生物科学研究的基本方法实用13篇

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生物科学研究的基本方法

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生物科学素养不可能单纯地依靠知识的讲授、灌输来形成,必须改变教学的策略和方法。生物课程标准的一个基本理念是倡导探究性学习,而加强科学探究是培养科学素养的重点。为此新教材一改过去过多地注重科学知识的弊端,十分重视全面提高学生的科学素养,安排有多个探究活动,尽管各个探究活动要求达到的目标和侧重点有所不同,如有的重点是在如何控制变量和设计对照实验上;有的是要求学生体验探究的一般过程。但是可以说每个探究活动都蕴涵着丰富的培养学生科学素养的内容。例如学习“人体的免疫防线”时,引导学生通过模拟实验来探究皮肤是一道保护屏障,这样可以把复杂的实际问题转化为理想的简单问题。模拟探究前,教师可引导学生讨论:①模拟实验中模型(苹果)与原型(人体皮肤)的关系?②如何设计实验组与对照组?③如何控制变量?④为什么要将实验材料按四种情况分别进行处理?在充分思考的基础上根据探究计划开展探究,由苹果皮的功能推理出人体皮肤也有相似的功能。再通过调查家人、同学等,结合自己的生活经验,了解皮肤破损引起的伤口感染情况等,从而证实类比得到的结论是正确的,感悟人体的皮肤是一道保护屏障。在整个探究活动过程中,学生需要不断地对所遇到的问题进行分析思考,使学生的思维能力和生物科学素养得到螺旋式发展。因此探究活动非常有利于培养学生的科学思维方法和科学素养。

三、认真组织开展生物学实验,指导学生掌握科学方法

生物科学是一门以实验为基础的科学,科学的结论建立在对充足的材料进行观察和比较的基础上,生物科学的核心概念、原理,均来自于科学家的科学实践。因此,实验是学好生物学的基础,也是培养学生科学素养的重要途径。例如在学习生物体的基本结构时,请学生制作洋葱鳞片叶表皮细胞和人口腔上皮细胞等临时装片并观察细胞结构,教学过程中,教师可先示范一次,然后让学生独立完成。实验中出现的问题应该由学生通过讨论和交流,自己找出原因。绘图时要求学生一定要尊重事实,不要按照挂图或教材中的插图去描绘,以培养学生实事求的科学态度。学生通过实验,在“做中学”的过程中,对“细胞是生物体结构和功能的基本单位”这一重要概念的理解将更深入。这样,在学习活动中,学生能主动获取知识,体现了自主、合作、探究性的学习过程,把实验贯穿于教学的全过程,做到师生互动而又以学生动手实践为主,并且学生的实践活动又是在教师的精心设计下进行的,通过实验过程中的活动和探索,一方面使学生更好地理解掌握科学知识,锻炼动手操作能力,培养观察能力和思维能力,另一方面,对实验成败的比较分析,使学生认识到进行科学的探索和研究需要实事求是的科学态度。这样就把传授知识,训练基本技能和培养生物科学素养统一起来,提高了教学实效性。

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一、学好高中生物课的要求

(1)通过高中生物课的学习,应当获得关于生命活动基本规律的基础知识,了解并关注这些知识在生产、生活和社会实践等方面的应用;(2)通过高中生物课的学习,应当使自己在科学态度、科学精神、创新意识等方面得到发展,逐步形成科学的世界观;(3)通过高中生物课的学习,应当初步学会生物科学探究的一般方法,能够运用所学的生物学知识和方法解决日常生活中遇到的一些实际问题。

二、学好高中生物课的方法

高中生物课,不仅要有明确的学习目的,还要有勤奋的学习态度,科学的学习方法。针对生物科学的特点,学好高中生物课应做到以下几点:

1.学习生物学知识要重在理解、勤于思考

生物学的基本概念、原理和规律,是在大量研究的基础上总结和概括出来的,具有严密的逻辑性,课本中各章节内容之间,也具有密切联系,因此,我们在学习这些知识的过程中,不能满足于单纯的记忆,而是要深入理解,融会贯通。

2.要重视理解科学研究的过程,学习科学研究的方法

生物科学的内容不仅包括大量的科学知识,还包括科学研究的过程和方法。因此,我们不仅要重视生物学知识的学习,还要重视学生生物科学研究的过程,并且从中领会生物科学的研究方法。

3.要重视观察和实验,生物学是一门实验科学

没有观察和实验,生物学也就不可能取得如此辉煌的成就。同样,不重视观察和实验,也不可能真正学好生物课。在日常生活中也要注意观察生命现象,培养自己的观察能力。

4.要重视理论联系实际,学以致用

生物学是一门与生产和生活联系非常紧密的科学。我们在学习生物学知识时,应该注意理解科学技术和社会(STS)之间的相互关系,理解所学知识的社会价值,并且运用所学的生物学知识去解释一些现象,解决一些问题。

一是归纳,二是做题。

首先讲讲归纳,这是我个人最推崇的方法。因为我高三这一年花在比赛上的时间很多,没有严格地按照老师的进度很系统的复习,但知识归纳帮助我将系统的整理知识和思路,很有效的提高了复习效率,达到比较好的复习效果。我的生物知识归纳包括基本知识的归纳、习题归纳和特殊知识点归纳。

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二、建设思路

以生物学科发展前沿为引导、学科和教师队伍建设为主线、科研和教学创新团队建设为基础、人才培养模式改革为突破口、课程体系建设和课程内容更新为核心,加强理论基础与实践教学体系的建设,依托学院科研平台培养本科学生科学研究能力,强化学生实践能力和创新精神培养,着力研究课程设置及课程体系建设对学生学科专业的知识建构、能力培养、素质提高等方面的作用,全面提高教育质量、办学效益和学生的核心竞争能力,服务云南省及西部少数民族地区生物科学基础教育和“两强一堡”的绿色经济社会建设,加快云南科学发展、和谐发展、跨越发展。

三、建设内容

(1)锤炼以高水平学科建设和科学研究为标志的高素质教学研究型教师队伍;

(2)以云南省生物科学基础教育和绿色经济建设需求为依据、学科发展前沿为动力、教师教育为特色,将本专业建设为特色鲜明、在西南地区具有引领和示范作用的生物科学师范专业;有效带动云南边疆民族地区的生物科学基础教育的发展;

(3)加强教学质量工程建设,将生物科学相关的学科、教育主干课程建设成为省级以上精品课程;为拓展学生跟踪生物科学发展前沿的能力,积极建设双语课程项目;

(4)坚持基础理论、实践实习和科学研究成果集成,构建以综合性、设计性实验为主导的新型实验课程体系;

(5)培养基础厚实、实践能力强、具有良好专业发展潜力和拓展能力,服务于云南省基础生物教育、职业教育、生物资源保护与开发利用、生物能源开发、生态环境保护相关产(行)业的高素质教学、科研与管理专业人才。

四、建设措施

(1)以学科建设为龙头、科学研究为后盾、社会需求为依据,聘请资深科学家、生物学相关产(行)业专家加盟教师队伍;

(2)深入探讨以生物科学为基础的“通识教育+专业教育+教师教育”人才培养模式内涵,优化完善具有云南特色的生物科学师范类培养方案、教学计划、课程体系、教学大纲和相应评价体系。

本着“拓宽口径、夯实基础、因材施教、分流培养”的原则,以“通识教育+专业教育+教师教育”的模式进行人才培养。近年的改革探索,人才培养基本框架和策略、培养方案等各个环节已经日趋完善。然而,随着生物学科的发展及其对教师教育内涵与标准的改革、云南生物资源的保护与利用、生物能源的开发利用、环境问题的突显,“生物科学”专业的现行培养方案和教学内容仍然存在许多薄弱环节。

