高中生物教材中的科学研究方法

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  【摘要】科学研究的方法在国外科学教育中占有重要地位,它是科学素养的重要成分之一。在学科教学中渗透科学研究的方法,可以转变学生接受性的学习方式为探究性、自主性的学习方式。因此,在我国新一轮的课程改革文件中、教学文本中得多次强调与渗透。本文列举了高中生物必修教材中的科学研究方法,以供参考。
  【关键词】生物教材 科学 研究 方法
  生物科学作为一门实验科学,其核心是在一系列的科学研究方法论和具体实验技术指导下的认知活动。对科研方法的教学受到世界各国教育工作者的关注。美国《国家科学教育标准》中把科学过程与方法看成一个系统,是指一系列的相互联系的科学家普遍使用的研究方法和程序[1]。我国的基础教育课程改革强调科学探究,强调让学生亲历科学,在体验中学习,例如在《普通高中生物课程标准》中,明确四个基本理念包括个方面:提高生物科学素养;面向全体学生;倡导探究性学习;注重与现实生活的联系。在高中生物教学中渗透科学研究方法教育是贯彻新课程基本理念的重要内容,也是落实新课程理念的基础[2]。在此基础上编写的普通高中生物教科书中,涉及到很多经典的生命科学研究方法,总结如下:
  一、一般研究方法
  “归纳——演绎法”:通过很多的个别规律总结出一更加一般的规律,在由该规律演绎出新规律并进行检验的方法。这是科学研究的重要方法之一。细胞学说的建立就是该方法运用的典型。
  “假说——演绎法”:在观察和分析基础上提出问题以后,通过推理和想象提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符,就证明假说是正确的,反之,则说明假说是错误的。例如孟德尔遗传规律的发现过程。
  “类比推理法”:这是科学研究中常用的方法之一。例如,萨顿的推理,也是类比推理。他将看不见的基因与看得见的染色体的行为进行类比,根据其惊人的一致性,提出基因位于染色体上的假说。应当注意的是,类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性,其正确与否,还需要观察和实验的检验。
  “模型方法”:模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述,这种描述可以是定性的,也可以是定量的;有的借助于具体的实物或其他形象化的手段,有的则通过抽象的形式来表达。模型的形式很多,包括物理模型、概念模数学模型等。以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征,这种模型就是物理模型。沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模型,就是物理模型,它形象而概括地反映了所有DNA分子结构的共同特征。种群增长中的J型增长的方程:Nt=N0λt就属于数学模型,是高中生物里少有的用数学方法解决生物问题的典型。
  二、一般实验方法
  “提出假说”:膜的成分和结构的初步阐明,最初都是先根据实验现象和有关知识,提出假说,而不是通过实验观察直接证实的。假说的提出要有实验和观察的依据,同时还需要严谨的推理和大胆的相像。假说需要通过观察和实验进一步验证和完善。
  “控制变量法”:实验过程中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称做自变量,随着自变量的变化而变化的变量称做因变量,除自变量外,实验过程中可能还会存在一些可变因素,对实验结果造成影响,这些变量称为无关变量。除了一个因素以外,其余因素都保持不变的实验叫做对照实验
  三、生物学具体研究方法
  “显微观察法”:显微镜的使用促使了现代生物学的快速发展,也许它是生物学研究中最重要的工具,通过各种显微镜及染色技术,人们对生命的微观结构和过程有了深刻的理解。
  “差速离心法”:将细胞膜破坏后,形成由各种细胞器和细胞中其他物质组成的匀浆;将匀浆放入离心管中,用高速离心机在不同的转速下进行离心,利用不同的离心速度所产生的不同离心力,就能将各种细胞器分离开,从而研究细胞内各种细胞器的组成成分和功能。
  “同位素标记法”:同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物,化学性质不会改变。科学家通过追踪同位素标记的化合物,可以弄清化学反应的详细过程。有了该技术,人们可以分析微小的细胞能发生的化学反应,它是生物化学研究中最重要的技术之一。蛋白分泌过程、卡尔文循环等都是通过它发现的。
  “样方法”:估算种群密度最常用的方法之一,在被调查种群的分布范围内,随机选取若干个样方,通过计数每个样方内的个体数,求得每个样方的种群密度,以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估计值。
  “标志重捕法”:在被调查种群的生存环境中,捕获一部分个体,将这些个体进行标志后再放回原来的环境,经过一段时间后进行重捕,根据重捕中标志个体占总捕获数的比例来估计该种群的数量。是种群密度的常用调查方法之一。
  参考文献:
  [1]成云康.浅谈高中生物教学中的科学研究方法教育[J].中学生物学,2013, 29(8):14-16
  [2]刘凡见.重视科学研究方法教育落实生物新课程理念[J].中学课程资源,2008,30(10)56-58
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