于冰水浴實驗組,在加熱過程中,隨著溫度的升高,酶活性也會逐漸增加,使淀粉逐漸被水解,導致結果很可能與對照組差不多,從而影響了探究目標的達成。而選擇碘液來檢測就不存在此類誤差,可在催化反應結束后直接滴加碘液,根據溶液是否變藍來判斷淀粉有否被水解。另外在實驗步驟上的設計,絕大多數學生是這樣安排的:這方案剛開始展示時,學生們都覺得很正確,酶有經過不同溫度的處理,而且也設置了不同的溫度梯度。后經過交流討論,學生才認識到后加入的淀粉溶液將對原來的溫度有所改變,既真正的實驗溫度并不是他們所控制的。經討論,學生們意識到,他們忽略了酶的高效性,當淀粉與淀粉酶混合時發(fā)生了反應可能影響到結果。最后經過改進,他們提出了最后的正確方案。
關鍵詞:探究性學習;生物教學;探究式教學模式;實施策略
科學教育的主要目的是提高全體學生的科學素養(yǎng)。生物課程是科學課程,在培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)方面有著重要的任務,按照以往的課程理念和習慣,采用以灌輸為主的教學方式是難以完成這一任務的。因此,《普通高中生物課程標準》提出了“倡導探究性學習”的理念,并要求學生在新課程的學習中以探究學習作為主要的學習方式之一。
1.探究性學習的來源
第二次世界大戰(zhàn)結束后,科學技術迅猛發(fā)展,對教育產生了深刻的影響,以傳授文化知識為目的的傳統(tǒng)教育體系已經無法適應社會的迅猛發(fā)展,人們開始對傳統(tǒng)的“知識教育”進行大刀闊斧的改革。其中,著名教育學家施瓦布提出了一種教學方法——“探究性學習”[1]。探究性學習強調科學概念、科學方法、科學態(tài)度的綜合和對研究過程的理解,這些特點使其成為美國教育改革中最重要、最有影響力的教學方法,并廣泛傳播到世界各國。
2.探究性學習的概念
2.1探究性學習的定義有多種,具有代表性的是:
美國《國家科學教育標準》認為探究性學習是能夠幫助學生掌握科學概念、獲得科學探究能力和技巧、增進對科學探究的理解的各種親身經歷。
2.2雖然探究性學習的定義沒有定論,但它都包含以下幾個方面[2]。
2.2.1探究。仔細地考察某一事物,獲得有關的知識。
2.2.2探究活動。做觀察,提出問題;查閱書刊和其他信息源;設計調查和研究方案;運用各種手段來收集、分析和解釋數據;提出答案、解釋和預測;對所作解釋加以檢驗;把自己的看法和意見傳達給別人。
2.2.3探究任務。研究型探究、觀察、調查(訪談、問卷調查、測試),文獻研究,實驗,模擬,等等。
3.生物教學中實施探究式教學模式的策略
在探究式教學過程中,生物教師運用全新的教學方法提高教學質量和學生的綜合素質是非常重要的。下面是我在生物教學過程中開展探究性學習的一些嘗試。
3.1通過創(chuàng)設問題情境進行探究性學習
著名的物理學家李政道說過:要教學生“學問”,必須首先從教學生學會“發(fā)問”開始。一個好的問題可以激發(fā)學生學習的興趣和動機,以及探究的欲望,因此問題是學生思維活化的源頭,是主動學習的基礎,是學習動力產生的根本原因,同時也是探究性學習的核心。在探究性學習的過程中,教師要根據學生的認知發(fā)展規(guī)律,把知識放在問題中,放到一定的情境中,引發(fā)學生對知識產生認知需要,主動參與探究。如講“基因的分離定律”時以提問導入課題:“為什么有的同學是雙眼皮,有的是單眼皮?”“為什么有的同學父母都是雙眼皮,而他卻是單眼皮?”“為什么有的同學是雙眼皮,而他們的姐妹卻是單眼皮呢?”這樣學生的興趣就被充分調動起來,我也就順理成章地引入新課,同時也加深了學生對知識的理解,增強了學生的探究意識和探究能力。
