陸 慧

(海門中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 海門 226100)

0 引言

中職生物教學(xué)中，按照課程標(biāo)準(zhǔn)，課程目標(biāo)包括三個(gè)維度：知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀。應(yīng)該說其中的知識與技能是教學(xué)中常抓不懈的兩個(gè)目標(biāo)，那么如何更好地幫助中職學(xué)生掌握知識，提升技能呢？除了傳統(tǒng)的抓雙基，練習(xí)題之外，掌握生物學(xué)的科學(xué)研究方法十分重要，這是授之以魚或者授之以漁的關(guān)系，所幸新課標(biāo)人教版教材中對于科學(xué)方法的編寫還是較為翔實(shí)的，對此，筆者就人教版中等職業(yè)學(xué)?！渡飳W(xué)》教材中所涉及生物科學(xué)研究方法作了初步探究。

1 生物觀察法

自然科學(xué)，在科學(xué)研究過程中始終離不開觀察。觀察作為一種認(rèn)識的重要方法，就是通過對事物和現(xiàn)象的仔細(xì)地觀看和認(rèn)真地考察，為進(jìn)一步研究提供第一手資料。生物科學(xué)由于其研究對象的特殊性，更是離不開觀察。

最初的生物學(xué)觀察都是停留于個(gè)體水平的觀察，觀察到都是一些生命結(jié)構(gòu)形態(tài)、行為和現(xiàn)象，比如一顆植物的葉片、花、果實(shí)等是什么形態(tài)的，某種動物在捕食時(shí)有什么行為等等，隨著學(xué)科的發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展，生物學(xué)觀察有了更多的內(nèi)涵。比如顯微鏡的發(fā)明，讓虎克第一次觀察到了細(xì)胞，這是之前肉眼觀察永遠(yuǎn)無法企及的[1]。因此推動了生物科學(xué)的極大發(fā)展，最終建立的細(xì)胞學(xué)說，也讓生物科學(xué)由個(gè)體水平得以進(jìn)入細(xì)胞水平；以后又出現(xiàn)了電子顯微鏡，使得我們可以觀察到更微小的分子，更多的亞顯微結(jié)構(gòu)被逐一觀察到，生物科學(xué)又一次得到飛躍的發(fā)展。

中職生物學(xué)討論細(xì)胞的結(jié)構(gòu)時(shí)就需要學(xué)生仔細(xì)觀察，比較各種細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)差別，各種細(xì)胞的差別，從而進(jìn)一步清楚理解各自的結(jié)構(gòu)與功能。在許多生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中需要學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，客觀記錄，仔細(xì)分析，最終得出結(jié)論。所以生物學(xué)觀察是生物科學(xué)研究的基礎(chǔ)方法，是學(xué)生需要掌握的基本方法。

2 模型法

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所做的一種簡化的概括性的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具體實(shí)物或其他形象化的手段，有的則通過抽象化的形式來表達(dá)。常見的模型形式包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型等。

2.1 物理模型

以實(shí)物或圖畫形式直觀表達(dá)認(rèn)識對象的特征，這種模型就是物理模型[2]。在中職教材中，物理模型是常用教學(xué)手段，可以幫助同學(xué)將抽象的概念具體化，形象化，可以更直觀地認(rèn)識對象，比如細(xì)胞模型。細(xì)胞本是微小的，肉眼無法觀察到的對象，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)更是無法直觀認(rèn)識，只有借助顯微鏡才能觀察到，但是顯微鏡下由于制作裝片的技術(shù)或者選材等問題，我們往往無法觀察到細(xì)胞的全部結(jié)構(gòu)，而細(xì)胞模型則將細(xì)胞的各種亞顯微結(jié)構(gòu)按比例放大后，利用各種材料將細(xì)胞的各種結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)在眼前，讓學(xué)生更清楚地觀察到細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，認(rèn)識細(xì)胞各結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。再比如DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，也是典型的物理模型，它形象而概括地反映了所有DNA分子結(jié)構(gòu)的共同特征。

2.2 概念模型

為了把現(xiàn)實(shí)世界中的具體事物抽象、組織為某一數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型，人們常常首先將現(xiàn)實(shí)世界抽象為信息世界，然后將信息世界轉(zhuǎn)換為機(jī)器世界。也就是說，首先把現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對象抽象為某一種信息結(jié)構(gòu)，這種信息結(jié)構(gòu)并不依賴于具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不是某一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)支持的數(shù)據(jù)模型，而是概念級的模型，稱為概念模型。

一般概念模型構(gòu)建過程如下：

(1)運(yùn)用概念目錄列表或名詞性短語找出問題領(lǐng)域中的后選概念；(2)繪制概念到概念模型圖中；(3)為概念添加關(guān)聯(lián)關(guān)系；(4)為概念添加屬性。

概念模型實(shí)際上在教材自我檢測部分經(jīng)常呈現(xiàn)，就是畫概念圖。比如關(guān)于物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式可以構(gòu)建以下概念模型：

