陳秀全 吳光華

生物學(xué)的概念、原理和規(guī)律都是由實驗推導(dǎo)和論證的，所以實驗教學(xué)非常重要。而對于中學(xué)教材中有很多的生物技術(shù)實驗，教師上課時只能根據(jù)其理論性知識進行講解，但是學(xué)生無法形成具體的物化實驗認識，因此在生物教學(xué)中很有必要增加實驗教學(xué)，以提高學(xué)生的探究能力，而要具體來做如細胞核移植、細胞融合等生物科技實驗，那是不可能的，因此新的實驗思想——思想實驗就發(fā)揮了其作用。針對思想實驗，筆者查閱了相關(guān)資料，進行了系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)，并在教學(xué)過程中，把“思想實驗”與生物教學(xué)結(jié)合起來進行了嘗試，發(fā)現(xiàn)效果頗佳，能在一定程度上彌補只有理論無法實驗的生物技術(shù)實踐知識的講授。

1 “思想實驗”的內(nèi)涵

“思想實驗”一詞最早由奧地利科學(xué)家恩斯特·馬赫提出：除有形實驗（physica1 experiments）外，還有在較高理智水平上使用的其他實驗，即“思想實驗”?！八枷雽嶒灐笔怯袆e于真實實驗的一種探索性的理性思維活動。其具體內(nèi)容是使用想像力去進行的實驗，所做的都是在現(xiàn)實中無法做到（或現(xiàn)實未做到）的實驗。生物學(xué)是一門重視實驗的自然科學(xué)，“思想實驗”是提高科學(xué)認識的一種最基本的方法之一。為了克服、超越物化實驗的各種限制，科學(xué)家在自己的認知活動中常常利用思想實驗來解決問題。

沃森和克里克提出的DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是“思想實驗”的典范之一。沃森和克里克當時受到威爾金斯、富蘭克林和鮑林等研究結(jié)果的啟發(fā)，他們用“思想實驗”的方法，假想DNA是三螺旋或是雙螺旋，假想磷酸、脫氧核糖、堿基擺放在不同位置，然后與X射線下的晶體衍射圖相對比，以推導(dǎo)和思辨的方式解決了堿基化學(xué)鍵的匹配和DNA鏈的纏繞問題，最終提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。提醒人們對生命科學(xué)的研究，不僅要忠實記錄實驗室里的客觀現(xiàn)象，更要在主觀的“思想實驗”室里創(chuàng)造性地開展探索。此外，細胞膜流動鑲嵌模型的提出、酶作用的各種學(xué)說、達爾文進化論中的許多觀點的提出等，都是基于“思想實驗”。因此，在生物教學(xué)中采用“思想實驗”教學(xué)很有必要。

2 “思想實驗”在生物教學(xué)中的嘗試

生物教材中有大量知識蘊含有實驗，但是實驗室里不是沒有先進的設(shè)備，就是沒有必備的藥品，因此這些生物科技知識的實驗不能在實驗室中完成操作，筆者運用“思想實驗”與生物知識結(jié)合起來進行教學(xué)，較好地彌補了空洞的理論教學(xué)，在設(shè)計“思想實驗”時與探究性學(xué)習(xí)相結(jié)合，在一定程度上起到培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力的作用。例析如下。

2.1 “細胞核功能”思想實驗的教學(xué)實踐

“細胞核功能”一節(jié)的教學(xué)實驗現(xiàn)實教學(xué)沒法進行，可以通過“思想實驗”來完成，具體操作如圖1所示。

通過這樣的資料分析，就把我們不能用實驗得出的結(jié)論，很簡單很清晰地在學(xué)生大腦留下深刻的印象。

2.2 植物生長素的發(fā)現(xiàn)

植物生長素的發(fā)現(xiàn)，教師也可以通過“思想實驗”來完成教學(xué)，通過演繹經(jīng)典的實驗來引導(dǎo)實驗設(shè)計的思路和方法（圖2）。

這樣環(huán)環(huán)相扣，逐步推進的教學(xué)設(shè)計，收到很好的教學(xué)效果，也讓學(xué)生體會到科學(xué)研究思想的縝密。

“思想實驗”是建立在時間空間等條件的限制，無法在實驗室完成的基礎(chǔ)上，通過實踐發(fā)現(xiàn)“思想實驗”的設(shè)計能增進學(xué)生的交流合作，并且通過思想探究能讓學(xué)生建構(gòu)自己的認知結(jié)構(gòu)，使學(xué)生體驗到學(xué)習(xí)的樂趣。

3 “思想實驗”教學(xué)對學(xué)生能力的培養(yǎng)

經(jīng)過“思想實驗”教學(xué)的嘗試后發(fā)現(xiàn)，“思想實驗”教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生能力方面起到比較重要的作用。

3.1 “思想實驗”能激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維

高中生正處在思維迅速成熟的時期，高中階段形成的價值取向和思維習(xí)慣直接影響了今后創(chuàng)造能力的發(fā)展可能。思想實驗?zāi)芴岣邔W(xué)生的科學(xué)思維水平?？茖W(xué)思維是形象思維和抽象思維、聚合思維和發(fā)散思維、創(chuàng)造性思維和再造性思維、天馬行空的無意想象和受主體意識支配的有意想象之間的最佳結(jié)合。

3.1.1 “思想實驗”的實施能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維

沃森和克里克則從鮑林、威爾金斯、富蘭克林等人的研究結(jié)果中尋找到了確立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的靈感。達爾文更是冒天下之大不韙，提出了自然選擇學(xué)說?？茖W(xué)大師的“思想實驗”，是人類最閃亮的智慧火花。因此，通過對科學(xué)史上經(jīng)典“思想實驗”的學(xué)習(xí)研究，可以幫助學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的各項品質(zhì)，在思想上銳意進取，富于變革。

