例談核心素養(yǎng)導(dǎo)向下人教版高中生物新教材中的科學(xué)方法 論文

例談核心素養(yǎng)導(dǎo)向下

人教版高中生物新教材中的科學(xué)方法摘要：目前，各省市陸續(xù)開(kāi)始使用人教版高中生物新教材。人教版高中生物

新教材相對(duì)于舊版教材而言，對(duì)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)方面有了更高的要求。生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任是核心素養(yǎng)的重要組成部分，其中科學(xué)

i探究在學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)的過(guò)程中扮演著尤其重要的角色。本文在深入研究

人教版新教材的基礎(chǔ)上，淺析核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中生物新教材中的科學(xué)方法，旨在利用新教材中的科學(xué)方法更高效地提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：高中生物學(xué)教學(xué)，科學(xué)探究，新教材，科學(xué)方法引言：相比較于舊版教材，新版教材對(duì)科學(xué)方法內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)增添和更新，

并把該內(nèi)容編排在教材的“科學(xué)方法”欄目中。人教版新版教材必修模塊中共有10多處科學(xué)方法的介紹，不管是數(shù)量還是詳細(xì)程度超過(guò)舊版的生物教材?？茖W(xué)方法

這一板塊在新教材中占據(jù)較大的篇幅，在新課程改革的背景下，新教材不管是在編寫(xiě)內(nèi)涵還是在編寫(xiě)思路上都發(fā)生了較大的轉(zhuǎn)變。我在充分研讀了新教材之后，

對(duì)高中生物學(xué)新教材中的科學(xué)方法進(jìn)行了如下總結(jié)，希望學(xué)生能夠在高中生物學(xué)的學(xué)習(xí)當(dāng)中更系統(tǒng)高效的掌握這些科學(xué)方法。

一、歸納法歸納法是生物學(xué)家在進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)頻繁使用的一種科學(xué)方法，分為完全歸

ii納法和不完全歸納法兩種。例如：根據(jù)部分動(dòng)物有細(xì)胞核得出動(dòng)物細(xì)胞都有細(xì)

胞核的結(jié)論，這樣一個(gè)過(guò)程就是運(yùn)用了不完全歸納法。如果是在觀察了所有動(dòng)物細(xì)胞的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)它們都有細(xì)胞核，最終得出動(dòng)物細(xì)胞都有細(xì)胞核的結(jié)論，這

就是完全歸納法。事實(shí)上，想要觀察完所有的動(dòng)物細(xì)胞，是一件操作起來(lái)特別困難的事情，那

也就意味著客觀上我們不能夠使用完全歸納法去解決這一問(wèn)題，所以在科學(xué)研究的過(guò)程當(dāng)中不完全歸納法是非常受歡迎的科學(xué)方法。由不完全歸納法得出的結(jié)論

很多時(shí)候是比較可信的，因此可以幫助我們對(duì)科學(xué)研究的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)和判斷。但是要注意的是，這種方法也有一定的弊端。例如通過(guò)觀察到部分動(dòng)物有細(xì)胞核

等一系列事實(shí)，運(yùn)用不完全歸納法總結(jié)出動(dòng)物細(xì)胞都有細(xì)胞核的，這一結(jié)論就是錯(cuò)誤的，因?yàn)椴皇撬械膭?dòng)物細(xì)胞都有細(xì)胞核，如哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞。這就

警示我們?cè)谶\(yùn)用不完全歸納法進(jìn)行科學(xué)探究的同時(shí)需要注意例外情況。新教材中關(guān)于“科學(xué)方法——?dú)w納法”的介紹，有利于學(xué)生更深入的理解和掌握歸納法這

種科學(xué)方法，從而實(shí)現(xiàn)舊知識(shí)在新情境中的有效遷移。二、提出假說(shuō)

科學(xué)家們?cè)谏锬そY(jié)構(gòu)的探究過(guò)程中遇到了很多的困難，其中有一位科學(xué)家羅伯特森，他用電子顯微鏡去觀察細(xì)胞膜，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜總體分為暗—亮—暗的

三層。在當(dāng)時(shí)的時(shí)代背景下，根據(jù)已經(jīng)掌握的知識(shí)和實(shí)驗(yàn)證據(jù)，羅伯特森首次提出了關(guān)于細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)的“三明治”模型，他認(rèn)為暗的部分是脂質(zhì)，亮的部分是

蛋白質(zhì)，同時(shí)他把細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)表述為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。羅伯特森提出細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型時(shí)運(yùn)用的科學(xué)方法就是提出假說(shuō)。但是后來(lái)很多科學(xué)家對(duì)這一模型提出質(zhì)

疑，因?yàn)檫@個(gè)靜態(tài)的統(tǒng)一模型無(wú)法解釋細(xì)胞吸水脹破和失水皺縮的現(xiàn)象，也無(wú)法解釋吞噬細(xì)胞吞噬細(xì)菌以及變形蟲(chóng)的變形運(yùn)動(dòng)等一系列已經(jīng)存在的生命現(xiàn)象，因