3.2通過生物科學史進行探究性學習
科學不僅是一個知識體系,而且是人類探知未知世界的過程。新教材中增加了很多科學發(fā)展史的介紹,如光合作用的發(fā)現(xiàn)、生長素的發(fā)現(xiàn)、孟德爾遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)等。生物科學發(fā)展史生動地反映了生命科學起源和發(fā)展的歷程,以及生物科學成就對社會發(fā)展產生的歷史性的、開創(chuàng)性的影響??茖W發(fā)現(xiàn)史的教學不應只是讓學生記住科學發(fā)展的歷史,更重要的是讓學生在學習科學史中體驗科學探究的一般過程,體會科學家是如何發(fā)現(xiàn)問題、如何假設、如何解決問題、如何進行分析推理的,以此培養(yǎng)學生探究的態(tài)度、方法和思維的品質。同時,還可以讓學生體會科學家面臨疑難情境時,如何搜集和加工資料,了解科學家創(chuàng)新的思路,從而理解科學的本質和科學的實驗方法,并學習科學家的思維方法和獻身科學的精神。
3.3通過生物實驗實施探究性學習
實驗是一種以認識為直接目的的探索活動,使人類認識客觀世界的事物、性質和規(guī)律,從而能動地改造客觀世界的實踐活動。生物學是一門以實驗為基礎的自然科學,實驗是學生進行探究活動的重要手段,也是一種探究性學習的一種極為重要的載體。實驗教學應該為學生創(chuàng)造積極探究的條件,讓學生參與到實驗中來。通過生物實驗,要讓學生學會如何選擇和處理實驗材料,學會如何設計對照、預期和分析實驗結果,還要學會怎樣撰寫實驗報告、研究改進實驗的方法、改進實驗的器具,等等,來實現(xiàn)“探究性學習”。這樣學生通過親身體驗,主動去學習與探索,會更好地理解知識,認識到學習科學要有嚴肅的科學態(tài)度,而且通過實驗探索,會獲得利用科學研究方法來探究解決問題的能力。在高中生物教材中,實驗內容和類型較多,這就為在實驗中落實探究性學習提供了良好的條件。
3.4通過研究性課題進行探究性學習
教師可以根據教材中的知識點編一些探究題目,鼓勵學生對知識點提出質疑,引導學生開展課外的探究性實驗,如植物去除頂端優(yōu)勢后,植物的側芽如何生長?CO■、光照等因素對光合作用的影響如何?哪些影響因素到植物細胞質流動?探究酶的化學成分,探究酵母菌的呼吸方式,以及泡菜的制作條件,等等。通過研究性課題,學生經過提出主題、收集信息、寫出報告到報告的交流和評價,在調查中能獲得了解與掌握學科新知識,加深對新問題的認識,在相互合作、交流討論、學習的過程中完成信息的“互補”、資源的“共享”。通過調查,學生不僅增加了信息量、拓寬了知識面,而且培養(yǎng)了探索精神,提高了表達能力和信息交流能力,更充分激發(fā)了學習生物學習的興趣,自覺主動地參與到學習中來。
總之,隨著教育、教學改革的不斷深入,進一步深化生物課程改革,提高生物科學素養(yǎng),倡導探究性學習,無疑是時代對教育要求的體現(xiàn)。這不僅可以促使學生轉變原有的學習方式,學會主動學習、終身學習,而且可以促進教師教學觀念和教學行為方式的改變,建立新型的師生關系,同時,組織、參與、指導學生開展探究性學習活動,教師能提升自身的綜合素質和實施素質教育的能力,迎接教育的新革命。
參考文獻:
一、結合化學史融入