云南师范大学生命科学学院在学科建设和科学研究过程中,针对云南的微生物资源利用、工业用酶开发、云南人群营养构成与基因组稳定性的关联、云南能源植物资源与生物能源开发、云南生态环境保护与修复产出了大量标志性科研成果,有效支撑了依托于生命科学学院的“生物能源持续开发利用教育部工程研究中心”、“环境生物学”云南省省级重点学科、“生物化学与分子生物学”云南省省级重点学科、云南省生物质能与环境生物技术重点实验室”和“云南省生物质能与环境生物技术创新团队”的建设。借助以上科研项目的实施和学科和研究平台条件的建设,完善学院整体的学科布局,促进本科教学,将产业、科研方面的优势最终转化为学院教学上的强大推动力,实现教育和产业并重,产业、科研“反哺”教学的发展局面。

如何将学科建设、科学研究成果更加有效地引入生物科学专业的课程改革,形成新的生物科学特色专业人才培养方案、教学计划、课程体系、教学大纲,使本专业建设与云南省基础教育、科技和绿色经济建设更有效结合?如何使人才培养更贴近云南和西部少数民族地区特色,成为高强度、高潜力的“生物专业+生物教学”的双师型人才?将是本专业的重要特色,也是本专业建设的重点之一。

(3)在课程建设中,①对原有双语教学课程和精品课程进行教材、教学内容和教学方法的改革与凝练,培育省级以上双语教学课程和精品课程;②在本科教学中增设《酶工程学》、《植物生物工程》、《医学分子遗传学》、《保护生物学》、《高等植物多样性》、《花卉学》、《生物伦理学》、《性健康教育学》等与学科发展前沿和地方特色紧密结合的系列特色课程。

(4)结合云南省生物科学基础教育现状、生物资源特色和开发利用潜力,加大具有地方特色的教材建设力度;

(5)结合专业特色和教育技能的发展动态,深入进行教学方法和教学手段的探索与改革;在专业课程教学中,提倡体现不同学术风格、不同知识体系的教学方法改革和探索;

(6)构建以综合性、设计性实验为主导的新型实验课程体系;

为提高本专业学生的综合能力和创新能力,我们在本科实验教学中融入教师大量的科研手段和成果,20xx年,启动了“综合性、设计性”实验教学研究项目。在《发酵工程实验》、《植物生理学实验》、《动物学实验》和《遗传学实验》等4门实验课程中设立了专项基金,在20xx、20xx级生物科学专业实施了“热激诱导的玉米幼苗的耐热性的现象观察及生理生化机制研究”、“特定产物工业生产菌种的筛选、发酵及应用性质研究”、“原生生物与环境的组合及动态规律研究”和“淀粉酶产生菌的分离筛选、鉴定、发酵条件优化及酶学性质研究”等综合性、设计性实验。综合性、设计性实验已成为生命科学学院加强实践教学,全面提高综合性设计性实验教学质量的重要举措和特色。经过几年的不懈努力,20xx年我院的“生物科学综合性、设计性实验教学改革的研究与实践”荣获省级教学成果二等奖。然而,如何将基本理论、基本技能有效地整合到综合性、设计性实验之中?如何改革验证性实验的教学内容与方法?如何拓宽综合性设计性实验的开设范围及研究内容?亦是本研究中的重要内容之一。

(7)建立开放式人才培养体系,野外实习、教育实习和专业实习基地的建设紧密结合相关产(行)业的发展趋势,发挥基地的资源优越条件,夯实学生基础知识、基本技能,培植实践和创新能力;

(8)强化专业建设和生物资源保护与利用、生态环境保护、绿色经济建设之间的衔接,拓展学生知识体系,构筑良好的发展潜力和适应能力。

五、预期成果

(1)形成学历、学缘、职称和知识结构合理,由学者型、教育型、产业型专业人员构成的高素质教学研究型教师队伍;

(2)建成云南省领先、西南地区具引领和示范效应的“生物科学”师范专业;

(3)构建更适应生物科学发展、云南基础教育和生物产业发展需求的生物科学专业人才培养方案、教学计划、课程体系、教学大纲;

(4)在原有课程建设基础上,建设一批具有地方和学科特色的特色课程和省校以上精品课程、双语示范课程;

(5)构建科学管理、高效运转的基础实验平台、技术实验平台和综合实验平台;

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一、关于高中生物科学史教育

1.生物科学史概念的界定

生物科学史是以生物科学产生和发展的过程为轮廓,以科学发展历程中带有重大转折作用的课题及事件为主线,用翔实的资料论述科学家的创造性劳动,生动地描述他们进行科学探索的思维过程和方法。在高中阶段,我们无需对整个生物科学的发展历程进行研究,我们关注的仅仅是教材中涉及的对我们理解知识有帮助的一些经典史事,从中我们可以体会科学探索精神,领悟科学探究的一般方法。

2.科学史教育的内涵

美国著名的科学史家萨顿说过:“一部科学史,在很大程度上就是一部工具史,这些工具,无论有形或无形,由一系列人物创造出来,以解决他们遇到的某些问题。”生物教师要带领学生感悟科学前辈们的科学探究方法,以此来指导学生的探究活动。反之,学生实施探究活动又为实践科学方法提供了切实的锻炼机会。两者互相促进,体现了理论与实践相结合的模式,对提高学生科学素养具有重要意义。

二、生物科学史教育在培养学生生物科学素养方面的实践价值

1.灵活运用科学史,激发学生的学习兴趣

恰当引用教材中出现的科学史事,可以激发学生的学习兴趣。有的科学史料能够作为新课的引入,例如,在导入伴性遗传时,若教师引用教材中关于色盲症的发现过程,可以在上课伊始就把学生的学习兴趣调动起来。有的可以提高学生对学科知识的理解,例如,学习完蛋白质的相关内容后,教师可以引导学生阅读科学史话――世界上第一个人工合成蛋白质的诞生以及科学前沿――国际人类蛋白质组计划。这两个科学史料不仅可以加深学生对蛋白质知识的理解,还可以激发学生进一步学习的兴趣和欲望。

2.巧妙运用科学史,引导学生掌握科学研究方法

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。如,学生学习了萨顿的假说“基因在染色体上”后,对于萨顿所运用的科学研究方法――类比推理有了一定的认识,知道这种科学方法存在局限性,即结论没有通过实验的证明,至此学生会有疑问如何设计实验能证明基因在染色体上。此时教师巧妙引入摩尔根的科学故事,摩尔根无论对自己的假说,还是对别人的学说,都一概采取依靠事实和运用实验来检验理论是否正确的科学态度。学生阅读故事的同时感悟着科学探究的一般过程。

同样,在讲授光合作用的探究历程、酶本质等生物学知识时,都可以巧妙引用科学史,让学生领悟单一变量、对照实验等科学实验原则,引导学生一步步地完成科学探究。

3.适时运用科学史,渗透科学研究精神

在教材中写入科学家的姓名和事迹,不仅是对科学家的一种尊重和褒扬,更是对青年学生的一种教育。这种教育主要是科学家人格力量、科学态度、工作精神和人生观、价值观等对学生的启发与感召。

教育学生应该拥有怀疑的科学精神。摩尔根对孟德尔遗传规律的确证过程就是最好的例子。由于摩尔根在自己所进行的实验中没能取得类似的结果,他便对遗传定律产生了怀疑,于是,他勤奋地进行了一系列新的实验,当大量的果蝇实验结果确证了孟德尔的定律之后,他不仅承认,而且还发现了新的定律。

教育学生拥有探幽入微的研究精神。当克劳德决心把细胞内部的组分分离开,探索细胞内组分的结构和功能时,遭到了许多人的冷嘲热讽,认为把好好的细胞弄碎毫无意义。但是克劳德坚信这样做是十分必要的。经过艰苦的努力,他终于摸索出采用不同的转速对破碎的细胞进行离心的方法,将细胞内的不同组分分开。

以上这些生物科学发展史中鲜活的事例,能让学生从中受到感悟与点化,进而让他们形成正确的世界观、价值观、人生观。

综上所述,教师利用生物科学史教育,可以提高学生生物科学素养,让他们掌握生物科学概念,提高科学探究能力,理解科学、技术与社会的相互关系,形成科学的态度和价值观。

参考文献:

