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論生物科學實驗對於科學素質培養的重要性

論生物科學實驗對於科學素質培養的重要性

生物科學實驗是以認識生命運動的本質和規律為目標的實踐。它不是盲目的行為,而是在理性指導下的變 革現實的實踐活動。在每一個實驗的過程中,從實驗意念的產生到實驗方案的設計,從實驗結果的分析到實驗 報告的完成,每一步都有思維活動,每一步都是思維的結果。所以,生物科學實驗有利於把學生帶入發現問題 的情境,使學生在分析實驗問題之中和在解決實驗問題中鍛鍊思維能力。

科學的思維能力是科學素質的重要方面,而科學素質的培養又是全面實現素質教育的重要內容。本文結合 初中生物實驗關於培養學生的思維能力問題談幾點看法。

一、啟發學生的思維積極性

興趣是思維活性的觸發劑,求知的需要是學習動機的基礎。當學生對某個問題發生興趣時,就會圍繞著這 個問題積極地思考起來。但是,單純由“實驗”表面的“魅力”所引起的,只是直接的興趣,如果沒有更深層 次內涵的吸引,維持不了多久。要想保持學生持久的興趣,就要善於“創造”種種誘因。比如,從生產實際和 學生生活實際引出實驗課題,不斷明確實驗目的意義,不斷提出有趣而又有思考性的問題引起學生思考,等等 。透過這些手段,及時地把學生的直接興趣發展為間接興趣。

思維總是在觀察和解決問題的過程中進行的。當一個人產生必須排除困難的需要,或要了解某一問題時, 思維就活躍起來。實踐證明,有意識地創設發現問題的情境是引導學生積極思維的好方法。我們要善於利用實 驗中的[觀察與思考]、[討論]等欄目中的問題,以及在輔導實驗的教學中用有啟發性的問題巧妙地引導和 調動學生思維的積極性。

二、幫助學生掌握科學研究的基本過程

科學思維方法的首要問題是明確科學研究的基本過程,即解決問題的程式。

例如,〈觀察鼠婦活動〉的實驗設計思路。

首先,透過觀察發現問題。為什麼在花盆下、石塊下等處容易找到鼠婦?這些地方有什麼特點?

其次,提出假設(對發現的問題大膽提出猜測和解釋)。

1.鼠婦的活動可能與光照條件有關。

2.鼠婦的活動還可能和水分,以及其它外界因素有關,等等。

第三步,設計實驗,驗證假說。在這個階段,實驗的目的任務、方法、材料、裝置等等都是根據假設來確 定的。所以,實驗的理論依據主要是假設(當然還有賴於學生對有關科學知識的掌握情況)。

1.先檢驗“光照”對鼠婦活動有無影響。

2.為了消除無關變數的干擾,突出自變數,找出自變數和因變數的因果聯絡,必須創造一個除“光照”以 外其它條件均相同的、只有明暗兩處相通的場所。把一定數量的鼠婦放在其中,觀察鼠婦在明暗兩處的數量分 布情況。

第四步,分析、討論實驗結果,推導結論驗證假設的真偽。

透過“鼠婦實驗”,要幫助學生感受和理解科學研究的基本過程:問題→假設→實驗→結論。初中所有的 生物實驗幾乎都體現了這條思路,這裡不再重複。

需要說明一點,科學的“假設”絕不是無根據的憑空捏造,而是要有科學根據的。這種根據來源於頭腦中 已有的知識,或者來源於別人的研究成果,或者來源於對客觀實際的觀察。例如,在研究“消化”的實驗裡所 提出的假設:“細胞膜只能透過小分子物質,食物中的大分子物質必須先變成小分子物質才能透過細胞膜。” 這個假設的理論根據是:①人和動物都是由細胞構成的;②生活的細胞需要從外界吸收營養物質;③營養物質 是透過細胞膜進入細胞裡的;④人和動物的營養物質來源於食物;⑤食物營養成分中有大分子物質。透過生物 實驗使學生理解科學研究的基本過程,經過反覆訓練,完全可以把這種思考問題的程式內化為學生的思維習慣 。

三、訓練學生的思維操作技能

思維操作技能包括分析、綜合、比較、抽象和概括等幾個步驟。在生物實驗中要實現對某生命現象的本質 和規律的認識,就要對實驗中的感性材料進行一系列的思維操作才能實現。

首先,是對要研究的事物進行分析。根據系統論的觀點,任何一個生命體或一種生命現象都是由部分、層 次、要素組成的開放的有序整體。對於這樣一個整體如果囫圇吞棗地研究是無法進行的。只有將其分解,才能 一部分一部分地研究,深入其內部,發現其本質。在頭腦中把整體分解為部分而進行逐個研究的過程就是分析 。比如,在研究“影響鼠婦活動的外部條件”時,必須先把“外部條件”分析成光、水、化學物等單個因子, 然後逐一考查和鼠婦活動的關係;在研究“光合作用”時,也是將其分解為原料、條件、產物幾部分,而這每 一部分又是由次一級的成分組成。為了便於研究還須進行更深層次的分解。所有的科學實驗都離不開分析。