化學發(fā)展的歷史是反映化學學科的孕育、生產和發(fā)展演變的歷史,也是科學思想取得勝利的歷史。可以毫不夸張地說,化學發(fā)展史就是一部很好的教育史。例如,在介紹女科學家居里夫人的光輝業(yè)績時,講述一下當她第一次作出重大貢獻,發(fā)現(xiàn)了放射性元素釙時,她首先想到的是自己的祖國波蘭,為了紀念她偉大的祖國,把這種新元素命名為釙。使學生對居里夫人的愛國情操所感動。在介紹“侯氏聯(lián)合制堿法”時,不僅使學生了解到侯德榜是我國的一位著名的化學家,他發(fā)明的聯(lián)合制堿法為純堿和氮肥工業(yè)技術的發(fā)展作出了杰出貢獻,在世界上為我國爭得了榮譽,他熱愛自己的祖國,為振興祖國的制堿工業(yè)立下了不朽的功績。還要使學生知道他在逝世前還想到祖國,想到后人,把自己最珍貴的藏書捐獻給國家,留給后人。深深地打動學生,使枯燥的被動記憶學習變?yōu)橹鲃訉W習……化學教師要善于挖掘教材中的化學史資料,激勵學生從心底里產生熱愛科學的意愿。
二、結合化學實驗融入
化學是一門以實驗為基礎的自然科學,每一個化學定律、定理的發(fā)現(xiàn)都以實驗為基礎和手段?;瘜W實驗在激發(fā)學生學習動機方面有著得天獨厚的優(yōu)勢,在培養(yǎng)學生綜合能力的同時,還是增強學生對知識的產生和發(fā)展過程的真實心理體驗的主要途徑,是激發(fā)和維系學生學習化學興趣的力量源泉。如,在講“燃燒”時,“燒不壞的手帕”現(xiàn)象引起了學生的極大好奇,給課堂教學帶來了無限生機;“氫氣爆炸”實驗將課堂教學推向。在探究二氧化碳水溶性時,一個瓶吞雞蛋實驗帶給學生無限的思考,學習物質酸堿性時,利用指示劑進行水的魔術表演……一系列直觀性和趣味性強的實驗,極大地激發(fā)了學生的求知欲,讓學生熱愛化學,喜歡化學,使化學課堂成為師生情感交融與人性培育的殿堂。
三、結合生活實際融入
化學知識是人類多少年從生活中總結出來的,是對自然界眾多現(xiàn)象和規(guī)律的概括,它來源于生活,就應當服務于生活。正如新課程標準理念之一,初中化學教學應遵循“從生活走進化學,從化學走進社會”的理念。在平時的化學課堂教學中,教師要盡可能有意識地將有關的化學知識與身邊的事物聯(lián)系起來。這有助于加深學生對有關化學知識的理解、鞏固。例如,在教學“燃燒”時,通過探究物質燃燒的外在條件(助燃物質氧氣、溫度達到著火點)和現(xiàn)實生活中的火災無情的視頻,激發(fā)學生探究滅火的方法,從而催化求知的動力,讓學生聯(lián)系生活實際,討論怎樣滅火,有無更好的滅火措施,內化為安全教育,讓學生了解學好化學知識有助于提高人身健康安全。如,在“流感瘟疫”之后,消毒劑成為人們普遍關心的話題,學生學了常用消毒劑的知識之后,可以動手寫一份科學使用家用消毒劑的宣傳單,分發(fā)給鄰居和親朋好友,學生不僅獲得對化學知識的理解和拓展,最重要的是他們體驗到了一種成功感,感受到化學就在我們身邊,使課堂上的知識能走進千家萬戶,達到學以致用的目的。實施一系列化學教學措施,提升學生分析問題和解決實際問題的能力,讓學生更真切地體會到化學在提高全體公民科學素養(yǎng)中所起的作用。
四、結合具體知識點融入
現(xiàn)行的初中化學教材中,許多化學知識點本身充滿一定的生活哲理。例如,自然界中的二氧化碳的含量多少影響生物的生存和發(fā)展,量少和量多都不利于生物的生存,太少不利于植物的光合作用,太多則影響生物的呼吸作用,光合作用與呼吸作用具有對立統(tǒng)一性。還有化合反應與分解反應、燃燒與滅火等一些內容。在化學教學實踐中,教師可以借助知識點的講解,聯(lián)系學生的現(xiàn)實,進行一定的心理引導,消除青春期反應引起的心理障礙,為未來形成良好的人生觀和世界觀積累良好素材。同時在化學教學中通過滲透通俗、易理解的哲學觀點,幫助學生解決在化學學習中遇到的有關難題,如分解和復分解、酸堿中和等抽象的化學概念、原理,這有利于初中學生進行早期的辯證邏輯思維的開發(fā),又能促進更好地領悟怎樣掌握化學知識的思想精髓,順利完成相關的教學任務。