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一、解读生物科学素养的主要内容

我国现行的《普通高中生物n程标准》指出:生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观,它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平,以及在已有基础上不断提高自身科学素养的能力。1993年,美国生物科学课程研究所(简称BSCS)出版了名为“发展生物学素养”的生物学课程指南,对生物学素养作了详尽的论述,并把它作为生物学课程的基本目的。BSCS认为,一个具有生物学素养的学生需要对科学的本质和特点有起码的理解。学生对科学知识特点的认识和理解,对科学的价值以及科学探究的过程和方法的理解与掌握,是生物学素养的基本要点。比较两者对生物科学素养的界定,虽然在表述上略有不同,但总的来说,两者对生物科学素养的认识是趋同的。概括地说,生物科学素养可以从知识、能力、情感态度和价值观三个维度来定义:在知识层面上,要求学生掌握基本的生物科学知识,能够用所学习的生物学知识理解或解释发生在身边的生物科学现象;在能力层面上,要求学生具有一定的生物科学探究和创新能力,具有将生物学知识用于解决实际问题的应用能力;在情感、态度、价值观层面上,要求学生形成正确的世界观和价值观,对生命现象和生物科学知识具有关注和探究的热情,对生物学技术及其他与生物学相关的问题具有正确的判断力,并且能根据自己的判断做出正确的抉择。

二、学科热点事件在培养学生生物科学素养中的作用

当今,随着信息传播手段的不断发展,人们获得各类信息的渠道增多,不少事情得到人们的关注而成为社会热点事件,这其中就有一些事件与生物学具有一定关联的,我们称之为学科热点事件。这类学科热点事件本身或者与事件相关的背景可能蕴涵着生物学的知识和原理,可能关系到生物学知识和技术的研究、发展和应用,也可能涉及对生物多样性、现代生物技术应用等方面的态度和价值判断。这就使得这些学科热点事件具备了成为有利于培养学生生物科学素养的课程资源的条件。

引导学生关注和探究这些学科热点事件,对于广大教师来说,也是培养学生的生物科学素养的应然之举。一方面,学生对于与生命科学有关的现象和事件的关注,乃至于愿意着力于对它们进行探索和研究,本身就是生物科学素养的一部分。2016年1月7日的《南方周末》发表的《核心素养:素质教育的新起点》一文中指出:现在的高中生中知道当红影视明星的学生要远多于知道屠呦呦的学生。此文提出,培养学生的核心素养需要用现实的情景及问题来激活教材知识,并借此将综合实践能力与情感、态度等加以整合;需要用人类最前沿的科普性知识,不时对“核心素养”予以淬炼和激活。另一方面,热点事件得到了社会层面较多的关注,在各种媒体中出现的频率也比较高,往往能够激发起学生去了解甚至去研究的兴趣。由于学科热点事件关联着学科的知识、技能和价值判断,只要老师引导得法,学生就有可能围绕这些热点事件有所疑、有所思、有所感、有所得,学生的生物科学素养就会在这个过程中得到有效的提高和发展。

一段时期以来,与生物科学相关的热点问题是很多的,笔者略举两个例子来说明其在培养学生的生物科学素养中的作用。

(一)屠呦呦研究员获得2015年诺贝尔医学和生理学奖

2015年,我国生物科学领域最引入注目的事情当属我国科学家屠呦呦与两位外国科学家分享了本年度诺贝尔医学和生理学奖,这是我国科学家因为在中国本土进行的科学研究而首次获诺贝尔科学奖。获奖消息传来,可谓举国沸腾,中国科学界多少年的诺贝尔科学奖的梦想这一刻终于成为了现实。笔者认为,我们每一位生物老师都应该在第一时间与同学们分享这份喜悦。同时,教师也需要挖掘这一事件在培养学生生物学科素养上的价值。

首先,教师应利用这一事件努力激发学生对生物科学的兴趣和热情。虽然学习及科学研究的本身并不是为了获奖,但获得诺贝尔科学奖毕竟代表了学界对科学家工作的充分肯定,是科学家本人以及他所代表的国家的一种无上的光荣。一个国家获得诺贝尔奖的多少,在很大程度上反映着这个国家科技创新能力的高低。我们国家在获得诺贝奖的道路上才刚刚起步,但我们有理由相信会有更多的诺贝尔奖花落中华大地。屠呦呦研究员获得诺贝尔医学和生理学奖,而在生物学领域还有无穷尽的未解之谜等待着人类去发现。21世纪正是“生命科学”获得巨大发展的世纪,“生命科学”发展的美好愿景一定能够吸引更多的同学关注或者投身于生物科学的研究中。因此,生物教师应该做好学生的领路人和宣传员。

其次,屠呦呦获得诺贝尔奖这一事件能够帮助学生形成正确的价值观。诺贝尔奖的颁奖词中提到,“屠呦呦发现了青蒿素,这种药品可以有效降低疟疾患者的死亡率”,“这三人的科研发现的全球影响及其对人类福祉的改善是无可估量的”。教师应该组织学生从这些颁奖词的角度去分析和讨论学习生物学知识以及进行有关生命科学研究的目的和价值取向。经过探讨,学生能够认识到学习知识、发展能力的重要性,力求用所学的生物学知识解决人们生产、生活中的实际问题。关注整个人类的生存和发展是学习生物学的根本目的,也是每一名学生立志要去实现的目标。屠呦呦研究员在解释当年她选择就读北京大学医学院药学系的原因时说:“药物是治疗疾病的主要手段,我认为只有生药学专业才最可能系统地探索中医药领域。”这段表述说明了屠呦呦年轻时候的志向和追求。显然,她获得诺贝尔奖与她所具有的正确的价值观是密不可分的。

这一事件在培养学生的科学创新意识和精神、引领学生理解生物科学探究历程和方法等方面都具有重要的作用。

(二)施一公教授带领的研究团队揭示剪接体结构及工作机理

在生物科技前沿领域,我国也有一些重大的发明和发现成为人们关注的热点。2015年8月,中国结构生物学家施一公教授带领的研究团队在《科学》周刊同时在线发表了两篇文章,揭示了剪接体的结构及工作原理。这是中国科学家在有关基因表达过程研究领域中的一项重大发现,清华大学为此项科研成果召开了新闻会。生物科学界很多科学家都认为这一发现是有望@得诺贝尔奖的成果。美国科学院院士、美国斯隆-凯特琳癌症研究中心教授丁绍・帕特尔说:“剪接体的结构是完完全全由中国科学家利用最先进的技术在中国本土完成的,这是中国生命科学发展的一个里程碑,它将影响并鼓励下一代青年人进入生命科学研究领域。”这一事件无疑是人们尤其是与生物科学相关的各界人士关注的热点,而帕特尔教授的评论,提示我们这一热点事件富含着培养学生生物科学素养的价值。

首先,教师可以充分利用这一事件培养学生的创新精神和创新能力。创新是一个民族的灵魂,创新精神和能力也是生物科学素养中至关重要的一个部分。围绕这一事件,我们不仅要向学生介绍施一公教授的团队研究的成果和意义,更重要的是要引导学生关注他们在技术和方法上的创新之举,要让学生深刻理解创新对于科学发现的重要意义。RNA剪接体的结构是长期困扰科学家的一个难题,而施一公教授的团队正是创造性地运用了冷冻电镜技术,并运用了新的计算方法才最终得到了科学的结果。也许,同学们并不能理解这些技术的原理,但同学们一定要有勇于创新的意识。同时,我们要让学生对创新有一个正确的理解,创新并不一定就是“无中生有”,如上文提到的冷冻电镜技术已经产生了几十年了,施一公教授的团队是创造性地运用了冷冻电镜的最前沿技术。因此,教师要让学生认识到创新可能是一种技术的改良,可能是一种新方法的运用。只要我们勤于思考,在科学的基础上勇于革新,创新并不是遥不可及的。对于学生来说,只有增强了他们对创新的理解,创新能力的提升才成为可能。