此羅伯特森的假說(shuō)被推翻了。后來(lái)的科學(xué)家根據(jù)進(jìn)一步的觀察與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行修正和補(bǔ)充，最終由辛格和尼克爾森提出了被大多數(shù)人所接受

的流動(dòng)鑲嵌模型。我們?cè)谑褂锰岢黾僬f(shuō)這種科學(xué)方法進(jìn)行探究的時(shí)候，提出的假說(shuō)不能是憑空

想象出來(lái)的，應(yīng)該是根據(jù)我們已經(jīng)掌握的相關(guān)背景知識(shí)和通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出來(lái)的符合實(shí)際情況的假說(shuō)。至于提出來(lái)的假說(shuō)能否被大部分人所接受，取

決于它能否經(jīng)受住后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢驗(yàn)。三、建構(gòu)模型

新版生物學(xué)教材在正文及“探究·實(shí)踐”、“科學(xué)方法”、“思考·討論”、“思維訓(xùn)練”、“練習(xí)與應(yīng)用”、“復(fù)習(xí)與提高”等多個(gè)欄目中都非常注重對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維進(jìn)行系

統(tǒng)性訓(xùn)練。在生物學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中，很多時(shí)候通過(guò)建立模型可以更容易的去理解一些重難

點(diǎn)，有的是通過(guò)實(shí)物等具體化的手段來(lái)表達(dá)而有些是通過(guò)比較抽象的形式來(lái)表達(dá)的。學(xué)生利用塑料片和細(xì)鐵絲制作出來(lái)的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型屬于物理模型，

它直觀地體現(xiàn)了DNA分子結(jié)構(gòu)的顯著特征；運(yùn)用廢棄品制作出來(lái)細(xì)胞膜的模型也屬于物理模型（圖1），它可以形象展現(xiàn)出細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，方便學(xué)生記憶

和理解。咱們?cè)诳偨Y(jié)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候經(jīng)常會(huì)畫(huà)概念圖（圖2），這屬于概念模型。概念模型可以很清晰地展現(xiàn)出各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，幫助我們更好的理解和

記憶生物學(xué)瑣碎的知識(shí)點(diǎn)，這樣我們就可以逐步建立起系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖1

圖2

在高中生物學(xué)學(xué)習(xí)中比較常見(jiàn)的還有數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式多種多樣，如圖表、曲線圖、數(shù)學(xué)公式等。其實(shí)在細(xì)胞分裂這一模塊中我們經(jīng)常見(jiàn)到的

柱狀圖和折線圖就屬于數(shù)學(xué)模型，很多情境下，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型解決生物學(xué)問(wèn)題更符合理科學(xué)生的思維方式。

四、控制變量和設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中會(huì)存在很多種可變化因素，這些能夠變化的因素就是變量，變

量有無(wú)關(guān)變量、自變量和因變量三種。例如在“探究光是否是植物光合作用的必要條件”這一實(shí)驗(yàn)中，自變量為是否有光照，因變量是植物是否進(jìn)行光合作用，

無(wú)關(guān)變量是處理時(shí)間、溫度、植物的大小和生理狀況等。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)者要保證除了自變量不同之外，無(wú)關(guān)變量要保證相同且

適宜，最終要將實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的結(jié)果進(jìn)行比較，我們把這樣的實(shí)驗(yàn)叫做對(duì)照實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)類題目當(dāng)中，學(xué)生往往難以分辨實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。根據(jù)我以往的歸納

和總結(jié)，對(duì)照組有兩個(gè)判斷的標(biāo)準(zhǔn)：一是正常條件下的是對(duì)照組，例如在“探究光是否是植物光合作用的必要條件”這一實(shí)驗(yàn)中有分為兩個(gè)組，有光一組和無(wú)光

一組，在正常情況下，植物應(yīng)該是可以接觸到光照的，所以在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，有光一組為對(duì)照組，無(wú)光一組為實(shí)驗(yàn)組，由于該實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組沒(méi)有作其他任何處理，

我們把這樣的對(duì)照組叫做空白對(duì)照。但是在很多實(shí)驗(yàn)中無(wú)法分辨什么是正常條件，例如“探究A酶的化學(xué)本質(zhì)是否是蛋白質(zhì)”這一實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們

需要設(shè)置兩個(gè)組別，組1是用蛋白質(zhì)溶液和雙縮脲試劑反應(yīng)，組2是用A酶和雙縮脲試劑反應(yīng)。這種情況下，我們是無(wú)法區(qū)分哪一組是正常條件下的組別，這

時(shí)候第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就不能幫助我們進(jìn)行判斷了，我們此時(shí)就需要參照第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：在實(shí)驗(yàn)結(jié)果未出來(lái)之前就已經(jīng)知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是對(duì)照組。蛋白質(zhì)中含有較多的肽

鍵，可以與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng)，所以在未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，我們就可以判斷出組1會(huì)出現(xiàn)紫色反應(yīng)，所以組1是對(duì)照組。用A酶和雙縮脲試劑反應(yīng)的組2，

因?yàn)槭翘骄繉?shí)驗(yàn)，不知道該酶的化學(xué)本質(zhì)是否是蛋白質(zhì)，結(jié)果是不確定的，所以組2為實(shí)驗(yàn)組。