五、結合教法融入
學習過程是以人的整體心理活動為基礎的認知活動和情意活動相統(tǒng)一的過程。調查表明,大多數初中生的人際交往心理障礙較為突出,自我封閉情況比較嚴重。針對這種情況,教師在教學時要傾注愛心,把愛灑向每一位學生,用激情代替冷漠,用欣賞代替批評,用幽默風趣代替呆板說教。教師要盡可能地創(chuàng)設“師生合作”、“生生合作”的教學情境,營造心理安全氛圍;采取合作實驗、分組競賽、師生討論等途徑,為學生提供以學生為中心的交流平臺,這對疏導學生的自閉心理是很有幫助的。
[關鍵詞]生物學教學;生物科學史教育;學生科學素養(yǎng)
生物學教學中,教師不僅要使學生形成一定的生物知識體系,還應使學生認識科學探索過程,形成對待科學的正確態(tài)度和價值觀。生物科學史蘊含著科學思維及方法的多樣性和創(chuàng)造性,體現(xiàn)著科學態(tài)度和科學精神,是對學生全面進行生物學教育的重要手段。所以,將生物科學史融入中學生物課的課堂教學,并力求做到通過在適當的章節(jié)里有機整合相關知識的發(fā)現(xiàn)史實、相關生物學家的研究過程和生平經歷等方面,再現(xiàn)人類對生物學知識的動態(tài)發(fā)現(xiàn)過程,可以實現(xiàn)學生科學素養(yǎng)的全面提高,并藉此滲透世界觀和方法論,愛國主義教育和辯證唯物主義教育。
一、利用生物科學史的教學,激發(fā)學生的學習興趣
生活中人們都喜歡聽故事,因為故事的情節(jié)扣人心弦,引人入勝。而生物科學史中就有許多小故事,可以吸引學生注意力,激發(fā)他們的求知欲望。比如在講伴性遺傳時,有的教師向學生講了歷史上著名的“皇家病”。英國的維多利亞女皇夫妻都未患血友病,他們有兩個兒子和四個女兒。大兒子奧波德因為患血友病早夭;另一個兒子愛德華健在并繼承了王位。兩個女兒分別同正常男人結婚,各生一個女兒。其中一個與沙皇尼古拉二世婚配生下一個患血友病的兒子,另一個嫁到西班牙皇室,也生了患血友病的兒子。從此,俄國的羅曼諾夫家族和西班牙的巴本家族都因為娶了維多利亞女皇的外孫女而造成了血友病的遺傳。學生聽了故事,便急切地想知道“皇家病”蔓延的原因。這樣,學生對新知識的學習就產生了強烈的愿望,充分調動了學生學習的積極性,調節(jié)了大腦,減少了疲勞,教學效率也大大提高了。
二、利用生物科學史教育提高教學質量,
促進對知識的理解
科學史是貫穿整個文明史的線索,能為知識的綜合提供思路,能成為科學和哲學之間的媒介,并能名副其實地成為教育的基本原理。它把科學家的研究過程和研究結果——動靜兩方面有機、內在地結合起來,使學生興趣盎然地獲得相互聯(lián)系的、有來龍去脈和發(fā)展變化的生動知識。
用生物科學史促進學生對知識的理解,針對教材中難以理解的重點問題或結論性敘述,適當補充必要的生物科學史,會有助于學生對知識的理解。例如,通過介紹用不同的熒光染料標記的抗體分別與小鼠細胞和人細胞的膜抗原相結合,它們能分別產生綠色和紅色熒光。將這兩種細胞融合成一個細胞時,開始一半呈綠色一半呈紅色,但在37℃下保溫40分鐘后,兩種顏色的熒光點就呈均勻分布了。這樣,學生便不難理解細胞膜的流動性了。講生態(tài)系統(tǒng)中能量流動時,不妨讓學生分析林德曼在一個衰老湖泊所做的生態(tài)研究資料,從具體的數據中領悟能量流動的基本原理。實踐證明,這是一條使學生“既會學、又學會”的有效途徑。
三、用生物科學史教學
進行科學思想和科學方法教育
以往單向傳授知識型的教學方法把學生的思維局限起來,使他們往往思維路線單一,思維方法保守。只有打破這種傳統(tǒng)的習慣思維,才能在科學研究的進程中有所突破,有所創(chuàng)新。生物學的發(fā)展史中不乏這種發(fā)散思維、逆向思維的生動實例。