其次,教师也可以有意识地引导学生去关注施一公教授以及他的研究团队。在中国科学界,施一公教授无疑是一颗耀眼的明星。他那些丰硕的科学研究成果,他略带传奇色彩的求学和科研之路,他对生命科学研究的执着追求,他对中国科学研究及教育状况的真知灼见等,都可以成为学生去了解、研究和感悟的素材。在这个过程中,同学们可以更真切地理解科学的价值以及科学探究的过程和方法,这显然有益于提升学生的生物科学素养。施一公教授带领的研究团队同样值得我们的学生去关注。这个研究团队非常年轻,但是,他们用他们的智慧和努力创造了惊人的业绩,这也许更能激起学生向他们学习的热情和向他们靠近的激情和勇气。

再次,在学生对生物知识学习的层面上,这一热点事件对于激发学生学习相关知识的兴趣和信心、促进学生掌握相关知识是大有益处的。RNA剪接体是在真核生物基因表达过程中对前体RNA加工成成熟RNA过程中发挥其作用的。这个作用的机理,高中学生不必要知道。但与这个过程相关联的真核基因与原核基因在结构上的区别、外显子和内含子、基因的转录和翻译、基因表达的调控等知识是在高中阶段需要学生了解甚至掌握的。教师可以在适当的时机给同学们介绍这一热点事件及其有关背景,便会很顺利地为教学创造一个有利于学生学习的情境,学生的学习和探究就能更加投入和主动,这显然有利于学生对相关知识的学习。

当然,与学科密切相关的热点事件是层出不穷的。生物教师应该持续地关注这类事件,并积极探索其在培养学生生物科学素养方面的应用价值,为顺利完成高中生物课程的核心任务做出自己的努力。

[参 考 文 献]

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准(实验)[M].北京:人民教育出版社,2003.

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引言

随着我国经济的飞速发展,科学技术的不断进步,新社会新时代下要求学生必须具备基本的科学素养。科学素养的表述方式很多,对学生学习生物学而言可以说就是在学习过程中培养形成且不断发展的一种最基本而又持续影响终身的内在科学素质和心理特质。主要呈现为以下几个外在的表现:学科知识基础、基本技能和获取知识信息的能力,运用知识解决问题的能力,科学品质如科学态度、探索精神、学科兴趣等方面。《生物课程标准》将生物科学素养表述为参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学概念及科学探究能力,从更高更远的角度定义了生物科学素养的意义。

随着信息社会的日趋完善和生物世纪的到来,以及新课程标准的推行,如何在生物教学中不断提高学生的生物科学素养就成为了每个生物教师面临的新课题。要在生物教学中提高学生的生物科学素养应从以下几个方面入手:

一、做好课堂基础知识教学,培养学生的科学品质

课堂教学要按课标和素质教育的要求,在知识整体性和系统性的指导下把传授知识及学科思维方式作为重点,教会学生学习方法。同时,要将生物学科的基本技能渗透其中。如观察、采集、调查、动植物培养、生物仪器和使用等,为学生探索能力的提高打好基础。

课堂模式应以引导激励为主,激发学生的学习兴趣和学习的主动性。要做好课堂教学就必须引入新的教学手段,如多媒体、三维动画、网络资源等,让学生一方面在鲜活生动的情景中学习,充分调动学生身心感官的体验功能,达到在愉悦的情景下由感性到理性知识的飞跃,培养学生获取信息和知识的能力。更重要的是,只有这样的教学才能给学生以学习和探索的内驱力,培养学生主动学习的习惯,使之逐步养成对科学执着追求的意志品质。

一堂好的生物课就是要把基础知识的传授建立在充分调动学生感官的基础上,激发兴趣、煅炼学习意志力,从而达到基础知识教学和学生良好科学品质的培养相统一。

二、做好实验教学,培养学生的科学思维和探究能力

实验教学是煅炼学生实践能力的基本方法,更是激发学生的科学思维、探究兴趣和能力的大好时机。可以把实验教学按内在的功能分作两大块:一是实验技能和科学研究基本模式的传授;二是探究、创新意识的培养。实验基本技能做为基础性的“工具”,要让学生在实验课中反复训练,切实掌握。科学研究模式则要立足课本中许多自成体系的系列实验进行循序渐进的灌输。如植物生长素的发现、酶的发现、DNA是主要遗传物质的证明等实验。

通过这些内容的学习,让学生掌握一般的科学探究模式,即“提出问题―作出假设―设计实验―得出结论”的模式。除此以外,在高中生物课本中还有大量的对照实验,在讲好原理和应用过程的同时也应潜移默化地使学生体会到其思维的科学性。在做好、讲好这些基本实验的基础上,要充分利用课本资源、生活实践资源激励引导学生以课本基础知识为依托,创设贴近生物环境的情景、提供初始性问题、开发社会性生物现象调查主题,激励学生主动去做一些力所能及的实验、实习和课题调查,使学生在这些鲜活生动的实践活动中学习掌握探究方法,培养科学思维能力和主动探究的科学品质。

三、做好课本知识拓展,全而提高学生的科学素养

立足于课本知识内容和学生的认知水平,引导学生实现课本基础知识的拓展是全面提高学生科学素养的关键。笔者认为,拓展应从以下几方面入手:

1.注重生物科学史的感染作用,充分体现典型激励效应。科学思维和方法是科学素养的核心要素。能力培养的核心就是思维能力的培养。新课标指出,要重视科学本质和理解科学研究过程,学习科学研究方法。在生物科学史中不仅记载着生物科学知识的形成过程,而且还蕴涵着科学家的创造性思维方式和灵活多样的科学方法,体现了科学家尊重事实、服从真理和实事求是的科学态度。因此,在教学中,教师要从学生的认知水平出发,注重科学史的介绍和学习,适当选取或处理相关史料融入到单元教学中去,让学生了解科学家是如何发现问题、分析问题和解决问题的,启发学生在科学态度、科学方法和创造性思维方面多些感悟,从而达到培养学生科学态度和科学精神的目的。科学精神是科学的本质和灵魂,培养科学精神能为学生一生中的学习和能力的发展、运用提供正确的价值导向及长久动力。

课本中涉及到的细胞膜结构的探索、孟德尔和他的遗传规律、达尔文与进化论、DNA双螺旋结构的建立、袁隆平和杂交水稻等事例都可拓展为详实生动的科学精神教育典型材料,渗透到课堂和课外阅读中去,让学生体会和认识科学的进步与成功凝结着无数科学家的心血,也能让他们体会到科学研究不但要有顽强的毅力、聪明的才智,更需要有不断探索的精神和密切的协作。这些课本内容拓展利用得好就会成为学生科学素养培育的最佳教材。

2.注重理论联系实际,增强知识的运用能力,培养学生的社会责任感和科学价值观。“注重与现实生活的联系”是新课程的基本理念,“重视理论联系实际,关注科学技术、社会经济和生态环境的协调发展”是生物考试大纲的明确要求。在课堂教学中,教师应联系生活实际和学生所处的环境,引导学生注意身边的科学,大量的生物学现象为师生提供了大量鲜活的素材和广阔的拓展空间。如:农产品保鲜措施的原理、中耕松土为什么能促进作物的生长、酵母发酵的现象与原理,甚至像如何养好盆花等都是这方面的素材。借此可以引导学生养成发现问题、努力探索的习惯和解决问题的能力。

3.要适时适量地把学生的学习拓展到科学技术前沿领域和热点问题上去。如生物工程范围的基因工程、细胞工程、发酵工程,基因疗法,人类基因组计划,全球生态和污染治理,艾滋病,生化诺贝尔获奖成果等,让学生体会到生物科学与人类自身的密切关系,培养学生的科学价值观,同时,还能起到激发兴趣、增长见识、提高修养的良好作用。

