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一、什么是生物科学史
生物科学是一门研究生命现象、揭示生命运动规律的自然科学.生物科学史涵盖多方面内容,包括生物科学知识的发展历程,科学家研究生物科学时所采用的理论与实践方法的演进过程,涵盖着科学家对生命现象的看法与观点.生物科学史是一个动态的过程,它研究生物科学在过去如何发生与发展,也表示人们当前对生物科学的认识与观点,揭示今后对生物科学的研究方向.另外,科学家在对生物科学的探索中所展现的高贵品质与精神,也同样蕴含于生物科学史,时刻教育和警醒着后人.
二、生物科学史对高中生物教学的重要意义
1.有利于激发学生学习生物科学的兴趣
生物科学史包含与人类生存和发展息息相关的历史片段及真实的材料,这些生动鲜活的内容,能够在一定程度上增强高中生物课程的趣味性,使教师和学生均能提高对生物科学重要性的认识,继而能更积极参与到高中生物的教学过程中.在教学中,教师将教授的内容与生物科学史中的相关史料相结合,为学生讲解真实的历史事件,以此提高课堂的趣味性,从而激发学生的学习兴趣.
2.有利于引导学生理解生物科学知识
生物科学史记载着生物科学知识基本的概念、原理和规律是如何发展的.这些生物科学知识的发展历程,为学生在课堂中学习生物知识提供了所需产生、发展的背景,并说明了科学家探索和研究这些知识的过程.众所周知,生物科学知识始终处于不断变化发展中,对知识的研究切勿仅限于一点,而要着眼于发展全局.生物科学史能够提供科学知识发展的整个过程,帮助学生构建更加完整的知识框架,对学生更加深刻理解和掌握知识提供了一定的帮助.
3.有利于学生学会生物科学的研究方法
科学的研究方法是确保人类研究得到正确结果、把握真实规律的重要工具.生物科学研究方法的不断创新,引领着人类取得更大的研究成果.生物科学史反映了科学家探究生物问题的思维过程以及解决生物问题的研究方法.而教师在高中生物教学中渗透给学生生物科学史的教育,使学生在学习过程中掌握生物科学的研究方法,并从中总结出生物科学的学习方法,帮助学生大幅度提高学习效率.
4.有利于培养学生的科学精神
生物科学史在记载科学家研究生物科学历程的同时,体现了科学家宝贵的科学精神.学生所需要的怀疑精神、创新精神和求实精神都包含在这些科学精神中.对学生进行生物科学史教育,能够使学生认识到进行科学研究应具有坚持不懈的精神和科学严谨的态度,提高学生科学素养,满足当前高中教育的需求.
三、生物科学史在高中生物教学中存在的问题
1.缺乏教育价值的认识和先进的教学理念
根据实际调查,多数高中都认可生物科学史具有教育价值,但却没有给予相应的重视.教师受传统教学模式的影响严重,对学生的教育更加注重知识的讲解,很难在课堂上增加新颖的内容,忽视了生物科学史的教育价值.另外,教师的教育理念还没有随着新课标教育理念的发展而改变,多数教师更多关注学生的学习成绩,忽视生物科学史教对学生各方面素质的提高.
2.对生物科学史的了解程度不够
多数高中生物教师在接受教育阶段,对生物科学史没有充分的了解,相关专业知识的学习并不扎实,另外,高中生物教师工作任务繁重,缺乏足够的时间深入了解教材以外相关的生物科学史,导致无法顺利展开生物科学史的教学.
3.学生偏重于掌握知识,课堂参与意识薄弱
调查发现,学生对生物科学史中所涉及的科学知识以及科学家的励志故事有着极大的兴趣.但是,学生对生物科学史中科学知识的学习,也是为了应付考试.同时,学生更不愿学习生物科学史中科学的研究方法,他们认为这些对于成绩的提高并没有很大的帮助.在实际课程中,学生缺乏应有的参与意识,不积极配合与教师的互动.另外,学生在课堂中体现的被动心理,也对学生学习生物科学史十分不利.
4.教学评价机制不合理
学校对于学生的评价,仍然局限于学生的考试成绩,这就导致教师的授课过程与学生的学习过程,都以提高考试成绩为主要目的,很少考虑到学生全面素质的发展.而且在考试与作业中都有规定答案,这就束缚了学生的思维方式.此类不合理的教学评价方式,致使高中生物课程开展生物科学史教学举步维艰.
四、如何在高中生物教学中渗透生物科学史
1.教师要转变教学观念,提高自身素养
新课标教育理念与传统的理念有着诸多不同,新课标更加注重学生在学习生物的过程中科学素养的提高,教师也要适应时代的要求转变自身固有的教学观念,要结合教学目标,采取学生感兴趣的教学方式,充分发挥学生的主观能动性,使学生更加积极主动的参与到教学过程中.此外,教师还应当不断提高自身的科学文化素养,继而促进教育质量的提高.
2.学生要重视学习方法,培养科学精神
学生要逐步意识到自身的素质和能力,是今后适应社会生活最重要的因素.学生进入学校参与课堂,并不是单纯为了获得知识,而要在学习的过程中,形成考虑问题的正确思维方法,提高解决问题的能力.学生要在生物科学史中,学习到科学家身上所具有的高贵品质,为今后自身更好地发展打下坚实的基础.
3.学校要改革教育评价制度
关键词: 高中生物科学 教学方式 科学发展 科学素质在高中生物课堂教学中,教师的主要目的是教导学生学习生物基本理论知识,并带领学生对生物学的深层意义进行探究,教导学生掌握基本生物实验探讨方法。对于学生在学习过程中出现的错误,教师及时给予帮助,启发学生在失败中吸取教训,使其通过科学性教育领悟科学的含义,提高学习素养。
1.生物科学史和生物科学史教育
生物课科学史是由生物学家在研究生物学发展的过程中逐渐成熟的一门科学。高中生物学习主要针对基本生物的理论知识、各个生物学家的研究成果、发明的试验方法等进行分析学习。在课堂教学过程中,教师应充分利用生物学发展的已有教学资源,培养学生的科学探索精神,促进学生的生物思想的形成,提高学生解决科学问题的能力。
2.充分挖掘教材中生物科学史的教育功能
教师要想实施生物教学实验,首先需要详细了解新课标生物的教材内容,现如今高中的生物教材中蕴含诸多生物科学史的基本问题,教师备课时充分利用教材资料,发挥广泛传播能力,拓展学生对生物科学的认识。如:“光合作用的探究历程”可以使学生感受科学的发现是一个长期的充满曲折和艰辛的过程;在科学发展的进程中,生物与物理、化学等相关学科交叉运用、相互渗透;技术手段的进步推动了科学发展等。“DNA双螺旋结构模型的构建”可以让学生体会到现代生物科学是在多个学科的知识和成果的基础上取得的,在科学研究过程中要善于利用前人的成果,综合利用多学科知识,同时要具备他人合作、交流的品质。“促胰液素的发现”使学生深刻体会到不迷信权威、大胆质疑的科学品质,以及创造性思维和科学严谨的实验设计对生物科学研究来说是多么重要。