引導學生從科學史中去發(fā)掘那些有利于完成科學探索過程的思想和方法是有益的。它可以使學生學習借鑒前人的研究思路和方法,大大提高分析、推理、預測、評估問題的能力。例如講“翻譯”時,介紹克里克1955年提出的“接頭假說”。先簡介當時的知識背景,認識到核糖體是裝配蛋白質的場所,核糖體中還有許多的RNA(核糖核酸)且在化學性質和結構上與DNA(脫氧核糖核酸)十分相象,DNA攜帶信息的作用被人們所接受并逐漸相信在核糖體上存在一種裝配蛋白質的模板,該模板一定含有DNA攜帶的信息,但決不是DNA,因為DNA始終存在于細胞核中。那么,在化學結構上一點也不像DNA或RNA的氨基酸為何能識別預先安排給它的準確位置呢?然后引導學生沿著克里克的思維路線合理推理,大膽想象:假定存在于核糖體中RNA是這種模板,假如氨基酸本身不能識別RNA模板,那么為何不可以先在其上附著一些能識別RNA模板的物質呢?RNA和DNA一樣能利用堿基互補來識別另一條鏈。所以有理由設想:氨基酸附著在一小段RNA上,而這小段RNA可以識別核糖體中某段核苷酸鏈,這樣不是可以按一定順序合成蛋白質了嗎?克里克將這個吸引人的新思想稱為“接頭假說”,不久,便發(fā)現(xiàn)了tRNA(轉移RNA)的存在從而證實了接頭思想的正確性。根據已有的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造性地提出一些設想或假說,并以此作為工作的出發(fā)點去探索、實驗,證實假說或而建立新假說,這在科學中是很普遍的。教學中引入這些科學史內容,使學生從中學習科學家如何工作、如何思考、如何處理問題,這對學生科學思維、科學方法的培養(yǎng)是大有裨益的。
新課標明確指出,要使學生掌握生物科學的一些基本方法,因此,重視科學方法論教育,使學生學會如何通過觀察、分類、比較、確立關系、數量化、實驗、解釋數據、下定義等獲得科學知識,應成為教學的重要任務。而生物科學史中蘊含著豐富的科學方法,例如,研究植物光合作用釋放的O2是來自于H2O還是CO2,范·尼爾通過研究紫硫細菌的光合作用發(fā)現(xiàn):它是利用CO2和H2S做原料,產生的是 S而不是 O2。由此類比聯(lián)想到綠色植物光合作用中的 O2應來自于 H2O。又如,1941年魯賓用同位素示蹤法,以含 1 8O的 H2O做光合作用原料,用實驗證實了上述結論。這其中就包含了類比思維和科學研究中的移植法。再如,孟德爾提出遺傳的兩個規(guī)律,就綜合運用了簡化現(xiàn)象、分析、歸納、假說等方法。教學中我們有必要講授教材中的科學史內容,讓學生不僅知道科學家發(fā)現(xiàn)了什么,還能知道是怎樣發(fā)現(xiàn)的,使學生在對科學史的分析中受到方法論教育。
四、用生物科學史進行創(chuàng)新意識教育
在強調素質教育的今天,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力成為目前的熱門話題。一部生物科學史,就是生物學家靠堅韌不拔的毅力、刻苦奮斗的精神、艱苦卓絕的創(chuàng)新過程和輝煌燦爛的創(chuàng)新成就譜寫成的。無論達爾文進化論的創(chuàng)立,還是現(xiàn)代分子生物學的形成,以及人類基因組的成功破譯,都是對學生進行創(chuàng)新教育的事實材料。達爾文歸納進化理論、孟德爾研究遺傳定律等,都具體地昭示學生:創(chuàng)造與發(fā)明并不遙遠,就在房邊屋角,在人們習焉不察的地方。不過,要讓學生明白,機遇只偏愛有心人??