4.利用适量、难易适中的练习题将学生已掌握的基础知识扩展到具体问题的解决中去。在巩固知识的同时增强学生的知识迁移和获得、转化信息的能力。如:图表、曲线、文字类型信息的迁移和转化,题干信息的捕捉,解决问题方法的设定,结论的正确表述等;通过练习,检查和训练学生的探究能力及科学思维,等等。所谓难易适中,就是要让学生经过一定量的探索和思维活动后能得出正确的答案。就是要让学生的活动得到认同和肯定,从而起到养成和增强学生探究问题,自觉运用知识解决问题的能力。固化学生良好的思维习惯,让学生产生成就感,进一步激发其学习、探究、思维、实践的积极性。

结语

综上所述,要把教学中只注重对学生科学知识的传授转向全面提高学生的科学素养教育,注重学生在生物学知识、科学研究技能、情感态度与价值观、思维品质以及对科学和社会的认识等领域的全面发展。生物科学素养是学生科学素养构成中的重要组成部分。它反映了学生对生物科学领域中核心基础内容的掌握和应用水平,也是学生不断提高自身科学素养的主动力。每个生物教师都应站在提高全民科学素质的角度去认真研究和不断践行这一历史使命。

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一、教生活知识,注重理论联系实际

科学素养的提高,是建立在掌握科学的基础知识之上的。教学要根据生物学科的特点,结合教材内容,利用本地学生常见的生物资源,渗透于课堂教学中,使学生能够合理地将所学到的科学知识运用到社会及个人生活中去。如讲人体营养物质代谢,结合现实生活中的疾病实例,使学生了解科学膳食的方法,以保持身体健康。

二、授生物技能,注重动手实践和探究创新

重视实验教学、培养探究创新实践能力也是新课标的最大特点之一。实验操作能力是诸多能力中最基本的。验证实验中实验操作能调动学生的参与意识,可以有效地激发学生学习的内在动机和培养学生的生物学技能;探究实验培养的科学方法和创新能力是科学精神的灵魂,是构成科学素养的重要因素。教师要善于创造“科学研究”的气氛,激励学生大胆按照“科学研究”的程序开展探究学习,努力在教学过程中培养学生的独立性、自主性,特别是培养创新精神,体验“科学研究”的滋味。

三、渗透STS思想,教会学生模拟决策

STS指的是科学(Science)、技术(Technology)、社会(Society),强调的是科学、技术与社会三者的关系及科学技术在社会生产、生活和人类发展中的应用。新课程在教材内容中渗透了STS教育,教学中可通过教材中的各种素材、栏目及活动进行STS教育,通过现实生活中的一些重大公共事件进行STS教育。引导学生在真实的问题情境中,参与讨论、辩论和决策,甚至向相关部门提出建议。如,怎样待日本大地震时期民众抢购食盐恐慌,三鹿奶粉、双汇瘦肉精、地沟油上餐桌等事件中折射的公共食品安全管理问题等,都可以创设情境,模拟决策,使学生生物科学素养的提高融于科学、技术、社会的相互关系之中。

四、明生命意义,培养科学精神和科学价值观

1.关注科学史教育,培养学生科学精神

科学精神是科学的本质和灵魂。培养学生科学精神,要充分发挥生物学史的教育作用,利用科学史“故事性”,培养学生的学习兴趣;利用生物学家的生平和事迹,对学生进行科学精神和价值观的教育;通过对一些经典实验和逻辑分析的再现,如“光合作用的发现”“DNA是遗传物质的实验”,让学生体验生物学知识的形成过程,从中学习科学家的思维方法,达到既传授知识又培养学生科学思维的目标。

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2.要重视理解科学研究的过程,学习科学研究的方法

生物科学的内容不仅包括大量的科学知识,还包括科学研究的过程和方法。因此,我们不仅要重视生物学知识的学习,还要重视学生生物科学研究的过程,并且从中领会生物科学的研究方法。

3.要重视观察和实验,生物学是一门实验科学

没有观察和实验,生物学也就不可能取得如此辉煌的成就。同样,不重视观察和实验,也不可能真正学好生物课。在日常生活中也要注意观察生命现象,培养自己的观察能力。

生物学是一门与生产和生活联系非常紧密的科学。我们在学习生物学知识时,应该注意理解科学技术和社会(STS)之间的相互关系,理解所学知识的社会价值,并且运用所学的生物学知识去解释一些现象,解决一些问题。

学习生物的三个小技巧

1.掌握基本知识要点,“先记忆,后理解”

与学习其它理科一样,生物学的知识也要在理解的基础上进行记忆,但是,高中阶段的生物学还有着与其它理科不一样的特点。对于大家学习了许多年的数学、物理、化学来说,这些学科的一些基本思维要素同学们已经一清二楚,比如:数学中的未知数X、化学中的原子、电子以及物理中的力、光等等。而对于生物学来说,学生们要思考的对象即思维元素却是陌生的细胞、组织、各种有机物和无机物以及他们之间奇特的逻辑关系。因此学生只有在记住了这些名词、术语之后才有可能掌握生物学的逻辑规律,既所谓“先记忆,后理解”。

2.弄清知识内在联系,“瞻前顾后”、“左顾右盼”

在记住了基本的名词、术语和概念之后,同学们就要把主要精力放在学习生物学规律上来了。

这时大家要着重理解生物体各种结构、群体之间的联系,也就是注意知识体系中纵向和横向两个方面的线索如:关于DNA,我们会分别在“绪论”、“组成生物体的化合物”和“生物的遗传和变异”这三个地方学到,但教材中在三个地方的论述各有侧重,同学们要前后联系起来思考,既所谓“瞻前顾后”。又如:在学习细胞的结构时,我们会学习许多细胞器,那么这些细胞器的结构和功能有何异同呢?这需要大家做了比较才能知道,既所谓“左顾右盼”。  3.深刻理解重点知识,读书做到“六个W”对于一些重点和难点知识,大家要深刻理解。如何才能深刻理解呢?大家读书时要时时思考“六个W”。

高中生物四种学习方法,精学精用

1.分析和综合的方法

分析就是把知识的一个整体分解成各个部分来进行考察的一种思维方法,综合是把知识的各个部分联合成一个整体来进行考察的一种思维方法,分析和综合是生物学学习中经常使用的重要方法,两者密切联系,不可分割。只分析不综合,就会见木而不见林;只综合不分析,又会只见林而不见木。

2.比较和归类的方法

比较是把有关的知识加以对比,以确定它们之间的相同点和不同点的思维方法。比较一般遵循两条途径进行:一是寻找出知识之间的相同之处,即异中求同;二是在寻找出了事物之间相同之处的基础上找出不同之处,即同中求异。归类是按照一定的标准,把知识进行分门别类的思维方法。生物学习中常采用两种归类法:一是科学归类法,即从科学性出发,按照生物的本质特性进行归类;二是实用归类法,即从实用性出发,按生物的非本质属性进行归类。

3.系统化和具体化的方法

系统化就是把各种有关知识纳入一定顺序或体系的思维方法。系统化不单纯是知识的分门别类,而且是把知识加以系统整理,使其构成一个比较完整的体系。在生物学学习过程中,经常采用编写提纲、列出表解、绘制图表等方式,把学过的知识加以系统地整理。

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    一、课程性质

    生物科学是自然科学中的一门基础学科,是研究生命现象和生命活动规律的科学。它是农业科学、医药科学、环境科学及其它有关科学和技术的基础。生物科学的研究经历了从现象到本质、从定性到定量的发展过程。当今,它在微观和宏观两个方面的发展都非常迅速,并且与信息技术和工程技术的结合日益紧密,正在对社会、经济和人类生活产生越来越大的影响。

    高中生物课程是普通高中科学学习领域中的一个科目。高中生物课程将在义务教育基础上,进一步提高学生的生物科学素养。尤其是发展学生的科学探究能力,帮助学生理解生物科学、技术和社会的相互关系,增强学生对自然和社会的责任感,促进学生形成正确的世界观和价值观。

    二、课程的基本理念

    提高生物科学素养  生物科学素养是公民科学素养构成中重要的组成部分。生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观,它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平,以及在已有基础上不断提高自身科学素养的能力。提高每个高中学生的生物科学素养是本课程标准实施中的核心任务。