3.生物科学史在高中生物学教学中的影响
高中生物教材中的有些生物科学史内容较完整系统,将生物科学的发展经历和一些科学家的伟大成就均进行较全面的介绍和评价,如“细胞学说建立的过程”、“光合作用的探究历程”、“DNA是主要遗传物质的发现过程”等。对于较疏散的科学内容,教师带领学生通过设计问题,引导学生对其系统全面地进行分析讨论,在理解教材内容的同时对生物科学进行初步了解。为了在课堂教学中取得令人满意的效果,对不同的科学史内容应采取不同的教学策略。
3.1作为创设情境导入新课的“引物”
对于教材中“问题探讨”的环节,教师在课前学习中营造课堂教学气氛,激发学生学习兴趣,增强学生学习欲望,从而为接下来新知识的学习奠定基础。
例如,在学生学习“生态系统的信息传递”一节内容前,结合学生已有经验,介绍了1967年荷兰一位生物学家发现了蜜蜂通过舞蹈向同伴传递蜜源信息,以此引导学生进入学习情境。这样既提高学生学习兴趣,又合理地引出新知识的基本内容。又如,在具体学习“细胞工程”前,教材在“科技探索之路――细胞工程的发展历程”中,以时间为顺序简要介绍了各国科学家在植物细胞工程和动物细胞工程领域的重大研究成果。教师应当课前要求学生认真阅读,并鼓励学生张开想象的翅膀进行大胆想象,从而激活学生的创造性思维,使学生对新知识的教学处于渴求状态,提高课堂教学的有效性。
3.2作为引导学生进行科学探索的支架
生物学史主要总结了科学家在研究探讨生物知识时的成果,他们主要通过提出问题、讨论假设结果、实验探究等方法进行研究。高中生物教材主要通过科学家的成就吸引学生的注意力,为学生接下来的学习制定目标,鼓励学生对生物实验进行探究分析。例如,伟大的生物学家孟德尔在分析豌豆杂交实验过程中,始终谨记实验过程中的疑问,有目的地进行分析、试验,最终大胆放弃前人的实验结论,自主设计实验,并亲自动手实践,得出完美实验结果,推出遗传定律,供后人解释众多生物现象。同样,学生在讨论生物实验过程中,分析各个生物科学家的疑惑,进而对其进行小组讨论分析,利用对生物学的热爱和基本理论知识,通过动手实践取得实验成功,并加深对生物知识的理解和应用。
3.3作为探索思考、主动发现的材料
在生物教材中穿插许多“资料分析”,其中有相当一部分属于生物科学史,教师应当充分加以利用,引领学生积极探索思考,使其主动发现其中的奥秘。
例如,在学习“基因对性状的控制”时,教材在“资料分析”中列举了科学家对某些病毒遗传信息传递过程研究的重大发现,以此引导学生质疑传统中心法则的正确性和完整性,并在此基础上进行修改和补充。这样不仅激发了学生的求知欲,而且让学生深切体会到了科学的发现是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程。又如,“降低化学反应活化能的酶”中,教材在“资料分析”中列举了19世纪到20世纪80年代多位具有代表性的科学家对酶本质的探索历程,既让学生循着科学家的足迹一步一步揭开酶的神秘“面纱”,又让学生再一次体会到科学发现需要坚持不懈、百折不挠的科学精神。
3.4作为课堂教学的“活化剂”
教师在讲解高中生物教材时主动将生物科学史插入教学环节中,课前引入相关生物学家的小故事、设计与课题密切联系的问题,集中学生的注意力,巧妙地在学生学习课本内容的同时,更多地接触生物科学。
例如,学习甲状腺激素的作用时,教师可以插入“傻子村”小故事,通过讲述“傻子”的病症及“代代相传”的特点,激发学生的学习兴趣,使学生迫切想寻求造成“傻子村”的原因,最终在教师的点拨下得出“傻子村”特殊的自然环境才是罪魁祸首。这样学生在学习兴趣浓厚的状态下,进入相关生物学知识的学习中,枯燥难懂的知识瞬间就变得栩栩如生。
巧妙利用课内外结合的方法,营造良好的教学气氛,提高学生学习兴趣,拓宽学生学习生物的知识面,运用动态生物知识,启发学生学习,教育学生树立科学探索精神,保持良好的心态研究生物实验。
3.5作为课堂教学的拓展材料
在高中生物教材中,课后资料设有有关“科学家小故事”、“科学研究足迹”等文章,如“稳态概念的提出和发展”、“神奇的基因芯片”、“核移植技术发展简史”等。这些科学史材料可作为拓展性的阅读材料,教师应重视并及时引导引导学生进行课外阅读和交流。另外,教师也可充分利用“本章小结”和“专题小结”后的“网站登录”和“书海导航”,有选择地向学生推荐,培养学生浓厚的专业兴趣和认真阅读习惯的好习惯。
3.6作为回顾知识的线索
例如,在学生学完“基因工程”的相关知识之后,教师引导学生认真阅读“科技探索之路――基础理论和技术的发展催生了基因工程”,让学生自主探索基因工程的实施获得成功的基础理论,从而回顾与基因工程相关的科学史,例如DNA结构研究,遗传定律的发现,基因与染色体的关系等理论知识。经过回忆科学家的研究动态,为学生讲解知识的来源,使学生更清晰地理解知识,同时清除生物科学的内涵与意义。
3.7作为开展课外活动的素材
除在课堂创新教学方法外,教师可尽量为学生提供施展平台,与学生共同举办有关生物科学史知识竞赛,例如:知识竞答、辩论讨论、学术知识讲座等。例如,引导学生课后自行搜集相关科学史材料,如“搜集有关基因诊断方面的资料,从利与弊两方面谈谈你对基因诊断的认识”、“搜集生物进化理论发展的材料”、“搜集有关干细胞的资料,分析干细胞研究进展对人类健康的意义”。同过对相关资料的搜集和分析,把课堂教学延伸到课外,帮助学生进一步巩固、深化生物学基础知识,提高学生搜集和处理信息的能力、解决问题的能力,达到理论和实践的完美结合。
生物科学史本身集趣味性、科学知识于一体,学生能够通过学习生物科学史,激发对生物科目的兴趣。生物科学史是创设情境导入新课的“引物”,学生进行科学探索的支架,探索思考、主动发现的材料,课堂教学的“活化剂”。当然,生物科学史还能够起到其他作用。因此,在日常教学中,生物教师必须重视生物科学史,充分利用好生物科学史。
参考文献:
[1]徐宜兰.论中学科学课中科学史的教育价值.山东教育学院学报,2002(6):10-13.
一、生物教材能力培养结构的构成
教材的能力培养结构反映的是教材知识内容的有机组合与排列,它包含了对学生理解、应用、分析、综合、评价生物知识能力的培养和训练。在教材中,知识结构是外显的,而能力培养结构是内隐的,那么这种内隐的能力培养结构是怎样构成的呢?