五、對(duì)比實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)這種情況，只有實(shí)驗(yàn)組，沒(méi)有對(duì)照組，

我們把這樣的實(shí)驗(yàn)叫做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果相互對(duì)照得出結(jié)論，形成的對(duì)照類型是相互對(duì)照，因而把對(duì)比實(shí)驗(yàn)又叫做相互對(duì)照實(shí)驗(yàn)。對(duì)比實(shí)驗(yàn)也是科學(xué)探究

當(dāng)中常用的方法之一。在新版生物教材“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式中”這一實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置了兩組

實(shí)驗(yàn)來(lái)探究酵母菌在有氧和無(wú)氧條件下的呼吸產(chǎn)物，兩組都進(jìn)行了相應(yīng)的處理，甲組不間斷地通入空氣，乙組裝置緊閉以創(chuàng)造無(wú)氧的環(huán)境。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果出來(lái)之前，

這兩組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是不知道的，故這兩組都是實(shí)驗(yàn)組，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

六、假說(shuō)演繹法在人教版新教材《生物學(xué)·必修2·遺傳與進(jìn)化》這本書(shū)中，不管是孟德?tīng)?/p>

的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)還是摩爾根尋找基因在染色體上的證據(jù)都運(yùn)用了假說(shuō)演繹法。假說(shuō)演繹法一般分為五個(gè)步驟：觀察現(xiàn)象提出問(wèn)題>作出假說(shuō)>演繹推理>實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證>

iii得出結(jié)論。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果保持一致，則提出的假說(shuō)就是正確的，從

而得出相應(yīng)的結(jié)論。與此相反，若實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果是不一致的，那就說(shuō)明假說(shuō)是不合理的，則需要重新作出新的假說(shuō)。孟德?tīng)栐趯?duì)豌豆的高莖與矮莖這一對(duì)

相對(duì)性狀研究的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)子一代總是高莖的，子二代中總是出現(xiàn)高莖：矮莖=3:1的比例。于是他在觀察和統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，提出了四點(diǎn)假說(shuō)，緊接著設(shè)計(jì)測(cè)交

實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行演繹推理，同時(shí)對(duì)F1代的高莖豌豆進(jìn)行測(cè)交，對(duì)測(cè)交結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)交后代中高莖：矮莖的比例為1：1，這與預(yù)期結(jié)果

是相符的，說(shuō)明孟德?tīng)栕鞒龅募僬f(shuō)是正確的，由此得到了分離定律。在“探究DNA復(fù)制方式”的實(shí)驗(yàn)中，教材當(dāng)中首先設(shè)置討論題，讓學(xué)生運(yùn)

用演繹推理來(lái)分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程，完成半保留復(fù)制和全保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)預(yù)期，后來(lái)展示生物學(xué)家做的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)預(yù)期是相符合的，由此

證明了DNA的復(fù)制方式是半保留復(fù)制，這個(gè)探究過(guò)程運(yùn)用的科學(xué)方法就是假說(shuō)演繹法。

七、自變量控制中的加法原理和減法原理在舊版教科書(shū)中“肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)思路是分別將提純出來(lái)

的S型細(xì)菌的DNA、蛋白質(zhì)、莢膜多糖等與

R型細(xì)菌混合培養(yǎng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較就可以判斷是是哪種物質(zhì)使R型細(xì)菌發(fā)生了轉(zhuǎn)化。與正常狀態(tài)相比較，每一

個(gè)實(shí)驗(yàn)組都人為地增加了某種影響因素的方法叫做“加法原理”。同樣在“探究不

同酸堿度對(duì)酶活性影響”的實(shí)驗(yàn)中，與對(duì)照組相比較，實(shí)驗(yàn)組分別增加了酸性溶液、堿性溶液等處理，也運(yùn)用了加法原理這種科學(xué)方法。

本著更尊重科學(xué)史的原則，新版教科書(shū)中對(duì)“肺炎鏈球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行了大幅度修訂：在艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組利用加酶水解

的方法特異性地去除了一種物質(zhì)，最后鑒定出DNA是遺傳物質(zhì)。與正常狀態(tài)相比較，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)組都人為地減少了某種影響因素的方法叫做“減法原理”。

綜上所述，新教材單獨(dú)列出一個(gè)欄目歸納和總結(jié)了科學(xué)研究當(dāng)中比較常見(jiàn)的科學(xué)方法，這樣學(xué)生在使用新教材進(jìn)行生物學(xué)學(xué)習(xí)的過(guò)程中就能夠準(zhǔn)確把握科學(xué)

研究的一般程序，從而為以后的科學(xué)探究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。身為教育工作者，我們不能被老教材和既得經(jīng)驗(yàn)所束縛，應(yīng)當(dāng)盡快建立起新的教學(xué)知識(shí)體系。我們要

注重對(duì)生物科學(xué)方法模塊內(nèi)容的學(xué)習(xí)，努力提高自身專業(yè)素養(yǎng)，科學(xué)的利用科學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用并積極參與科學(xué)實(shí)踐，解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題。

參考文