    面向全体学生  《标准》的设计面向全体学生,着眼于学生全面发展和终身发展的需要。课程的内容标准有较大的灵活性,以适应不同学校的条件和不同学生的学习需求,促进学生有个性地发展。

    倡导探究性学习  生物科学作为由众多生物学事实和理论组成的知识体系,是在人们不断探究的过程中逐步发展起来的。探究也是学生认识生命世界、学习生物课程的有效方法之一。《标准》倡导探究性学习,力图促进学生学习方式的变革,引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑,逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力,以及交流与合作的能力等,重在培养创新精神和实践能力。

    注重与现实生活的联系  生物科学与人们的日常生活、医疗保健、环境保护、经济活动等方面密切相关。《标准》注重使学生在现实生活的背景中学习生物学,倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念,并能运用生物学的原理和方法参与公众事务的讨论或作出相关的个人决策;同时注意帮助学生了解相关的职业和学习方向,为他们进一步学习和步入社会做准备。

    三、课程设计思路

    高中生物课程是根据《基础教育课程改革纲要(试行)》和《普通高中课程改革方案》的精神和要求设计的。

    高中生物课程分为必修和选修两个部分。必修部分包括“生物1:分子与细胞”、“生物2:遗传与进化”、“生物3:稳态与环境”3个模块;选修部分有“选修1:生物技术实践”、“选修2:生物科学与社会”和“选修3:现代生物科技专题”3个模块。每个模块36学时、2学分。

    必修模块选择的是生物科学的核心内容,同时也是现代生物科学发展最迅速、成果应用最广泛、与社会和个人生活关系最密切的领域。所选内容能够帮助学生从微观和宏观两个方面认识生命系统的物质和结构基础、发展和变化规律以及生命系统中各组分间的相互作用。因此,必修模块对于提高全体高中学生的生物科学素养具有不可或缺的作用。

    选修模块是为了满足学生多样化发展的需要而设计的,有助于拓展学生的生物科技视野、增进学生对生物科技与社会关系的理解、提高学生的实践和探究能力。

    学生在学习了生物1的内容之后,既可以先学习生物2的内容,也可先学习生物3的内容。在修完必修模块的基础上,进行选修模块的学习。

    每个模块在高中生物课程中的价值如下。

    “生物1:分子与细胞”模块有助于学生较深入地认识生命的物质基础和结构基础,理解生命活动中物质的变化、能量的转换和信息的传递;领悟观察、实验、比较、分析和综合等科学方法及其在科学研究过程中的应用;科学地理解生命的本质,形成辩证唯物主义自然观。

    “生物2:遗传与进化”模块有助于学生认识生命的延续和发展,了解遗传变异规律在生产生活中的应用;领悟假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用;理解遗传和变异在物种繁衍过程中的对立统一,生物的遗传变异与环境变化在进化过程中的对立统一,形成生物进化观点。

    “生物3:稳态与环境”模块有助于学生认识发生在生物体内部和生物与环境之间的相互作用,理解生命系统的稳态,认识生命系统结构和功能的整体性;领悟系统分析、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用;形成生态学观点和可持续发展的观念。

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老一辈教育家杨寅初先生(1937)在其教学论著中用一单元专门提出要注重科学方法的训练;北师大陈皓兮教授(1987)的教学论著中写道:60年代以来,在各国生物教育中都突出地提出要使学生在学习过程中善于从自然事物、自然现象中去发现问题,通过观察实验、积累资料、进行推论,借以学会认识客观自然界的科学方法[1]。可见,中学生物教学中进行科学方法的教育,并不是一个新的话题。科学方法在学科学习的结构中,起到了桥梁和纽带的作用,它将知识“变活”,将知识与实际产生联系。目前,已有生物教学研究者在其学术论文中提出,高中生物新课程中涉及的科学方法主要有:观察法、实验法、模拟法、量化法、归纳法、演绎法、分析和综合法、类比法等[2]。

生命科学是一门以实验为基础的学科,它在构建学生生命价值观、培养学生创新能力等方面都有着巨大的意义。本研究试图构建生物科学方法的分类理论,将中学生物科学方法教育的内容进行分类,进而提出在中学进行生物科学方法教育的实施路径。

一、中学生物学科学方法教育内容的确立

1.生物学科学方法的内涵

方法,指人们认识世界和改造世界所应用的行为方式、程序及手段的总和。在科学研究中,是指借助于思维取得新信息、新成果的方式和手段[3]。科学学的奠基人贝尔纳说得好:“良好的方法能使我们更好地发挥运用天赋的才能,而拙劣的方法则可能阻障才能的发挥”[4]。科学方法,指人们在认识世界的实践活动中总结出来的正确的思维方式和操作方式,是获取科学知识的程序或过程[3]。“与科学知识相比,科学方法具有更大的稳定性和更普遍的适用性”[5]。因此,在中学科学教育中,让学生获取科学方法比获取科学内容本身更为重要。

方法是一种途径,既能够创造知识也能够应用知识,只有掌握了方法,才能够使理解科学和终身学习成为可能。学生对生物科学方法的学习不会自发进行,需要教师的教学指导。有研究者认为,科学研究方法必须基于特定理论进行观察、实践和测量,而科学方法包括通过观察和实验进行数据的采集,以及形成和检验假说。通过对上述内容的总结,笔者将生物科学方法的内涵界定为:人们在认识和解决生命科学问题的实践活动中,总结出来正确的思维方式和操作方法,从而获取生物科学知识的过程。

2.生物科学方法显化教育的内涵

尽管大多数教师都能够意识到科学方法教育的重要性,但对于生物科学方法教育的理解与感悟却参差不齐,原因在于生物科学方法教育一直处于隐性教育水平。有研究者对物理科学方法隐形教育总结出以下不足:教学目标不明确、教学内容不明确、教学效果不显著[6]。

和隐性教育对应的是显化教育。所谓科学方法显化教育,是指教师有意识地公开进行科学方法教育,学生有意识地学习科学方法,以达到理解知识、掌握方法和形成科学态度的目的[6]。中学生物科学方法教育也应当从隐性走向显化。生物是门实验学科,意味着生物学的知识本身就是由实验、实践中得来,知识的运用也体现在实验中。在中学生物学的教学中,一是要体现出生物科学技能的必要性,二是通过思维方法的显化,使得隐性认知得以被剖析,让学生能够认识并有意识地培养相关的思维方法,通过有针对性的训练,使得学生能够像一个“科学家”那样思考和解决生物学问题、应用生物学知识。

3.中学生物科学方法的分类

笔者从历史观的角度纵向梳理了我国生物科学方法教育的内涵,翻阅从民国时期到当代的主要“生物课教学法”和“生物课程与教学论”,将其中作者意图涉及的生物科学方法进行了整理(如表1所示),其核心思想是让学生在认识和学习生物学中习得正确的思维方法及研究方法。

尽管上述生物教学的论著中对生物科学方法都没有专门的叙述,但都提出了生物科学方法在生物学教学中的重要意义,并且涉及了生物学研究方法、生物学思维方法在培养学生生物科学素养中是不可或缺的角色。笔者按照生物学学科方法、生物学思维方法这两类基本科学方法,构建了中学生物科学方法分类模型(如图1所示)。

图1 中学生物科学方法分类

(1)生物学思维方法

生物学思维方法是指生物学科研究方法中概括出来进行理论思维的方法,如分析、归纳、综合、控制变量等方法。这些方法指导着学生在遇到生物问题时,能够正确找出原始问题,并运用正确的思维方式去研究问题,进而更好的解决问题。一般来说,在中学生物教育中,用来进行理论思维的方法包括:分析、归纳、综合、假说演绎、类比推理、比较、抽象化、对比实验、控制变量等。但是由于思维是隐秘的,在日常教学中往往会忽视以其作为目标进行教学设计。