茖W研究是不斷深入和拓寬的,需要獨創(chuàng)性。生物科學史實際上就反映了一些科學家從事創(chuàng)造活動的研究過程和方法??茖W的發(fā)展道路中有成功的經驗,也有失敗的教訓??偨Y經驗,接受教訓,拓展思路,堅持創(chuàng)新:這是前人在創(chuàng)造性活動中的共性,對于學生會有很大的啟迪。孟德爾之所以能發(fā)現(xiàn)遺傳的兩大規(guī)律,與他精心選用實驗材料有關。但在孟德爾之前,不少科學家如奈特、高斯等也以豌豆做材料進行過雜交實驗,卻并沒有發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律。關鍵就在于孟德爾有科學的觀察和分析方法,他善于總結前人的經驗教訓,認為必須從最簡單的事物中去認識真理。他在觀察時,對紛繁復雜的雜交現(xiàn)象,只看其一對性狀,而對其他性狀暫且不管,這就使研究對象大大簡化。孟德爾還開創(chuàng)性地將數學方法引入遺傳學研究中,這也是他成功的原因:將遺傳學從單純描述推進到定量分析,開拓了遺傳學研究的新途徑,這就是獨創(chuàng)性。
五、生物科學史再現(xiàn)科學發(fā)展過程,
有助于認識科學本質
《美國國家科學教育標準》中關于科學內容標準分為部分,科學史和科學的本質是其中之一??茖W的大廈絕非一蹴而就,而是在無數次失敗后,科學先驅們不屈不撓的鉆研下不斷地構建。21世紀的科學殿堂雖然已經富麗堂皇,但是仍在添磚加瓦。真理總是相對的,沒有絕對的真理。有些理論尚不完善,有些假說尚待事實的支持。正如當作為支柱的理論、學說不能支撐某些實驗現(xiàn)象時,必須對理論進行修正。生物學的發(fā)展從來沒有脫離其他學科的滲透。生物科學史上無數的實例都受當時其他學科水平的推動或制約。科學的發(fā)展并不是一帆風順的、線性的,而是螺旋上升、不斷完善的。
例如,高中教材中有關酶的發(fā)現(xiàn)史的內容,介紹了300年間人們對酶的認識過程、探索方法、實驗設計、結論及其分析,充分證實了這一點。
六、用生物科學史進行科學態(tài)度、
價值觀教育以及愛國主義教育
結合科學史,向學生展示科學家在科學探索中體現(xiàn)出的實事求是、開拓創(chuàng)新的科學精神和自由探索、民主討論、尊重事實和服從真理的科學態(tài)度,將會有助于學生形成對待科學的正確價值觀。具體地講,從事科學活動應持的價值觀主要包括真實、自由、質疑、獨創(chuàng)性、交流和合作。真實是進行科學活動的最基本價值觀,尋求真實必然要重視自由探索和敢于質疑,不能唯書、唯上,只能唯實。
素質教育的一個重要方面,就是要培養(yǎng)學生的愛國主義品質。生物科學史中就包含著豐富的愛國主義內容。在生命科學領域內 ,我國科學工作者取得了許多令人矚目的偉大成就,這些都可以增強學生的民族自豪感,激發(fā)學生愛國熱情。例如:1965年,我國科學家在世界上第一次合成了具有全部生物活性的蛋白質——結晶牛胰島素;1981年合成了具有全部生物活性的核酸——酵母丙氨酸轉運核酸。另外,在教學過程中還可以向學生介紹我國古代在醫(yī)藥、農業(yè)方面的發(fā)明創(chuàng)造。以上這些都屬于當時世界領先水平,是值得學生自豪的。它將激勵著我們的莘莘學子為了祖國的明天而勤奮讀書,使他們將來有所發(fā)明,有所創(chuàng)造,為早日實現(xiàn)中華民族的偉大復興而奮斗。
七、用生物科學史進行科學精神、品質和情感教育