綜合,在頭腦中把生命體的各部分,把生命現象的各個方面和屬性聯合起來,形成對生命體和生命現象整 體的認識,這就是綜合。比如在瞭解了細胞膜、細胞質、細胞器、細胞核等構造之後,再把它們聯合起來就形 成了一個完整的生活的細胞的概念。分析和綜合是相反相成、緊密聯絡的對立統一的關係。它們是思維活動的 基礎。

比較,是把生物各部分構造、功能和某些屬性加以對比,並確定它們之間的異同點。這就為進一步認識生 命的'本質和規律、進行抽象和概括打下基礎。例如,比較各種細胞在形態構造、功能等方面的相同點和不同點 ,比較各種種子的構造,比較澱粉酶在不同條件下對澱粉的作用情況,等等,這些都是比較的過程。

抽象和概括,是找出各種生物體或各種生命現象中國共產黨同的本質的屬性,或找出各部分構造之間,功能與構 造之間,生物與環境條件之間的因果關係,而拋開次要的、非本質屬性和非因果的偶然聯絡。並且,把抽象出 來的本質屬性,必然聯絡加以綜合形成概念和判斷,達到對生物現象的本質和規律的認識。比如,在研究了植 物的各種花之後,捨去顏色,形狀等次要屬性而抽取出都有“花蕊”及擔負“有性繁殖”功能這兩個最本質的 特徵,形成花的一般概念,這就是對花的抽象和概括。

分析、綜合、比較、抽象和概括等在同一次思維活動中都是共同參與,緊密結合。一般說來,分析、比較 、綜合是抽象和概括的基礎,而抽象和概括是思維的核心。只有透過抽象和概括才能認識事物的本質和發展規 律,形成概念和原理,從而達到對事物理性的認識。

四、培養學生思維的邏輯性

思維的邏輯性主要指能正確運用概念、判斷、推理的形式進行思維和表達思維的結果。在實驗過程中,學 生透過觀察獲得大量具體的、形象直觀的感性材料,對這些材料經過思維,抽象和概括出各種生命現象的本質 屬性和必然聯絡,再以概念、判斷、推理的形式表達出來或貯存起來。生物學中的各種基本概念、規律、原理 等都是概念、判斷、推理的具體體現。這些就構成了生物學的知識體系。

生物學的基本概念和概念體系是生物科學知識的基礎,所以,我們必須重視基本概念的教學。但是,應該 讓學生自己透過“勞動”取得這些概念,讓學生透過實驗、觀察、思考形成這些概念,並且能夠用科學的語言 把它們表達出來。堅持讓學生給概念下定義,讓學生推導實驗的結論,實際上是訓練了學生思維的邏輯能力。

生物實驗中經常用到的推理方法主要有歸納推理和演繹推理。這就為培養學生的推理能力創造了有利條件 。

歸納法是從個別事例概括出一般原理的思維形式。它一般又分為完全歸納、簡單列舉法和因果歸納。簡單 列舉法在中學生物實驗中是普遍存在的。比如,一個鼠婦喜暗怕光,二個鼠婦喜暗怕光,……,從多數的鼠婦 喜暗怕光,歸納出所有的鼠婦都喜暗怕光。再比如,花、種子等許多生物學概念均是簡單列舉歸納推理的結果 。

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nbsp;因果歸納可有求同法、求異法和剩餘法等多種形式。這些方法在設計生物實驗時都有所應用。例如在光合 作用實驗中就應用了求異法。求異法是研究現象(a)和條件(A)的因果聯絡。如果當A存在的場合a現象也出 現,當A不存在時a也不出現,則可歸納出a與A有因果聯絡。光合作用和“光照”條件的關係推理如下表: 處理 光(A) 其它條件(B) 光合作用(a) ①光照 √ √ √ ②遮光 × √ × 結論 光合作用與光照條件有關

演繹推理,是從一般原理到特殊事例的推理。它有三種類型,其中以“三段論”應用最為廣泛。比如,檢 驗光合作用產物之一——澱粉就應用了“三段論”的思維形式。

大前提 所有遇碘變藍的物質都是澱粉,

小前提 如果光合作用產物之一遇碘變藍,

結論 那末,光合作用產物之一就是澱粉。

演繹和歸納是科學研究的兩種基本方法。在同一次科學探索中,二者是相輔相成地緊密聯絡著的。但是, 二者又有區別:①歸納是始於觀察提出假設,演繹是始於假設提出推斷;②歸納是從特殊到一般,演繹是從一 般到特殊;③歸納是發現,演繹是證實。

培養學生的思維能力,要充分開發生物實驗中的有利因素,明確目標,堅持訓練,訓練要得法,教會思維 方法,化成能力,注重實效