(2)生物学学科方法

生物学学科方法指在生物学中最常用的揭示生命现象的方法,它包括进行研究的流程,即科学探究的过程方法,如生物科学探究过程技能:发现问题、提出假说、设计实验、完成实验、分析数据、得出结论这整个的过程;也包括在中学科学探究中所运用的最基本方法,如生物操作方法:显微镜操作、观察、解剖、染色、过滤、制作装片、同位素标记法、调查、标本制作、纯化、蒸馏、萃取等。它是整个生物科学研究的基础,也是学生学习生物学知识,打好生物学基础的必备条件。由于其与生物学科有直接密切的联系,它也被称之为强认知方法。

(3)中学生物科学方法的内在联系

哲学中的科学方法从具体到一般层层递进,下一层是上一层的基础,而在生物科学方法的结构中,可以看到学科方法和思维方法之间有着直接的关联,它们并不存在层级的高低,思维伴随着学科的学习,学科方法的强化也锻炼了思维方法。从认知的角度看,在解决问题时,会同时应用到思维方法和具体研究方法,但不论是生物学科方法还是生物思维方法,都应以中学生物学知识作为载体去强化和训练。

二、中学生物科学方法教育内容的实施

1.中学生物学学科方法教育的实施

生物学学科方法在生物实验教学中体现得最为明显,通过生物实验课、生物实践活动,能够有效地让学生体会和感受科学方法在实际研究中的应用。例如,在“探究植物细胞的吸水和失水”实验中,涉及制作装片、使用显微镜、观察、对比的思维和操作,那么教师在实验课开始之前,就应当对学生明确提出要求,要求其正确使用显微镜和制作临时装片,并将过程告知学生,接着提出实验需要解决的问题,让学生自主进行实验的计划,锻炼学生的科学探究思维。

2.中学生物学思维方法教育的实施

思维方法通常是渗透在教学内容当中,需将其显化,使学生明确。比如,研究PH值对酶活性影响这一课时,通过控制其他因素只改变其中一种因素的控制变量法的应用在这里就显得非常自然,而同时控制变量法又应用在很多其他知识的学习中,要注重在教学中对科学方法的总结和归纳。再如,分析和归纳是两种最常见的科学思维方法,当学生通过实验得出图表或者曲线时,如何正确地分析和归纳也应显化,以达到更好的教学效果。

三、中学生物科学方法教育的展望

1.在生物课程标准中显化生物科学方法

我国现行生物课程标准是以生物知识为核心进行教学组织的,但从教育目的看,学习方法比知识更为重要。因此,以方法为核心、知识为框架的教学组织更有利于学生对于方法的掌握。课程标准作为纲领材料,应明确生物科学方法的重要地位。在生物课程标准中将生物学科方法和生物思维方法显化在课程目标中,是生物科学方法教育的政策支持。

2.依据生物科学方法的逻辑组织教学

由于方法是现象与知识、知识与应用的联接,根据生物科学方法来组织教学,将其作为逻辑组织教学能够有效帮助学生掌握科学方法,建立学生科学方法知识体系。首先将中学生物中涉及到的科学方法进行罗列和总结,从横向和纵向进行教学,以知识的角度看科学方法,然后通过科学方法组织知识体系。

3.提升生物教师的生物科学方法素养

教师是课堂的组织者、实施者,一切教育方法、教学策略的落脚点都是教师对学生的教学,因此,教师是最重要的课程资源。我国教育正处于改革的深水期,教师队伍必须不断更新自己的知识库和教育观念,才能跟得上教育改革的步伐。及时加强教师的专业能力,补充教师专业结构中的科学方法教育知识,是中学生物实施科学方法教育不可缺少的一部分。

参考文献

[1] 陈皓兮,中学生物学教学法[M].北京:北京师范大学出版社,1987.

[2] 孙文霞,沈光华.高中生物新课程中的科学方法教育[J].生物学杂志,2006(12).

[3] 刘蔚华.方法大辞典[M].济南:山东人民出版社,1991.

[4] 向洪.当代科学学辞典[M].成都:成都科技大学出版社,1987.

[5] 涂艳国.论科学教育的基本要素[J].教育研究,1990(9).

[6] 李正福,李春密,邢.物理教学中的科学方法显性教育[J].教育科学研究,2011(1).

[7] 杨寅初.中等学校生物学教学法[M].北京:正中书局,1937.

[8] 陈皓兮,叶佩珉.小学生物教学指导书(人教版)[M].北京:人民教育出版社,1988.

[9] 周美珍.生物教育学[M].杭州:浙江教育出版社,1992.

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第一,根据新课程标准要求,精心设计师生互动、自主探究、合作交流等教学方式,加强STS教育。只有充分激发学生的求知欲,积极调动他们的学习主动性,他们才能真正理解并掌握生物学基础知识,才能活学活用,进一步提高创新思维能力和科学品质。

第二,恰当运用多媒体解决教学难点。如血液循环途径是初中生物教学中的难点,学生理解相对困难,教师可运用多媒体将血液循环的完整途径以动画的形式分步、真实地展示出来。如演示体循环途径,当血液流经全身毛细血管时,可见氧气从毛细血管的血液向外扩散,二氧化碳进入毛细血管的血液中,血液颜色变为暗红。然后同一画面下方出现肺循环途径,当血液流经肺部毛细血管时,同样可以看到血液由暗红变为鲜红的过程。最后,演示血液循环的完整途径,即血液源源不断地反复循环,心脏有节律的收缩跳动,使它们有机结合成为一个整体。这样在形象化与趣味化的教学过程中,学生很容易接收难于理解的知识。

第三,充分挖掘生物科学的成就在生活中运用的实例,提供机会让学生了解现代生物学的进展,了解现代生物技术对人类社会和人们生活的影响。如袁隆平的杂交水稻、克隆羊多利、转基因产品“生物圈二号计划”等等,激发了学生学习生物学的兴趣,从而实现基础知识教育和培养学生良好科学品质相统一。

二、重视观察和实验教学,形成科学的研究过程和方法

研究生物学的基本方法之一就是观察和实验。辨认生物的种类,认识生物的形态结构,了解生物的生理机能和遗传变异的规律等都需要观察和实验。学生只有通过自己动手“做”科学,才能养成实事求是的科学精神和科学态度。因此,在观察和实验时教师应做到:

1.根据实际确定教学目的和重点,一次解决一个问题。如观察植物的根尖,把观察成熟区的根毛作为重点,纠正学生把细小的根认为是根毛的误解。

2.要做好充分的准备,注意实验效果。如观察花的结构时,桃花已经开过,必须在桃花开的时候准备浸渍标本,或者选用金丝桃、油菜花等代替。

3.注意引导学生积极思考,使感性认识上升为理性认识。如把树枝插在红墨水里,一段时间后取出,切段让学生先观察横切面,辨认木质部,再观察木质部的纵切面,最后引导学生结合木质部的构造思考,使学生明白导管有输导水分的功能,进一步了解植物导管的输导作用。

4.可改验证性实验为探究性实验,让学生在动手操作、尝试分析中体验科学研究的过程。这样不仅使学生初步掌握了科学研究的方法,也有助于学生对生物学知识的理解。

三、加强生物科学史教育,培养学生的科学精神

生物教学中还必须注重科学史学习。以史为鉴,使学生从科学史中感受到活生生的人对真理的热爱与锲而不舍的追求。如通过介绍袁隆平为了探索杂交水稻的奥秘而每天蹲在稻田里反复实践、观察研究,创造出自然界从来没有的植物新品种的艰辛历程,让学生从具体的事例中领悟科学精神的真谛。又如,介绍生物科学进化论的创立者达尔文在进行了艰苦的科学考察和研究的基础上,花了20年的时间,才完成了划时代的巨著--《物种起源》,创立了以自然选择为中心的生物进化科学理论。同时,向学生介绍我国澄江生物化石群的发现对达尔文进化论的冲击,让学生明白现有的许多理论和学说并不是唯一正确的,有待我们进一步探索并加以完善。所以,教师应从学生的认知水平出发,选取适当的史料,让学生了解科学家是怎样进行探究活动的,认识到科学的进步凝聚着无数科学家的心血,也让学生体会到科学研究需要顽强的毅力、聪明的才智以及通力协作,才能取得最后的成功。