新的高中生物教学大纲规定生物教学应当培养学生的观察能力、思维能力、实验能力、自学能力与初步的研究能力和创造能力。这个规定符合学生的学习心理,也符合生物学科的特点和社会发展的需要。这六种能力反映在教材中并不是同一层次。有的是基本能力,有的是具体能力,有的是综合能力。我们根据高中学生的心理发展特点,运用层次结构论与认知结构论对这六种能力进行分析,把教材的能力培养分成三个层次。
第一层次 学生的学习首先是对教材中科学概念的认识、理解、运用和评价,所以认识、理解、运用和评价概念的能力就是教材中能力培养结构的基本要素。具体由观察力、记忆力、想象力、思维力四种能力构成。其中思维力的培养是核心。
第二层次 由教材能力培养结构基本要素组合形成第二层次的具体能力。也就是对由一个基本概念为中心的部分概念组合的生物知识子系统的认识、理解、运用与评价的能力。具体包括:1.观察、分析生物现象与生物结构特征的能力;2.阅读、理解生物课课文与资料的能力;3.应用生物理论于实践的能力;4.进行实验设计与操作的能力(包括实验与实习);5.获得生物科学研究方法的能力。
这一层次能力结构越齐全,越有利于培养学生的生物学素质。
第三层次 在第二层次基础上,形成了对生物知识整体的分析、概括、评价与研究的能力。包括:1.建立生物知识体系的能力;2.总结和运用生物科学规律的能力;3.评价人与生物科学关系的能力;4.参加生物科学研究的能力;5.解决问题的创造能力。
这一层次是教材能力培养结构的最高层次,也是多种具体能力的综合体现。
教材能力培养结构模式如17页图,从图中看出上述三个层次结构是一个整体,是一个连续过程,不可截然分开。没有第一层结构就不可能有第二层,第三层;而第二、第三层结构的发展也促进第一层基本能力的提高。从图中还可看出思维能力是构建各层能力的核心。所以教材的编写无论是对生物概念的表述,还是对生物知识体系的组合,都要反映思维能力的培养。
二、新教材的编写应以能力培养结构为依据
生物教材是课文、作业、图象三大系统的有机结合,三大系统的组成及相互之间关系应反映出能力培养的结构。
(一)课文系统
根据前面叙述的能力培养结构的三个层次,课文系统也应从三个层次来反映这种结构。
1.概念的表述 高中教育仍然是基础教育,[①]教材中体现的能力培养仍然应以基本能力培养为基础。基本能力的培养应该反映在课文的概念表述上。根据高中学生思维发展水平特点,新教材的概念表述应做到:
(1)文字应生动、形象,应改变现行教材说明式文字过多,而缺乏生动的描述性文字的现象。
(2)记忆性东西要减少,避免概念与定义的大量堆积。如《新陈代谢概述》一节内容,需记忆的概念和定义近20个。
(3)表述过程应符合学习心理规律,从现象到本质。如《昆虫的激素调节》内容,内、外激素概念的描述应先从内、外激素在昆虫身上引起的现象入手。
(4)对知识的成因、规律进行表述时,少用直叙式,而多采用启发式。如疑问、设问、反问等形式,让学生自己“发现”。
2.课文的子系统 部分概念的系统组合,在课文中的表现形式是一章或一节的内容。这部分内容的组织、排列应依据教材能力培养结构的第二层次来编写。新教材课文子系统编排应体现“手脑结合”,“手眼结合”,“实验与理论结合”,“传授知识与指导学生自学结合”的原则。要做到这些,笔者认为教材编写应从两方面进行:
(1)采用多种编写模式。改变现教材的概念——说明;或事实——概念——说明的单一编写模式。如《生态平衡》内容可采用现象——问题——说明——概念的编写模式;《生态系统》内容可采用观察——问题——分析——结论的编写模式;《绪论》内容可采用事实或问题——自学——概念;或现象——问题——讨论——结论等编写模式。
(2)增设教材辅助材料,课文章、节中可插入“小常识”,“课外读物”,“研究现状与发展趋势”,“发现史”等小栏目。增设这些教材辅助材料,可使课文变得生动活泼,有利于学生能力的培养。
3.课文系统 由课文子系统构成。课文系统要反映教材的能力培养结构的最高层次,应从两方面来体现。
(1)系统的组成要具有整体性与连续性。
教材能力结构的最高层次是多种能力的综合体现,是贯穿在整个教材中的。所以课文各章、节的衔接应考虑能力培养的整体性与连续性。如培养评价人与生物科学关系的能力,教材应在各章、节里对人与植物、动物、环境、遗传等科学关系有所反映。在此基础上,学生才能形成对人与生物科学关系的总体评价。
(2)课文内容应体现sts教育思想
按照小平同志对教育提出的“三个面向”要求,教材的编写应充分体现科学、技术、社会三结合原则。具体应体现以下三个特性:
①实验性 生物学科是一门实验性很强的学科,这一点在整个课文中应有体现。每一个概念或定义的出现,都应尽可能在课文中包含着它的实验或现象发生过程的简单介绍。如《矿质代谢》中“植物需要的元素”内容,可对验证植物所必需的元素实验做简单介绍。这样编排可使学生懂得“重视观察与实验是现代生物学的重要特征”。[②]同时也利于培养学生的研究能力与进行实验设计的能力。
②方法性 新教材的编写应当重视生物科学研究方法的介绍,应体现“知识体系与方法体系结合”的原则,反映出生物科学研究的规律与层次。如对达尔文的进化理论的产生过程介绍,对“dna是遗传物质”证明实验介绍。学生通过多个生物科学研究方法的学习,可自己总结出生物科学研究的基本规律是问题——假说——实验——分析——结论。这有利于培养学生的研究能力,也有利于培养学生的创造能力。
③开放性 系统论认为任何系统都是开放的。课文系统也不例外。生物教材的课文系统与外界交流主要有两方面:一是与其它学科之间的横向联系。例如,在新陈代谢的内容中可渗透物理学中“物质不灭定律”的内容。二是与活动课程的联系,包括社会、生活、电视、杂志等。教材应充分反映与生物科学有关的社会问题,如在“能量代谢”中可插入利用动物能源解决能源危机问题的内容;在“矿质代谢”与“光合作用”中可反映无土栽培解决粮食危机问题;在《环境保护》中可介绍环境污染的现状与解决办法等。这种开放性在课文中表现的越丰富,越有利于教材能力培养结构的构成。
(二)图象系统
图象系统也从三方面来体现能力培养结构。
1.图象的数量与类型 参照国外高中生物教材的图象系统,建议我国新教材应增加图象量。图象与课文之比应是1∶1.5,形式应多种多样:彩图、黑白图、简图、照片等。这有利于培养学生观察力与想象力。
2.图象的内容 高中生物教材图象的作用不仅仅是印证课文中的说明,或仅限于使学生识别图的各部分名称和理解某些生物发生发展过程,而应是把识图与培养比较和分析等思维能力,培养研究与实验等动手能力结合起来,如在《新陈代谢概述》中,同化作用与异化作用概念可用模式图来表示,让学生根据图解来归纳出两者的特点与区别。再如新教材应有介绍科学研究过程与方法或研究装置的图象内容。这些都有利于学生自学能力、实验能力、研究能力的培养。