概念模型可以用于新授課中建構(gòu)知識結(jié)構(gòu)，也可以用在復(fù)習(xí)課中建構(gòu)知識體系。運(yùn)用概念模型幫助學(xué)生復(fù)習(xí)生物知識，可以對不易理清的各種概念和原理有進(jìn)一步的了解和更深入的認(rèn)識，還可使原來迷惑的概念清晰化，零散的知識系統(tǒng)化，機(jī)械的知識靈活化。既可以由學(xué)生獨(dú)立完成，也可以由學(xué)生小組合作完成，還可以由師生共同討論完成。以構(gòu)建概念圖為平臺為學(xué)生創(chuàng)造合作、互助、民主、開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，并培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和合作能力，也促進(jìn)了師生之間以及生生之間的交流。

2.3 數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型就是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式?？梢杂米帜浮?shù)字及其他數(shù)學(xué)符號建立起來的等式或不等式以及圖表、圖像、框圖等描述客觀事物的特征及其內(nèi)在聯(lián)系的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)表達(dá)式。人教版中等職業(yè)學(xué)?！渡飳W(xué)》教材《種群數(shù)量的變化》明確要求學(xué)生建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型的建立可以遵循以下步驟：

(1)觀察研究對象；(2)提出合理假設(shè)；(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)；(4)通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正。

以理想條件下的種群增長為例說明，種群初始數(shù)量為N0，種群數(shù)量每年以一定倍率增長，第二年是第一年的λ倍，則t年后種群數(shù)量Nt= N0λt，這是數(shù)學(xué)表達(dá)式方式[3]；另外我們可以通過描點(diǎn)法在坐標(biāo)軸中得到“J”形曲線，這是曲線圖的方式。數(shù)學(xué)表達(dá)式可以更精確表達(dá)實(shí)物的性質(zhì)，而曲線圖則更直觀地反映實(shí)事物的變化趨勢。

數(shù)學(xué)模型在生物教學(xué)中的應(yīng)用很多，比如孟德爾遺傳定律中分離比的數(shù)學(xué)表達(dá)，比較不同酶的催化效率等等，因此，在教學(xué)中利用好數(shù)學(xué)模型，一方面可以將復(fù)雜問題簡單化，另一方面也培養(yǎng)了學(xué)生的立刻思維能力！

3 實(shí)驗(yàn)法

生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，很多的生物學(xué)現(xiàn)象通過實(shí)驗(yàn)可以觀察，很多的生物學(xué)結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)得到，很多生物學(xué)假說通過生物實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，因此，實(shí)驗(yàn)法也是高中生物常見的科學(xué)方法。

高中生物實(shí)驗(yàn)常見的類型包括定性實(shí)驗(yàn)、定量試驗(yàn)和對照試驗(yàn)等，在高中生物教學(xué)中尤其強(qiáng)調(diào)對照實(shí)驗(yàn)的方法。在對照實(shí)驗(yàn)中，通常將研究對象分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的組別，其中一組為對照組，其余為實(shí)驗(yàn)組，各組之間存在單一變量，通過一定的實(shí)驗(yàn)步驟，在比較過程中判定實(shí)驗(yàn)組具有某種性質(zhì)或者受某種因素的影響。由于實(shí)驗(yàn)中的單一變量受人為控制，因此可以通過不斷改變單一變量，實(shí)驗(yàn)者可以探究不同因素對研究對象的影響，因而在生物學(xué)探究中廣為應(yīng)用。在高中生物中，探究酶的特性實(shí)驗(yàn)、探究酵母菌的呼吸方式、探究光合作用的影響因素、探究植物的向光性等一系列實(shí)驗(yàn)中都有需要進(jìn)行對照試驗(yàn)，因此，弄清楚對照試驗(yàn)的一般原則，嘗試設(shè)計(jì)對照試驗(yàn)，不僅可以幫助學(xué)生學(xué)會分析實(shí)驗(yàn)，還可以提升學(xué)生思維能力，也可以切實(shí)提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

當(dāng)然其他的實(shí)驗(yàn)方法同樣需要學(xué)生掌握，通過不同類型的試驗(yàn)方法解決學(xué)習(xí)中的不同問題。

4 假說演繹和類比推理

4.1 假說演繹法

在人教版必修二中這樣定義假說演繹法：在觀察和分析基礎(chǔ)上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，根據(jù)假說進(jìn)行演繹推理，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證演繹推理的結(jié)論。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)論相符，就證明假說是正確的，反之，則說明假說是錯(cuò)誤的。這種方法稱為假說演繹法。

假說演繹法在孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律的過程中起著不可替代的作用。孟德爾先是進(jìn)行豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，觀察了豌豆某些性狀在親子代遺傳中的一些現(xiàn)象；然后做出了一些假說，比如遺傳因子決定生物性狀，在體細(xì)胞中成對存在，在形成配子時(shí)分開，在受精時(shí)隨機(jī)結(jié)合等等；再用這些假說進(jìn)行推測，如果將F1與隱性純合的個(gè)體雜交，應(yīng)該觀察到子代分離比為1∶1；最后進(jìn)行測交實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了假說是正確的。由此，假說變成了規(guī)律。再比如沃森、克里克對于DNA半保留復(fù)制的推測與驗(yàn)證，摩爾根對于基因位于染色體上的驗(yàn)證等等，都是假說演繹法的成功應(yīng)用。