3.1.2 “思想實驗”的實施能培養(yǎng)學(xué)生的全面發(fā)展思維能力

通過對“思想實驗”思維特征的考察發(fā)現(xiàn)，“思想實驗”是一種理性的思維活動，其推理過程以邏輯法則為根據(jù)，借助對客觀現(xiàn)象和過程之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系的分析，對科學(xué)理論進行證明與反駁?！八枷雽嶒灐崩媒Y(jié)論性知識、概念、原理作為實驗材料，對實驗材料進行操作時，抽象思維占主要部分；在發(fā)現(xiàn)新問題的“思想實驗”中，形式邏輯和辯證邏輯并重；科學(xué)家更是不斷反思自己的思維過程是否存在錯誤和漏洞。因此，對于正處在發(fā)展思維關(guān)鍵時期的高中學(xué)生來說，長期科學(xué)的“思想實驗”訓(xùn)練，有助于系統(tǒng)全面地發(fā)展學(xué)生的思維能力。

3.2 “思想實驗”的實施能促進探究性學(xué)習(xí)

從目的來看，探究性學(xué)習(xí)是學(xué)生以類似或模擬科學(xué)探究的方式進行的一種學(xué)習(xí)。它不是科學(xué)家進行科學(xué)探究，而是在思想、內(nèi)容、過程和方法等方面與科學(xué)探究存在相似性，或者說探究性學(xué)習(xí)模擬了科學(xué)探究活動，因此，教育領(lǐng)域的探究性學(xué)習(xí)是以學(xué)科知識為背景，通過學(xué)生主動的有意義的構(gòu)建知識體系，達到培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力的目的。

從學(xué)習(xí)途徑來看，大部分的探究性學(xué)習(xí)都通過探究性的思維活動獲得知識和結(jié)論。探究性學(xué)習(xí)不一定在實驗室中進行，因為受到學(xué)習(xí)時間、實驗室條件等多種客觀因素的制約。即使在實驗室內(nèi)，如果實驗是按部就班的實驗操作，也沒有多少探究的價值?！八枷雽嶒灐庇捎诰哂休^多的創(chuàng)造性思維參與，幾乎不受時空等客觀實驗條件的限制，從內(nèi)容上看，“思想實驗”的材料多具有較強的探究性，比如以科學(xué)史為背景的“思想實驗”就是科學(xué)家經(jīng)典的探究過程。所以“思想實驗”是實施探究性學(xué)習(xí)的有效而節(jié)省資源的方式。

3.3 “思想實驗”的實施有助于學(xué)生設(shè)計實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)

高中生物教學(xué)中的實驗有別于科學(xué)研究實驗，而更具有“思想實驗”的特點：

（1） 教學(xué)中的實驗不以獲得準確的數(shù)據(jù)和科學(xué)結(jié)論為主要目的，通過實驗教學(xué)更重要的是培養(yǎng)學(xué)生進行科學(xué)探究的能力，培養(yǎng)實事求是的科學(xué)精神，嚴謹創(chuàng)新的科學(xué)思維，以適應(yīng)未來社會生活和滿足終生學(xué)習(xí)的需要。所以，生物教學(xué)中的實驗往往是對科學(xué)實驗的模仿，體驗和學(xué)習(xí)前人創(chuàng)造性地解決問題的智慧和方法，從中汲取營養(yǎng)。從這一點上看與使用“思想實驗”的方式對學(xué)生進行思維訓(xùn)練有很多的共同之處。

（2） 心理學(xué)中關(guān)于技能的學(xué)習(xí)過程也告訴人們認知階段（在頭腦中形成完整動作的目標表象和目標期望）是動作技能學(xué)習(xí)的第一階段。實驗教學(xué)往往需要學(xué)生或師生一起設(shè)計實驗，確定實驗方案，熟悉操作步驟，再在實驗室里進行現(xiàn)實的操作。也就是說，“思想實驗”是有形實驗的先導(dǎo)，“思想實驗”和有形實驗是緊密相聯(lián)系的。

（3） 高中生物教學(xué)中涉及的復(fù)雜生物技術(shù)問題以及關(guān)于倫理道德討論的開放性問題的探究不能在實驗室中呈現(xiàn)，更適合用“思想實驗”來進行。比如“基因工程的操作步驟”就屬于復(fù)雜的生物技術(shù)問題，學(xué)生按照已有的知識能力和條件是不能完成的；再如“人工輔助生殖技術(shù)（如人工受精、試管嬰兒技術(shù)）的應(yīng)用對人類的影響”等內(nèi)容涉及到倫理道德，更適合用“思想實驗”而不是有形實驗來進行。

3.4 “思想實驗”有助于學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)

“思想實驗”的一個重要特征就是具有深刻的創(chuàng)造性。科學(xué)家進行“思想實驗”為了揭示事物內(nèi)部的規(guī)律性，因此其探索是前無先例的，帶有高度的創(chuàng)造性?！八枷雽嶒灐笔且环N理性的思維活動。但不是脫離實際的主觀臆想，而是以實踐為基礎(chǔ)，按照實驗的格式展開，對實際過程做出更深入一層的抽象分析，其推理過程是以一定的邏輯法則為根據(jù)的。

4 展望

“思想實驗”是一種特殊形式的實驗方式，要發(fā)揮豐富的想象力，并且要有很強的邏輯推理，要提出合理的假說、進行合理的分析、準確的判斷與恰當?shù)耐评?。中學(xué)教材中的不能操作的實驗都可以通過思想探究實驗的方法來解決，合理地運用“思想實驗”不僅提高了教學(xué)效率，關(guān)鍵在于培養(yǎng)了學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新意識，真正地促使學(xué)生可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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