3.图象系统的组合 横向表现在与课文系统、作业系统的有机结合。图象与课文结合模式有多种,如文字说明——图象验证;图象展示问题——文字指导学生回答;还有图——文字——图——文字的边观察、边提示的连续结合模式。图象应与课文内容紧密结合。如现行教材彩图十四、十五因缺乏必要的文字说明,使该图的使用价值不大。图象系统应渗透到作业系统中,可根据图来提问题。这些都促使教材能力培养结构的形成。竖向表现在教材中的图象配合与配套上。如“细胞结构”应有模式图,也应有电子显微镜下的细胞放大照片图。还有彩图与黑白图的配套,单个图与连续图的配套,局部图与整体图的配合等。图的合理配合与配套利于培养学生的观察、想象等基本能力。
(三)作业系统
高中生物教材的作业系统应由实验、演示实验、课内思考、课后练习、课外活动几部分构成。它是能力培养结构的直接反映。对于实验与演示实验的编排,其它文章已多有研究,这里不再论述。本文仅就课内、课后练习的作业如何反映教材能力培养结构谈点个人看法:
1.作业的形式应多种多样 现行教材的课后练习仅有填空题、判断题、选择题、问答题。这些形式仅能反映出能力培养结构的第一层次。而第二、第三层次的能力培养则需要叙述型的练习,包括论述题、分析题、讨论题。如在《生态平衡》内容中可提问:“人口过多会造成什么后果?”在“生物的变异”内容中提出“你对生物科学发展前景有何预测?”这些问题可以锻炼学生分析与解决问题的能力,综合运用知识的能力,同时也培养了学生的创造能力。
2.作业的内容要具有思维性与层次性 作业内容应有概念问答题,设计实验过程或方法,解释生物现象与机理,运用理论于实验的问题,归纳知识体系与总结知识特征,阐述个人对有关生物问题的看法与态度。这些内容是从单一概念掌握到某一类知识的理解与应用,再到对整个知识的总结与评价,即从微观到宏观。
相对于教材中的能力培养结构,作业系统也应反映出三个层次来。
生物科学史是生物科学发生和发展的历史,揭示了生物科学理论的发展是一个动态过程,具有很高的科学教育价值;同时介绍了科学家的生平事迹、奋斗历程、曲折经历和成败得失,具有一定的人文教育价值。《高中生物课程标准》中强调要注重生物科学史的学习,将知识传授、能力培养和情意发展三方面教育融合起来。本文举例说明了人教版生物教材科学史的部分内容,分析在高中生物教学中引入生物科学史教育的策略和意义。
1 人教版生物教材中生物科学史举例
1.1 必修一第5章第4节《能量之源—光与光合作用》
在光合作用的探究历程中分别介绍了五位科学家所做的工作。1771年英国科学家普里斯特利发现植物的光合作用能更新空气;德国科学家萨克斯在1864年证明绿叶在光合作用中有淀粉的合成;美国科学家鲁宾和卡门1939年进一步证明光合作用释放的氧来自水而不是二氧化碳;随后美国科学家爱卡尔文用放射性同位素探明了光合作用的反应过程。光合作用历经300余年的艰苦探索才终于呈现在世人面前。
1.2 必修二第3章第1节《dna是主要的遗传物质》
介绍了对遗传物质的探究历程。1928年英国科学家格里菲斯的肺炎双球菌的转化实验推断出s型细菌中有一种转化因子;1944年美国科学家艾弗里通过提纯和鉴定证明了dna是使r型细菌产生稳定遗传变化的物质;1952年赫尔希和蔡斯用放射性同位素和噬菌体最终确立了dna是遗传物质;后来通过烟草花叶病毒的实验科学家修正了遗传物质的范围把rna也列入其中。dna的发现过程有着严谨的实验方法和推论过程,肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌实验具有非常好的智育价值。
1.3 必修三第3章第1节《植物生长素的发现》
介绍发现生长素长达54年的艰苦探索。首先达尔文在19世纪末提出胚芽鞘尖端会产生某种刺激;詹森于1910年证明这种刺激可以透过琼脂片传递给下部;1914年拜尔证明了尖端产生的刺激在下端分布不均造成了胚芽鞘的弯曲生长;1928年温特证明这种刺激是化学物质;1946年科学家才从高等植物中提取出生长素吲哚乙酸。这节教学内容突出了科学发现中逻辑推理的思维法,对培养学生的科研能力和思维能力都大有好处。
2 在高中生物教学中引入生物科学史教育的策略
2.1 作为导入新课的引子,激发学生学习兴趣
兴趣是学生学习的内在动力,趣味横生的科学逸事、舌枪唇箭的科学论争、催人泪下的科学事迹、鬼斧神工的科学方法、意蕴丛丛的科学疑案等都能充分激起学生的好奇心,集中学生注意力,为课堂学习做好心理铺垫。如在学习《atp的主要来源—细胞呼吸》之前介绍拉瓦锡等人对呼吸作用的研究,既激发了学生的求知欲,又为新知识的引入做了背景材料的铺垫。如伴性遗传的学习可以插入红绿色盲发现的小故事,或者讲述英国皇室血友病的例子,激发学生的学习兴趣,让学生积极主动的参与到课堂学习中去寻求答案。
2.2 作为课程探究的支架,引导学生主动探究
生物科学史一般要经历提出问题、做出假设、设计实验、实施实验、推论总结等过程。学习生物科学史能使学生理解科学的本质和科学研究的方法,让学生亲身体会科学家是如何发现问题并解决问题的,培养学生勇于质疑大胆探究的科学态度和思维品质。如在学习《dna是主要的遗传物质》时,让学生循着科学家的方法提出假设设计实验,同时渗透单一变量、同位素追踪等实验方式,引导学生一步步的验证假设、设计排除实验。如在学习光合作用的发现时,引导学生大胆猜想,再用排除法一步步推论直到得到正确结论。
2.3 作为补充阅读的材料,加深学生记忆理解
人教版新课程教材“科学史话”、“资料分析”、“科学前沿”等栏目有很多科学史知识,也可向学生推荐与科学史相关的课外读物和网页作为扩展性的阅读材料,引导学生养成课外阅读的好习惯,巩固新知识。如在学完细胞膜后,不知学生查阅2003年两位诺贝尔奖得主对通道蛋白的研究资料,让学生接触科学的前沿。在学完遗传学知识后,让学生以生物科学史的顺序为线索,从孟德尔发现两个遗传定律,到摩尔根证明基因在染色体上,再到沃森和克里克发现dna双螺旋结构模型等,引导学生循着人类认识基因之路回顾遗传学知识体系,整理知识脉络,加深对遗传学知识的系统掌握。
2.4 作为课外活动的迁移,培养学生探究精神
教师可以引导学生开展基于生物科学史的各项课外活动,包括探究性实验、专题讲座、知识竞赛、辩论赛等。如引导学生课后自行搜集生物进化理论发展相关材料撰写研究综述,或让学生搜集有关干细胞研究进展资料进行克隆技术方面的辩论。通过资料搜寻,学生可联系社会生活实际,继续探讨所学知识在现实生活中的应用和最新发展状况,深化生物学基础知识,提高学生解决问题的能力,实现知识与能力的迁移。
3 在高中生物教学中引入生物科学史教育的意义
3.1 利用科学史的趣味性,激发学生学习兴趣
生物科学史大多具有故事性,如孟德尔发现豌豆的遗传规律、达尔文提出进化论等,每项科学成果的背后都有一个感人的故事。教学中以故事作导入或在枯燥的学习中插入有趣的故事,能激发学习兴趣,减少大脑疲劳,提高课堂效率。
3.2 再现知识的探究过程,促进教学方式转变
通过科学史中对一些经典实验和逻辑分析的再现,引导学生进行科学探究,体验生物学知识的形成过程,可以有效避免强制灌输和被动接受的教学方式,变死记硬背为主动探究,充分发挥学生的主体性,切合学生的心理特点。
3.3 讲述生物学家的事迹,培养学生科学素养
关键词:学法;生物学概念;生物科学史;总结