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2.生物能力目标。生物能力素养中既有进行生物科学研究的基本能力――观察能力、实验研究能力、实践活动能力,更有学生终身发展所需要的探究性学习能力或自主学习能力。

(1)观察能力。观察是学习生物学的重要手段,也是获得生物学知识的首要步骤。科学研究中问题的提出和假设是通过仔细观察产生的,结论也是从实验过程中精细、系统的观察获得的,参观访问、调查研究等各种生物学实践活动需要大量的观察与分析。观察为各种思维活动提供丰富的感性材料,因此,生物学教学中必须重视对学生正确客观而敏锐的观察力的培养。

(2)实验研究能力。生物学是一门实验性很强的科学,生物学实验是验证和获取生物学知识、技能,发展思维力的重要手段。生物学实验能力包括:从实验中获取知识的能力,实验技能整体化运用的能力,具有运用实验寻求解答的能力。

(3)实践活动能力。实践活动能力主要是指理论联系实际的能力,即与自然界生活、工农业生产、医学及各种社会实践联系的能力。包括:能正确地把生物学概念、原理、规律知识运用于现代生产生活、实验中去,特别关注传统知识的现代拓展。如分析解释说明光合作用原理在现代农业生产技术中的应用;更强的实践能力还表现在能将中学的生物学及其他学科知识综合运用到解决某一实际问题的过程中去。如运用所学的生物学、物理、化学、地理与数学等多学科的简单综合性知识,共同解决环境治理、能量开发利用、生物种群分布等问题。

(4)探究性学习的能力。生物学的各种观察、实验、实践活动使学生获得知识、技能的同时,分析、比较、判断与综合概括等思维能力也得到长足的发展,这是学生进行探究式学习的能力基础。探究式学习的过程离不开大量的观察、实验、调查研究及各种思维活动,是知识与科学方法相结合的训练,是多种能力整体性运用的创新活动。在培养提高学生观察能力、实验能力、实践活动能力的基础上,发展学生探究式学习能力与自主学习能力,这是当今教学改革发展的必然趋势。

3.思想情感与价值观方面的目标。在生物科学的知识素养与能力素养的培养过程中,经常渗透思想情感及价值观的教育,这是学生全面发展与社会发展所需要的。如,在知识与能力培养中渗透辩证唯物主义发展观、树立人与自然和谐相处、可持续发展的思想观念,培养爱祖国、爱家乡的情感,培养热爱生物科学、乐于探索生命的奥秘、具有良好的科学探究精神、创新精神、与人合作的精神、实事求是的科学态度,培养具有良好的生活和卫生习惯、进行体育锻炼的积极性,积极向上的生活态度等。

二、生物科学素养培养的原则

现代认知结构理论认为,学习是学生自己建构知识的过程,因而特别强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构。所以,教师应以学生的生活经验和兴趣为中心,精心设计能引起每个学生思索的问题,学生有了自己感兴趣的问题,才能主动探索,才能在问题探索中培养学生灵活掌握和运用概念、原理的能力,分析问题和解决问题的能力,才能逐渐提高学生的科学素养。

1.全面性原则。生物科学素养的内涵包括三个方面:生物科学知识、科学探究的方法和情感态度与价值观。而传统的生物教学过于注重知识的授受,轻能力的培养和情感态度与价值观的形成。《普通高中生物课程标准》要求我们构建知识、能力和情感态度与价值观三个维度的科学教育体系。

2.全体性原则。面向全体学生,培养提高每一个学生的生物科学素养,是新课程的基本理念之一,也是生物新课程教学的基本要求。另一方面,现在高中生物课程的设计也使满足不同层次的学生多样化需求成为可能。高中生物课程分为必修和选修两个模块。必修模块是生物科学的核心,同时也是现代生物科学发展最迅速,应用最广泛,与社会和个人生活关系最密切的领域。所选内容能够帮助学生从微观和宏观两个方面认识生命系统的物质和结构基础、发展和变化规律,以及生命系统中各部分间的相互作用;选修模块有助于拓展学生的生物科技视野,增进学生对生物科技与社会关系的理解,提高学生的实践和探究能力。

3.基础性原则。知识是发展能力的载体。知识性内容与基本概念、基本原理的相关性越高,实现迁移的可能性就越大,其时效性就越长久,对学生学习和发展的价值就越大。生物教学内容应符合学生知识基础和认知结构特点,注意基本概念和基本原理有关的教学内容,忌盲目拔高,避免导致学生的厌学情绪。

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2 细胞生物学教学中培养科学素养的意义

细胞生物学是生物学类及农林医药类本科生一门必修的专业基础课,是现代生命科学的前沿分支学科之一,它是以细胞为研究对象,从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。细胞生物学是一门承上启下的学科,和分子生物学一起同是现代生命科学的基础,并广泛渗透到遗传学、发育生物学、生殖生物学、神经生物学和免疫生物学等的研究中,和农业、医学、生物高新技术的发展有密切的关系,是生命科学的重要支柱之一,在解决人类面临的重大问题、促进经济和社会发展中发挥重要的基础作用。同时,细胞生物学又是一门实践性很强的学科,重要理论与实践密切地联系着。随着生命科学自身和生物产业的快速发展,对生命科学相关领域创新型人才的需求也在不断增加。由此可见,细胞生物学课程中科学素养的培养对于建立与其专业层次、研究方向相符合的细胞生物学知识构架体系,培养和锻炼学生的科学思维能力具有非常重要的作用。

3 细胞生物学教学中如何培养学生的科学素养

细胞生物学作为生物学类及农林医药类的一门专业基础课程,在培养学生的科学素养方面,具有举足轻的重要作用。然而,科学素养的提高不是一朝一夕之功,教师应始终将其贯穿于自己的教学之中。如何在细胞生物学教学中培养和提高学生的科学素养,以下是笔者的一些想法和体会。

3.1 加强课堂教学中的“生活化”融合

  细胞生物学的知识理论性强,内容抽象深奥、难于理解,教师可以试将抽象的内容与日常生活相联系,使学生有此联想起有趣的、熟悉的生活场景或事物,这不仅使抽象的内容具体化和动态化,使其容易理解,而且激发了学生的探究欲望和学习兴趣。例如讲解“蛋白质的分选”时,引导学生由细胞社会联想到人类社会。细胞中的各种蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种膜区和组分,只有当蛋白质各就各位并组装成结构和功能复合体,才能参与细胞的各种生命活动。这就好比在人类社会中,各专业的毕业生只有找到适合其自身特点的工作岗位才能发挥所长。总之,运用发散性思维,尽可能地将细胞生物学抽象的理论知识与生活实际联系起来,并配合以多媒体辅助手段,使抽象的内容变得形象生动,易于理解掌握。

3.2 侧重教学内容的前沿性和新颖性

细胞生物学发展极为迅速,随着科学家们研究成果的不断涌现,其内容处在不断更新的动态过程中。因此,教师在教学过程中,要注重联系学科的前沿和热点,讲述较先进的科学结论,跟踪国际上最新进展。此外,教师在注重教学的同时,宜以科研并举,以科研引导和促进教学;教学与培养科学研究型人才紧密结合;教学内容与最新科研进展同步,使学生在正确掌握细胞生物学基础上学会解决与之相关的科学研究问题。如将教师的主要科研成果与基础理论教学有机结合,结合教学内容介绍自己的科研成果,这样既生动又贴切,学生又很熟悉,使学生获得学习的兴趣和动力,亦可以启发学生的创新思维能力,培养学生的科研钻研精神。

3.3 增加细胞生物学实验综合性和设计性实验的比例

综合性实验注重知识的综合运用,实验原理和方法步骤较为复杂,可以使学生更好地理解实验原理,正确使用仪器设备,锻炼学生综合分析问题的能力;设计性实验是指学生根据实验项