科學品質是一種非智力因素,它主要包括情感、意志、作風、態(tài)度等方面。因為這些品質具有強化學習過程的驅動作用,又對學生學習科學具有控制調節(jié)的反作用。良好的科學品質能使人樂于參與科學的學習與實踐活動,并從中得到樂趣和滿足;能使人有堅強的意志,表現(xiàn)出高度的自覺性、頑強性和自制性;還能使人具有謙虛謹慎、虛懷若谷的胸襟。有人曾說,第一流人物對于時代和歷史進程的意義,在其道德品質方面,也許比單純的才智成就方面還要大。
在生物科學史中就包含著許多關于生物科學家良好道德風范的故事,這些故事無疑就是道德教育的良好素材。如在講孟德爾遺傳規(guī)律時向學生介紹:孟德爾用豌豆等材料做實驗發(fā)現(xiàn)了遺傳規(guī)律,寫的論文登在奧地利的一家地方性刊物上,但在當時并未受到人們的重視。一個世紀后,有三位科學家(荷蘭的德弗里斯、德國的科論斯和奧地利原丘歇馬克)在各自互不知曉、也不知道孟德爾論文的情況下,各自做了類似于孟德爾的實驗,并且都寫了相應的論文,然而他們在查閱了過去這方面的文章時,都意外地看到了孟德爾的論文,三人在以后發(fā)表的文章中都把發(fā)現(xiàn)的榮譽讓給了孟德爾,而把自己的工作只說成是證實而已。這三位科學家不計個人名利、為人誠實的態(tài)度值得當今學生學習。
科學情感主要是指對科學的熱愛,渴求科學知識,關心自然,對自然事物和所發(fā)生的現(xiàn)象具有好奇心,喜歡進行觀察和探究;關心與社會密切相關的課題,具有社會責任感;努力追求真理,具有創(chuàng)新的欲望??茖W情感在相當大程度上對學生努力學習科學知識起著遠景動機的作用,同時也是他們將來走進社會后為國家和人民貢獻力量,為人類造福的內在驅動力之一。對教學過程而言,它是指引和維持師生的教學行為,排除教學過程中遇到的障礙,高質量完成教學任務的必要保證之一。
一、遵循大綱,緊扣課本,全面進行基礎復習。
考試大綱是高考命題的依據,也是我們復習備考的依據。在解讀考試大綱時,除要關注考試范圍、新增內容外,更應關注題型示例及樣卷。它不但讓我們對高考試卷的長度、題型的大致比例有所了解,更能告訴我們高考命題的趨勢與走向。在教學復習過程中,如何根據《考試大綱》的能力要求,對學生進行有效的能力訓練,是每個教師必須重點研究的內容,比如“正確理解、分析生物學中以圖表、圖解等表達的內容和意義,并用圖表等多種表達形式準確地描述生物學現(xiàn)象和實驗結果”。這里的理解和分析都是內因的心理過程,人們是無法觀察和測量的,如何把這些要求變成具體的、可操作的、可觀察測量的東西,生物學中圖表類型及各自的特點,如何用其它表達形式描述生物學現(xiàn)象和實驗結果等問題,就需要我們任課教師對《考試大綱》進行細致的解讀和研究。
堅實的基礎知識、基本技能是培養(yǎng)能力、提高素質的基礎和保證。要立足于基礎,也就是立足于生物學的基本概念、基本原理、基本規(guī)律和基本技能。高考雖然更加注重對學生能力和素質的考查,但不是不考基礎知識。考查的內容不是知識的簡單再現(xiàn),而是靈活應用所學的知識綜合分析和解決問題的能力。
二、注重理論聯(lián)系實際,培養(yǎng)邏輯思維能力。
現(xiàn)實生活和許多社會問題的解釋和解決需要更多學科知識的綜合運用,加強邏輯思維能力的培養(yǎng)和考查既是時展的需要,也是理化生學科特點決定的。生物科綜合測試,無論學科內還是學科間綜合都著力于聯(lián)系現(xiàn)代科技和社會生產生活熱點問題。試題內容不拘泥于課本,設問不拘泥大綱,在此方面體現(xiàn)的非常明顯。因此復習過程中密切聯(lián)系實際,運用已有知識解決現(xiàn)實問題是一個值得特別注意的問題。新教材已在這方面下了很大的功夫,但主要還是放在了識記、了解、課外讀等層次中,很難引起學生的注意,需要我們予以提示。