古人云:授人之鱼,只供一饭之需;教人之渔,则终生受益无穷。可见教师必须注重学法指导,让学生“学会学习”,以提高学习能力,达到叶圣陶先生所说的“教是为了不教”,“自求得之”的目的。中学生物教学面临教材内容多,课时少等问题,这就促使并要求生物教师更加高效率、高质量地进行教学。在教学中渗透学法指导,利用“学法”这一杠杆,提高教学质量。下面,就生物学科如何渗透学法指导谈谈笔者在教学实践中的几点做法。
一、加强生物学概念教学,指导学生加强对概念的理解
在高中生物教学中.加强概念的教学是一项非常重要的教学内容。可以说,高中生物课的教学,就是对生物概念的教学;高中生物课的学习,就是对生物概念的学习。学生对概念掌握正确与否.直接关系到对生物学知识的理解应用.以及今后的创造性活动。
概念是反映思维对象特有属性或本质属性的思维形式。概念包括内涵和外延两个基本特征。概念的内涵是指反映在概念中的思维对象的特有属性或本质属性,又叫概念的含义。概念的外延是指具有概念所反映的特有属性或本质属性的对象.又称概念的适用对象。教师在教学中,一定要通过各种手段帮助学生理清概念的内涵与外延,即概念的含义和使用范围。只有当学生真正地把握了概念的内涵和外延时,才能够运用概念去解决问题,从而达到教学目的。
对于一些概括性高、较抽象的概念,教学中如果直接切入概念,则不利于学生的理解和掌握。教师可以先用丰富的实例使学生掌握相关的概念,然后从中总结出它们的共同特点,得出新概念。如无性生殖是一个概括性较高的概念,教学时可以先用丰富的实例使学生掌握分裂生殖、出芽生殖、营养生殖等概念,然后启发学生尝试着从中总结出它们的共同特点:不经过生殖细胞的结合,由母体直接产生新个体。通过这种方式得到的无性生殖的概念能让学生举一反三.理解深刻。
二、重视相关生物科学史教学,指导学生学会科学的思维与方法
在过去的生物教学中,科学史没有得到足够的重视,传统的科学史教育.往往是把科学史作为一种知识附加在科学教学内容上,而新的高中生物课程在这方面有了明显的改进。在《课标》第四部分“实施建议”中.明确提出“注重生物科学史的学习”.首次提出知道生物科学发展史上的重要事件的要求.反映出新课程对知识的“来龙去脉”的重视。事实上,生物科学史不仅仅是生命科学发展历程中的一系列人物和事件.更重要的是它蕴含着丰富的科学思想、科学方法、科学的世界观以及科学精神和科学态度等内容,具有很高的教育价值。生物科学史的知识不仅可以让学生体验到科学家们的探索精神与科学态度.而且它也是学生开展探究活动的极好素材,从中可以领会科学的思维与方法。
在过去的科学史教学时,教师一般都以讲故事的方式进行。实践证明,这种科学史的教学方法是低效的。对科学史实施探究教学,有利于学生了解科学研究的历史及科学本质。在教学中,教师可以引导学生假想自己就是当时的科学家.让学生大胆地去提出问题.想办法解决问题并得出结论.让学生真正的成为学习的主体。比如,《光合作用的探究历程》是必修一中的重要内容,笔者按照时间顺序将一些光合作用发现史中重要的科学实验作为背景资料呈现给学生.设置一些问题串让学生分组讨论.分析实验现象并提出自己小组的推断.在此基础上引导学生提出进一步想探究的问题等,再与前人所得结论进行比较。通过对这段科学史的探究学习,学生不仅了解光合作用知识的来龙去脉,经历人类探究光合作用的漫长过程,牢固掌握了相关知识,还学会了如何依据资料作出科学结论。
三、灵活应用图表,指导学生善于总结
生物这门学科与其他的理科相比,内容虽然不是很多,但都比较零散,需要记忆的知识点也比较多。这就要求学生要对支离破碎的知识进行梳理归纳,使之条理化,从整体上或实质上把握具体知识,减少学习上的盲目性,提高学习效率。所谓读书要从“从薄到厚”到“从厚到薄”,强调的就是学习过程中要善于归纳,精于总结。
一、巧妙设疑,激活学生的思维。
在“探究性学习”教学中,教师要根据不同的教学内容,创设恰当的情境,精心设计问题,激发学生的问题意识,这是教学设计的关键,是支撑和激励学生学习的源泉,是促使学生自主学习的切入点。探究来自问题,问题始于质疑。设计课堂提问,要有启发性,应最大限度地引发学生积极思考,充分体现课堂要以学生为主体的原则,从而逐步提高学生分析问题和解决问题的能力。同时课堂提问还要注意“度”要适中,即要提问一些学生通过思考可以解决的问题。有些较难的问题就得想办法,补充适当的辅问题,把大题化小,分步提问、引导过渡,帮助学生克服思考难题中的障碍,切不可有意设计太难的题目为难学生,这样会使学生无所适从。长此以往,会使学生丧失学习的积极性和自信心,从而厌学。对于过于简单的,甚至只要求学生回答是与否的问题,没有思考价值,不宜当作探究性教学的问题。
在这些探究学习过程中教师只是起组织者的作用,要不断鼓励和表扬学生,让学生自主探索,获取知识,提高自身思考能力和分析能力。
二、安排以探究为目的实验,培养学生对科学研究的兴趣。
实验是科学研究中非常重要的方法,也是生物科学的基本研究方法,所以让学生自己设计实验,独立操作实验是培养学生科学研究能力和获取知识的最好方法,而且学生对实验很感兴趣,容易调动他们的学习积极性。进行探究性实验教学,首先要指导学生学习掌握实验研究的基本方法:提出问题——作出假设——实验预测——实验设计——实验操作——实验观察——分析总结实验数据。
三、结合社会,联系生活,在调查中落实探究性学习。
生物科学是21世纪的领先学科之一,在学习生物学课本知识的同时,让学生了解一些当代生物科学技术的发展成果以及其对社会发展的影响,是非常有必要的。但是,对于生物科学技术的信息,教师如果只是简单地进行罗列、介绍,那必然是空洞无味的,也就激发不了学生对生物科学的兴趣,而新教材中安排的一些研究性课题恰恰为解决这一问题提供了很大的帮助。
例如:调查艾滋病病毒与艾滋病防治最新科研发展。首先,教师需强调在收集信息的过程中需要注意的事项,学生则分工合作,充分利用图书馆、报刊杂志、互联网等途径进行信息的收集。其次,提供给学生有关写报告需要注意的问题,如:作者姓名、文章标题、出版物的名称、出版时间和页码、作者的写作意图,你从中获得了哪些信息和事实,你对这篇文章有什么看法或见解等等。学生在阅读了相关文章后,经过讨论、分析,写出了自己的观点,充分锻炼学生的思维能力。最后,报告完成后,利用一定的时间让报告人进行陈述,而其他同学可以进行提问,由报告人进行答辩。在报告的交流和评价过程中,学生表现出了极大的兴趣,气氛非常活跃。实际上,每一个学生的报告就是一个小小的信息库,学生在调查中获得了对学科新知识的了解与掌握,加深了对新问题的认识,在相互讨论、学习的过程中完成了信息的“互补”、资源的“共享”。通过调查,学生不仅增加了信息量、拓宽了知识面,而且培养了学生的探索精神,提高了学生的表达能力和信息交流能力,更充分激发了学生学习生物学的兴趣,促使他们自觉主动地参与到学习中来。研究性活动课题的选择,可源于现实生活中的热点问题或生命科学的各种技术,或与生物科学有关的实验问题。选择课题后,进行调查研究或进行实验研究。