縱觀整個(gè)生物科學(xué)史，假說演繹法在生命科學(xué)的成長過程中有著極其重要的作用，它是人類認(rèn)識生命現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律性的一種有效手段，為各種生物學(xué)理論的建立和發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

4.2 類比推理法

類比推理是將研究的對象與某一我們熟悉的實(shí)物進(jìn)行比較，觀察到某些相似性，然后將要研究的對象置于熟悉的環(huán)境中，使我們把它當(dāng)作熟悉的事物來看待，可以對它提出新的啟發(fā)性的問題。比如基因在染色體上的觀點(diǎn)就源于薩頓假說。薩頓首先比較了基因與染色體的行為，發(fā)現(xiàn)了它們存在平行關(guān)系，由此提出了假說——基因在染色體上。類比方法有助于我們提出各種創(chuàng)造性的假說，有助于靈感的發(fā)揮，但是類比推理得出的結(jié)論不具有邏輯的必然性，其正確與否，還需要觀察和實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。

在類比推理的基礎(chǔ)上，發(fā)展出了模擬實(shí)驗(yàn)。有些研究對象不便直接用于實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)用替代物來代替進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)然替代物與研究對象之間必須存在某些相似性。通過替代物與研究對象之間的類比，進(jìn)一步了解研究對象的特性。比如利用一定大小瓊脂塊模擬細(xì)胞，探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系。再如必修二中利用不同標(biāo)記乒乓球模擬精子和卵細(xì)胞的隨機(jī)結(jié)合。

5 同位素示蹤技術(shù)

同位素示蹤技術(shù)在中職生物中也叫同位素標(biāo)記法，同位素具有放射性，其標(biāo)記的化合物化學(xué)性質(zhì)不變，利用外源的適量的同位素標(biāo)記物與生物體內(nèi)的元素或物質(zhì)完全共同運(yùn)行的示蹤物，可以追蹤生物體內(nèi)某元素或某物質(zhì)的運(yùn)行或變化。同位素失蹤技術(shù)的應(yīng)用使生物學(xué)步入分子水平。在高中生物中，多處用到同位素失蹤技術(shù)。比如魯賓和卡門利用18O分別標(biāo)記H2O和CO2，弄清楚了光合作用產(chǎn)生O2的來源；卡爾文用14C標(biāo)記CO2，最終證明了碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中的碳途徑；赫爾希和蔡斯利用32P和35S分別標(biāo)記T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)，最終證明了DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)；麥賽爾遜和斯塔爾利用15N標(biāo)記DNA，結(jié)合超速離心技術(shù)驗(yàn)證了DNA的半保留復(fù)制等。[4]

同位素示蹤技術(shù)實(shí)際只是物理方法在生物學(xué)上應(yīng)用之一，另外如X衍射分析與DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)、超速離心技術(shù)與細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的分離提純、層析法與物質(zhì)提取等等，因此物理化學(xué)方法在生物學(xué)上的有著廣泛地應(yīng)用，教師細(xì)致地解釋清楚各種方法的原理，教授學(xué)生各種物理方法的應(yīng)用目的，可以促進(jìn)學(xué)生對生物學(xué)的理解。

生物學(xué)科學(xué)方法除了上述方法之外，另外有比較法，包括比較解剖學(xué)，比較胚胎學(xué)、分析綜合法、系統(tǒng)分析法等等，不同的生物科學(xué)方法在生物學(xué)中各有不同應(yīng)用，但都不同程度促進(jìn)了生物學(xué)的發(fā)展，有些技術(shù)甚至促使了生物學(xué)的突破。[5]

6 結(jié)語

如果我們把中職學(xué)生學(xué)習(xí)生物知識看作是樵夫砍柴，那么，學(xué)習(xí)生物科學(xué)研究方法就是在磨刀，正所謂“磨刀不誤砍柴工”，系統(tǒng)學(xué)習(xí)生物科學(xué)方法甚至可以起到事半功倍的作用。教師們要正視教材中生物科學(xué)研究方法，關(guān)注學(xué)生對生物方法的學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉真主編．中等職業(yè)學(xué)校課本·生物學(xué)(全一冊)[S]．人民教育出版社，2015．

[2]顧德興主編．普通生物學(xué)[S]．高等教育出版社，2015．

[3]朱正威、趙占良主編．穩(wěn)態(tài)與環(huán)境[S]．人民教育出版社，2015.

[4]朱正威、趙占良主編．遺傳與進(jìn)化[S]．人民教育出版社，2015.

[5]劉恩山主編.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))解讀[M]．江蘇教育出版社，2010.