因此,我們無論是上課還是在設計習題試題時都特別注意創(chuàng)設社會生產、日常生活、思想熱點和科技發(fā)展情境,讓學科知識盡可能由實際問題引出、貼近現(xiàn)實生活出題、結合生活實際設問,同時及時將一些有關生命現(xiàn)象的報道、動向介紹給學生,一方面培養(yǎng)學生將所學知識應用于生活實際,分析問題解決問題的能力;另一方面也讓他們感到學有所用,培養(yǎng)其理論聯(lián)系實際的學風、激發(fā)學習的主動性、創(chuàng)造性,同時還培養(yǎng)了學生閱讀科技文章從中提取信息的能力及邏輯思維能力。如:復習基因工程等內容及時補充了人類基因組計劃,并隨時將最新消息提供給學生讓他們閱讀討論,此外環(huán)境污染、光合作用、固氮作用等都注重了與實際的聯(lián)系,并訓練學生邏輯思維力。
三、重視知識的發(fā)現(xiàn)過程,提高探究思維能力。
發(fā)現(xiàn)知識的過程是科學本身的基本環(huán)節(jié)。生物科學發(fā)展史是一部人類發(fā)現(xiàn)生命、認識生命、改造生命的創(chuàng)造史,記錄著人類創(chuàng)新的實踐與探索,是前人留下的寶貴精神財富。其中重大科學發(fā)現(xiàn)的過程、經典科學研究的范例、中外科學家發(fā)明創(chuàng)造的動人事跡等,不僅使學生深刻理解了生物科學的基本概念、原理、規(guī)律,還培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識,使學生獲得了探究的方法和能力,也培養(yǎng)了學生的邏輯思維能力。如分析DNA是遺傳物質的實驗思路中,最關鍵的一環(huán)就是設法把DNA與蛋白質分開,單獨地、直接地去觀察DNA的作用。需要具備的技術手段是細菌、小白鼠的培養(yǎng)技術和DNA與蛋白質的提取分離技術、DNA的提純技術等,科學成果的取得必須有技術手段作保證,技術的發(fā)展需要以科學原理為基礎。另外光合作用的發(fā)現(xiàn)過程、生長素的發(fā)現(xiàn)過程等,也均可訓練學生的探究思維能力。
四、重視實驗,加強實驗能力。
實驗考核是生物學高考對學生能力考查的主要方式之一,也是復習難點。實驗能力絕不是短期內培養(yǎng)起來的,也不是靠訓練幾套實驗題就能達到的。在平時教學中,教師應充分利用課本中每一個實驗的操作過程,讓學生體會不同實驗的原理、步驟,從中歸納出不同的實驗類型。在實驗的歸類復習中,要讓學生注意區(qū)別和比較驗證性實驗和探究性實驗。要有目的、有意識地將教材中實驗設計的基本思想、原理和方法滲透到新情境的實驗設計中。培養(yǎng)學生領悟實驗設計的思想,掌握實驗的方法和技巧,循序漸進地提高學生的實驗分析和操作能力,尤其是完成和設計實驗的能力。
突出對實驗能力的考查,聯(lián)系實際,關注現(xiàn)實,是高考生物試題的另一大特點。這就要求我們復習時必須突出對實驗的復習,通過復習實驗提高自己的實驗能力;要注意理論聯(lián)系實際,注重與生物科學相關的生產、生活實際以及生物科技發(fā)展的熱點。目前,許多同學對于生產和生活相對陌生,特別是在城市長大的學生,對農業(yè)生產一無所知。平時要養(yǎng)成關注現(xiàn)實、關注生活的習慣,關注人體健康,許多問題可以在生活中找到答案。
五、注重圖表圖解表述問題,形成思維遷移能力。
分析圖表、圖解的能力包括:觀察能力、想象能力、推理能力、表達能力,能力的獲得往往會轉化為學生學習知識的動力。因此,教師不能忽視學生對圖表、圖解問題的分析能力的培養(yǎng)。
六、關注熱點,聯(lián)系實際,提升知識應用能力。