又如:调查社会上发生的SARS和禽流感事件。通过调查,有些学生结合所学的生物知识提出了许多问题,如:SARS、禽流感、口蹄疫等病毒的遗传物质是什么?它们的寄主有哪些?这些病毒的生存会受到哪些因素的影响?这些病毒是通过什么方式传播的?人体会产生免疫功能吗?应该怎样去预防这些病毒?为了解决提出的问题,学生就以个人或小组为单位确定调查项目,然后利用各种媒体如报刊、杂志或Internet等,查阅和收集资料并进行分析总结。在这一过程里,应充分发挥学生的主动性,由学生自己提出问题和解决问题,从而使学生获得知识,懂得如何收集资料、分析资料和归纳资料;同时也培养了学生的科学观,使他们懂得从生物学的角度去科学地认识和理解社会的某些事件。
关键词:高中生物、探究性学习、问题、对策
一、研究目的、意义
自2008年,我省已全面推行新课程改革。随着课程改革的推进,学生的学习方式要发生根本性的变革,强调学生的亲身经历,要求学生积极参与到各项活动中去,在“做”、“考察”、“实验”、“探究”、“设计”、“制作”、“反思”、“体验”等一系列活动中发现和解决问题,体验和感受生活,培养创新精神和实践能力。
《新课程理念下高中生物探究性学习存在的问题及对策》的研究能很好的总结和反思探究性教学过程中的实际存在的问题,为以后更好的指导教学奠定了良好的理论基础和警示,更为以后的探究性活动教学的发展起了推动性的作用。
二、目前,现实高中生物课堂中存在的问题
笔者选取了山东聊城市、河南濮阳市的12所学校,通过座谈、调查表统计等方法收集大量一手数据,统计分析出探究性活动教学实践中典型的,与探究性学习理念大相径庭却又美其名曰“探究性”的现象。
1.把“探究性活动学习”当成万灵膏药
表现在不深刻理会探究性学习的真谛而随意地给一些人们早已熟知的教与学的形式贴上探究的标签。如一堂教师在台上讲得天花乱坠、学生在台下听得昏昏欲睡的“一言堂”教学,由于有了几个“为什么”,就变成了探究性学习;一个从目的到内容再到方法、步骤,甚至连表格都画好了的实验活动设计,却不仅被冠以探究而且是自由探究的名称……这样,任何一个普通的教学活动都变成了探究性学习,只是这种偷梁换柱的“探究性教学”方式不仅不利于教师教学水平的提高,更不利于学生能力的发展。
2.把教材探究内容当成一项项“绝对任务”
有的教师习惯性的认为:“教材中所有的探究内容,都要做”,这是传统教育对教材的理解。翻开《标准》,其中对探究的要求是比较模糊的,这主要是从各个因素考虑而制定的。教材编订的探究活动,对教师来说是教学的原材料,对学生来说是如何进行科学探究的参考。而且,要组织起有效的探究式学习活动,除了受教师、学生和教学设施条件等因素制约以外,还与所学习的科学知识内容有关。教师则更应该根据教育资源、学生状况等实际情况安排教学,而不是只注重于探究的形式,把探究内容当成“绝对任务”按计划完成。
3.把“问题的提出”当成是“几句台词”
“问题的提出”是科学探究的第一个环节,对学生这方面能力的培养已摆在首要地位,况且爱因斯坦曾经说过:“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要。”但我们一些教师却把它当成是探究过程这部大戏里的几句台词。大部分教师总是担心学生提不出问题,或者说提不出自己心中早已构想好的问题,于是首先就将问题摆出,让学生按照既定的轨道去探究。但长此下去,我们的学生将变得不会发现问题,对周围的一切麻木不仁,更不用说去思索、探究了。生物科学是来自现实生活的自然科学,绝大多数生命现象都是发生在我们生活中的自然现象,学生都见过或知道,只是没有注意,没有去思考,因而没有从中发现问题,但这都是发现问题的源泉。教师只要通过培养学生良好的观察方法、分类思想、发散思维等,就可以使学生提出很多很好的问题。
4.把“实验探究过程”当成是“军事演练”
生物课程中的科学探究是学生积极主动地获取生物科学知识、领悟科学研究方法而进行的各种活动。其活动过程目的是让学生掌握科学内容、科学方法和科研能力。很多老师在探究性学习的实践中存在“越俎代庖”的现象。在课程实施之初,教师为统筹探究过程,往往预先设定教学的目标和探究的主题,而且在实施过程中不允许学生偏离设定的研究方向。因此,在所谓的探究性学习过程中,学生也只是象征性的按照“老师的意图”演练了一番。学生往往重复完一个实验后还不知其所以然,更别提什么创新能力、探究能力了。这样的探究学习过程与探究性学习的活动目标是相违背的。
5.把时间当成枷锁限制了学生的表达与交流
新教材的探究性学习中往往要求学生对自己提出的一个或几个问题进行探究。不同的学生可能会提出不同的探究问题,探究、讨论等时间较长。有些老师在学生完成探究过程后,可能是时间关系急于“收场”,急于将学生的探究结果纳入到课堂教学内容中去。这样常常丧失了让学生再发现、再提高的机会,也可能丢失了探究性学习中最精彩的部分。因为在学生的相互交流、讨论中,随着问题的解决和兴趣的满足,学生还将产生新的问题和新的设计,这些问题和主题虽然并不是我们预先设定的,但却可以促使学生更进一步去探究、学习。
三、解决对策
针对以上典型误区,同时结合自身的实践,从以下几个方面提出相应的解决策略:
1.教学时间和教学内容的选择
探究学习的缺点是教学效率低。而且中学生物学课时较少,学习时间很有限,教学时间难以保证,每个知识点都去探究是不可能也不必要的。这就需要教师善于选择探究内容,应注重开放性与引导性相统一。如遗传、生理和进化论偏重于思考推理,生物多样性偏重于形象思维,组成细胞的分子和化合物偏重抽象思维等,不同内容需组织不同类型的探究。精选探究内容应根据学生特点,着眼点首先是“合适”,然后根据由易而难、循序渐进的原则,选择一定数量进行练习。
2.教师指导
生物学教师要有较高的知识水平和能力,包括丰富的生物学专业理论知识、熟练的生物学实验操作能力、一定的生物科学研究能力、比较全面的组织协调和管理能力。在指导学生开展探究学习之前,教师自己应先学会“探究”。教师应深刻理解“探究”的涵义,能把握“探究”的核心问题,通过“教”引导“探究”。教学设计具有启发性和可行性,教学语言具有逻辑性和趣味性,善于创设良好的探究问题情境,用“兴趣”、“ 悬念”、“ 任务”等途径引导学生进入情景展开充分思考。
关键词: 体验式教学 高中生物教学要点
一、体验式教学概述
体验式教学是指在教学过程中,根据学生的认知特点和规律,教师通过积极创造实际的或模拟的情境和机会,呈现或再现、还原教学内容,引导学生由被动到主动、由依赖到自主、由接受性到创造性地对教学情境进行体验。
体验式教学法是以促进学生的发现学习为主的一种教学方式,强调知识与学习主体之间的互动联系,也强调师生间信息的交流和情感的交流,同时注重学习者的深入参与。它不强求一致认识而尊重个体差异,强调的不是对知识原封不动地储存,而是自我感悟与发现,是一种变书本化为人本化的教学。
二、体验式教学在高中生物教学中的运用
1.通过体验,帮助学生理解生物学基本原理。
(1)联系生活体验,掌握生物学基础知识。
生物学很多知识都是与生活密切联系,在教学时教师做适当引导,就很容易把生命现象与理论知识联系起来。比如在学习“渗透作用的原理”时,教师可以让学生思考:“萎蔫的青菜怎样才会变得硬挺?家里做凉拌黄瓜时,盘子里为什么会出现很多水?”这样,对于渗透现象学生很容易从宏观角度去发现和理解,进而会明白细胞会吸水和失水的原理,同时总结出渗透作用发生的条件。
(2)通过“角色体验”,理解复杂的生物现象和过程。
生物学的很多过程是微观的、复杂的、动态的,部分学生缺乏相应思维能力,理解起来就会比较困难。结合学生的认知特点,教师可采用“角色扮演”的方式对这些重点和难点进行突破。比如“基因的表达”是一个教学难点,其内容繁多、概念复杂,过程难以理解。在课前,可安排兴趣小组的学生按书上内容预习后排演一个小节目:设计师在设计室构画蓝图(用碱基排列成的长链),邮递员把蓝图翻印(转录)送到工地去,按图纸上顺序工程师逐个点名,每个工人按序排列,把特定的砖头运来,排成一定形状(翻译)。在观看小品的过程中,学生笑声不断,同时对转录和翻译的原理以及基因表达的过程有深刻的理解。
2.通过体验,掌握科学研究的方法,培养实践能力。
(1)体验科学发现的过程,发展学生的科学思维和实验探究能力。
高中生物新教材比较注重对科学史的教育,有很多科学发现的过程学生需要悉心体验。在科学探究的例子中,“生长素的发现”就比较典型,“光合作用的发现史”突出了科学研究的一般思路和实验设计的原则。通过阅读、观看录像或实践等形式,让学生重温科学家科学发现的历程,理解科学研究的一般方法,体验科学思维的基本过程,能够提高和发展学生的科学思维和实验探究能力。
(2)通过动手实验和实践活动,获得生物科学素养的体验。
作为一门以实验为基础的实践科学,生物学中众多的实验、研究性学习、科技活动都是学生体验的具体过程。其体验过程包括规范、认真、安全地操作,细心、准确地观察、记录实验数据和现象,得出正确的实验结论并应用于课程内容的学习,等等。比如在“果酒和果醋的制作”这一课外活动过程中,对于实验不成功的小组,鼓励学生通过查找原因来解决问题,小组同学从实验装置,原材料、发酵条件、发酵时间等不同角度进行分析、对各种改进方法积极尝试,从而使综合运用生物学知识分析和解决实际问题的能力得到了锻炼,同时培养一丝不苟、不畏艰辛、坚持不懈的科研品质。
(3)通过体验,增强学生的环保意识和生态观念。
通过对生态平衡原理的学习,对生物圈现状的分析,学生对我国的地大物博、生物多样有了深刻的体验,自豪之余,又意识到我国的资源状况和生态问题不容乐观,有了危机意识。我通过介绍身边的种种实例,使学生意识到保护环境、实行绿色经济、循环经济的重要性和必要性,进而使新课标提出的“热爱自然,理解人与自然和谐发展的意义,树立可持续发展的观念”的情感目标得到实现。
三、运用体验式教学应该注意的要点
1.以真实生活作为活动的主要学习资源。
社会生活和自然环境是纷繁丰富的,它为生物学教学提供了无比丰富的课程资源,教师要选择真实生活中的教学素材作为学习资源,让学生在学习的过程中根据个人的需要和感受去发现。这不但能提高学生的学习兴趣,而且能提高学生解释和解决生活实践中一些实际问题的能力。
2.鼓励学生在活动中寻求自我体验和自我发展。
在体验教学的实施过程中,教师应该注意激发学生的学习兴趣,尊重学生在自身发展过程中的主体地位,让学生学会通过活动实现自我体验、自我培养与自我优化。
3.营造超越传统的课堂,从社区、家庭和社会中学习。
体验式教学环境与传统的课堂教学相比,更重视把学生的生活世界、个人知识看成重要的课程资源,使学生从生活走向课堂,从课堂走向社会。教师应重视创造学生同社会、地区、自然、文化接触的机会,让学生对有价值的和美好的事物有切身的感受。
四、结语
体验式教学让学生体验到了学习的乐趣,关键是把教学内容与实践紧密联系起来,使知与行达到统一,通过开展一系列的体验活动,让学生在体验中有所发现,不断充实,逐步提高,自我创造。这样不仅能够让学生学到能够实际应用的知识,而且能够培养和发展学生的创新能力。
参考文献:
[1]邬德强.浅谈体验式教学在高中生物教学中的应用[J].中国校外教育(基教版),2010,4.
[2]陈平.浅谈生物教学中的体验式教学方法[J].中国校外教育(理论),2007,5.
[3]褚颖.生物学教学的理念和实践[J].生物学教学,2009,11.
【关键词】生物科学方法;理性思维;减数分裂
1.问题的提出
高中生物课程标准中提出要全面提高学生的生物科学素养。生物科学素养包含科学知识、科学方法、科学态度三个方面。标准要求学生在掌握科学知识的同时,掌握科学方法、思维及应用。随着新课程改革的深入,生物科学方法教育逐渐受到重视,但在实际教学中,往往把科学方法的教育转化成了陈述性知识和结论,而忽视了在知识发现过程中渗透生物科学方法教育,教师应该让学生通过各种有效的途径亲身体验科学方法,让学生掌握生物学科基本概念和原理等知识的同时,发展学生的理性思维,全面提高生物科学素养。
2.生物科学方法的主要内容
赵占良在《人教版高中生物课标教材中的科学方法体系》中阐述了生物科学方法内容。其包括获取经验性材料的方法和理性思维的方法。获取经验性材料的方法包括观察法、实验法、调查法、模拟法。理性思维的方法包括形象思维、逻辑思维、直觉和灵感、模型方法、数学方法、系统方法。逻辑思维包括归纳、演绎、分析、综合和类比。模型方法包括物理模型、数学模型、概念模型。
3.理性思维的概念
理性思维是人类思维的高级形式,是人们把握客观事物本质和规律的能动活动。理性思维是一种有明确的思维方向,有充分的思维依据,能对事物或问题进行观察、比较、分析、综合、抽象与概括的一种思维。即理性思维就是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维方式。
4.生物科学方法教育在减数分裂教学中的具体应用案例分析
下面以人教版高中生物必修二第二章第一节《减数分裂和受精作用》中的形成过程的教学为例,阐述在减数分裂教学中渗透生物科学方法教育,发展学生理性思维的一些做法。
4.1生物科学史 体会生物科学方法
生物科学史不仅包含科学发展过程中的人物和事件,更重要的是蕴含了丰富的科学思想、科学方法、科学精神等内容。学生通过生物科学史的学习,体会科学家提出问题,解决问题,不断探究、质疑、再提新问题的实践过程,学习科学家思考问题的方式。当孟德尔的遗传规律被重新发现后,随之而来的问题是遗传因子在细胞中的什么位置,怎样精确的代代相传?魏斯曼对染色体减数分裂及其合理性进行了预言。他认为:必须在细胞和个体水平上来研究遗传,他拒绝了达尔文的“泛生论”以及获得性遗传等观点。他预测:在卵细胞和的成熟过程中,必然有一个特别的分裂过程使染色体数目减少一半。受精时,和卵细胞结合,使染色体的数目又恢复到原来的水平。后来,鲍维里和斯特拉斯分别证实了魏斯曼关于减数分裂的预言。通过了解科学发展的过程,笔者将孟德尔的遗传规律与减数分裂有机结合起来,避免对生物知识进行割裂式的教学,为建立知识间的内在联系打下良好的基础。本节内容通过了解魏斯曼的预言及鲍维里和斯特拉斯的实验论证,让学生体会科学家大胆质疑、提出合理假设,实验论证的理性思维方式。
4.2建构模型 学习生物科学方法
减数分裂过程是一个抽象复杂的过程,通常教师会运用视频和图片辅助教学,给学生直观感性的认识,但这依然是学生被动的接受,并未真正参与到发现知识的过程中。笔者采用染色体模型让学生动态地模拟减数分裂过程。如果在知识全部讲解完后模拟减数分裂过程,只能使学生对减数分裂知识进行巩固,对生物科学方法教育不够深入,学生的理性思维的发展得不到有效的锻炼。因此,根据“发现式学习”原理,笔者认为应该让学生用模型模拟减数分裂过程贯穿于教学过程中的每一个阶段,对书本静态的图片动态化,进而构建染色体数目和行为变化的模型。通过先学后教,先操作后总结的教学顺序,学生构建过程中的错误会不断涌现,针对错误,一起观察、剖析、解决问题,实现了“此处无声胜有声”的科学方法教育。模拟过程主要分四步。第一步,理解同源染色体、非同源染色体、联会、四分体等重要概念。有的学生用模型构建同源染色体会出现错误,例如,选择染色体模型时只想到选择大小一致的配对,有的学生没想到用不同颜色来表示一条来自父方一条来自母方这一特点。又如,X染色体和Y染色体能够配对,但大小不一样,也是同源染色体,在错误中总结完善了同源染色体的概念。第二步,理解同源染色体分离,非同源染色体自由组合的过程。在此过程中,有的学生会犹豫哪些染色体移向一边,哪些染色体移向另一边,通过点拨,非同源染色体可以自由组合,学生加深了对配子中染色体多样性的理解。第三步,完成减数第一次分裂,注意分裂完的细胞数目及每个细胞中染色体数目等。第四步,完成减数第二次分裂过程,特别要注意如何模拟着丝点分裂,姐妹染色单体分离,移向细胞两极的过程,最后形成的生殖细胞的数目及染色体的形态和数目。随着教学的层层推进,学生逐步构建减数分裂过程,最终理清染色体行为和数目的变化,形成有意义的主动的模型构建。整个教学过程把抽象的知识变得直观,可操作化,学生在发现问题、解决问题中学习了生物科学方法,理性思维得到了发展。
4.3问题链导学 渗透生物科学方法
本节内容在模型构建过程中,采用问题链导学的方法,指导学生模拟减数分裂过程。在解决新问题时,通过问题链梳理旧知,进行铺垫,提供一条解决问题的知识链。当问题比较复杂时,分解成若干小问题,层层递进,每一个小问题运用什么知识点,在需要解决的众多问题中,什么可以先解决,什么必须先解决,什么是解决问题的必要条件,这需要教师引导学生运用回忆、观察、比较、分析、演绎、综合、归纳等科学方法来进行思维。问题链可以让学生思维更清晰,精力更集中,更能理解探究的精髓。教师针对减数分裂内容精心设计问题链,使之成为整个学习内容的探究线索,学生沿着这个线索指引的方向,经过思考,模拟减数分裂过程。问题链如下:(1)如果和卵细胞是通过有丝分裂产生的,则受精卵中有多少条染色体?(2)如果是这样,那么前后代的遗传能否稳定?(3)减数分裂产生的生殖细胞中染色体是如何减半的?(4)一个精原细胞需分裂几次?染色体复制几次?产生几个?(5)如果复制后的染色体着丝点分裂后,所产生的子细胞染色体数目能减半吗?(6)染色体如何变化能使子细胞中染色体数目减半?(7)染色体怎样才能有序地排列在赤道板两侧?(8)什么是同源染色体,联会,四分体?(9)从染色体的行为变化分析,导致次级精母细胞染色体数目减半的原因是什么?(10)次级精母细胞中染色体如何变化使其产生的中染色体数与它相同?DNA数目如何变化?(11)总结什么是减数分裂?1-2问题利用有丝分裂的知识,创设认知冲突,形成认知矛盾,激起学生探究欲望。3-6问题引导学生假设、分析、推论、寻求答案。7-11问题层层递进,为模拟减数分裂过程提供线索,点拨学生的思维方向,最后总结减数分裂的核心概念。
4.4实验教学 内化生物科学方法
实验教学是生物教学中极其重要的组成部分,是生物科学方法教育的重要途径。生物实验类型分为:观察型,验证型,设计型,探究型,演示型和模拟型。每个实验蕴含着不同的生物科学方法,实验的过程是学生亲身体验科学研究方法的过程。教师如果从传授知识的角度来组织实验教学,学生过多重视实验的结果,这样会使科学方法教育大打折扣。反之,教师按照科学方法呈现的逻辑组织实验教学,能使学生在实验学习中建立良好的认知结构,培养学生分析问题和解决问题的能力。本节内容包含一个观察实验――观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片,此实验的目的是通过观察蝗虫精母细胞减数分裂固定装片,识别减数分裂不同时期的染色体的行为变化、形态、位置和数目。为了更好地突出科学方法教育和发展学生的理性思维,在课堂时间有限的情况下,笔者将此实验改进成制作洋葱雄蕊减数分裂装片并进行观察的实验。材料特点及方法步骤如下:洋葱(2N=16)春天四五月份可长出花序,采摘花序,放置于卡诺固定液中(酒精:冰醋酸=3:1)固定2小时,然后取出花序,挑取小花即可制片。如不及时制片,可将固定后的花序,用95%酒精冲洗后(直至闻不到醋酸味为止)放入70%酒精中,存于冰箱内,可随时取用。制片时挑取一朵小花,拨出雄蕊,用碱性品红或醋酸洋红染液染色2-3分钟,按常规压片法压片,镜检,可清楚地看到减数分裂的各个时期。本实验学生要学会正确的操作,细致的观察,分辨出减数分裂的各个时期,区分出模型图和显微图像的差别。
在生物兴趣小组活动或者校本课程上,我们可以将此验证性实验改进成探究性实验,探究观察减数分裂过程的最佳实验材料,学生查阅资料,选择不同的植物材料,进行探究实验。也可以用动物的精巢(如蝗虫)作为实验材料,和植物雄蕊材料进行对比,观察动物和植物原始生殖细胞减数分裂的区别。探究实验要求学生明确实验目的、设计实验步骤、合作讨论完善实验方案、实施实验,对实验结果进行分析讨论,进而使学生体验到生物科学研究方法的过程并能进行总结和内化。
4.5习题训练 运用生物科学方法
近年来的生物高考试题更加重视对学生学习迁移能力和生物科学素养的考查。在新情境中考查学生分析和解决问题的能力,科学探究的方法和思维能力。高考试题的设计有较强的逻辑性和思维的广度、深度,生物科学方法广泛蕴含在高考试题中,对教师和学生的引导作用非常巨大。在平时解题训练过程中要重分析、重引导、重讨论、重总结,指导学生运用生物科学方法解决问题,培养学生科学缜密的理性思维习惯。
5.有效实施生物科学方法教育应注意的问题
生物课程标准把“以学生的发展为根本”作为指导思想,教师进行教学设计时要考虑学生的实际水平,注重研究学生的心理特点,思维水平,知识结构。课堂上能积极引导学生主动参与学习过程,亲身体验生物科学方法教育,让学生的思维真正“活”起来、“动”起来,才有可能使他们的理性思维能力得到充分的发展。生物科学方法教育切记生搬硬套,必须以知识教学为载体,不同的知识采用不同的生物科学方法教育,同时显性教育和隐性教育相结合。隐性科学方法教育即教师隐蔽地发挥科学方法的导向作用,使学生在学习过程中受到科学方法的启蒙和熏陶。显性科学方法教育是指在生物知识教学过程中,教师对科学方法的名称、特点和操作过程等讲清楚,并指导学生有意识地、自觉地加以运用。在高中阶段,学生的理性思维能力还有待提高,因此,生物科学方法的显性教育尤为重要,这是提高高中学生理性思维的重要途径。
总之,加强生物科学方法教育,是学生构建知识、发展能力、提高理性思维能力的有效途径。教师在教学中要抓住生物科学方法教育这一主线,针对不同的知识内容以及学生的实际需要,有效地开展科学方法教育,发展学生理性思维,提高学生的生物科学素养。
【参考文献】
[1]赵占良.人教版高中生物课标教材中的科学方法体系. 中学生物教学[J].2007.3