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生物學習方法:重要科學方法的解析
人教版義務教育生物學教科書十分重視科學方法的學習,建立起一個比較清晰的便于孩子學習的科學方法體系:教科書設計了一個專門介紹科學方法的欄目,一方面結(jié)合教材內(nèi)容,循序漸進地介紹了初中孩子應該學習的科學方法,另一方面突顯了科學方法的重要地位。下面結(jié)合教學內(nèi)容分析其中一些重要的科學方法。
3.1 觀察法
觀察法是指運用各種感官或感官延伸工具收集信息的方法?茖W觀察一般是指人們在科學研究中有目的,有意識地對事物和現(xiàn)象進行感知、描述和記載的方法。[5]
按照觀察的結(jié)果和性質(zhì)來分,可以將觀察分為定性觀察和定量觀察。初中生物教學中的觀察以定性觀察為主,個別實驗涉及定量觀察。例如,對細胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)的觀察,對植物的組織和器官進行觀察,對動物的外部形態(tài)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的生理結(jié)構(gòu)進行觀察,都是定性觀察;觀察水蚤心率的跳動情況則是定量觀察。
科學觀察時,要有明確的觀察目的。一般情況下,觀察目的由教師確定,即教師提出觀察的對象和問題,孩子觀察后實事求是地回答這些問題;如果觀察的對象比較寬泛,或由孩子自主觀察,則需要孩子在觀察時做到全面、細致和實事求是,并及時記錄觀察到的信息。
在實際的教學活動中,單純的觀察活動比較少,往往需要與分析、歸納、比較等其他的科學方法結(jié)合在一起。例如,觀察森林生態(tài)系統(tǒng),分析其中的植物、動物和真菌的角色;觀察不同動物細胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu),歸類總結(jié)出動物細胞的共同結(jié)構(gòu)特點;觀察動物細胞和植物細胞,比較其共同點和不同點。由此可以看出,觀察是科學方法和科學課程教學中較基礎,也是較重要的科學方法和學習內(nèi)容。
3.2 實驗法
科學方法論中的實驗是指根據(jù)一定的研究目的,在人為控制或干預研究對象的條件下所進行的觀察活動。中孩子物學教材中的實驗,通常是指在實驗室中利用儀器設備進行的各種探究活動。
實驗是初中生物教學的重要內(nèi)容。從實驗中獲取科學方法,運用這些科學方法開展新的實驗,既是教學的重點和難點,也是孩子必須具有的基本技能。下面結(jié)合中學教學層面上分析教學時經(jīng)常遇到的而且必須解決的一些問題。
(1)什么是對照實驗
在研究一種條件對研究對象的影響時,所進行的除了這種條件不同以外,其他條件都相同的實驗。對照實驗較少有兩個實驗組構(gòu)成。一般情況下,將要研究的條件稱為自變量,其他影響實驗結(jié)果的條件稱為無關變量,由自變量的變化所引起結(jié)果的變化稱為因變量。對照實驗分為實驗組和對照組。實驗組與對照組的不同就在于自變量的不同,無關變量應該保持一致,得出的實驗結(jié)果就能夠科學而又嚴謹?shù)卣f明自變量的影響情況。
(2)如何區(qū)分實驗組和對照組
首先要看你的研究目的是什么。因為研究目的不同,實驗組和對照組有可能是相反的。例如,“探究光是不是光合作用的條件”是一個探究性實驗。從邏輯上分析,為什么我們要探究“光是不是光合作用的條件”呢?是因為探究者(孩子或未知者)不能肯定光是光合作用的條件,但是探究者有這樣的基本認知:植物的生活是離不光的,淀粉是光合作用的產(chǎn)物。為了作出準確的判斷,這時就需要設置一個“遮光”組來證明自己的判斷,看看在“遮光”的條件下,植物是否也能夠產(chǎn)生淀粉。這時的“遮光”組就是實驗組,沒有“遮光”組,就不能準確地判斷光與淀粉之間的關系。在自然狀態(tài)下的“有光”一組就是對照組。因此,可以通過下面的定義來確定實驗組和對照組:一般認為,通常把經(jīng)過控制處理的一組,或者未知實驗結(jié)果的一組稱為實驗組;未經(jīng)過處理的一組,自然狀態(tài)下或者已知實驗結(jié)果的一組稱為對照組。關于自變量的控制,有兩種方法,一是“加法原理”,另一種是“減法原理”。即指與常態(tài)相比,人為地增加或減少某種因素操作的原理,如增加或降低溶液的pH。
上述分析并不是判斷實驗組和對照組的通用方法。在驗證性實驗中,由于研究者的目的非常明確,只是想證明某種因素對實驗結(jié)果的影響,這時,所要驗證的因素的一組就是必需實驗,就是實驗組,而沒有這種因素的一組就是對照組。以“實驗綠色植物在光下產(chǎn)生淀粉”為例,因為實驗者已經(jīng)知道植物在光下能夠產(chǎn)生淀粉,只是想用實驗證明的確如此,這時“有光”就成為必需實驗,是實驗組,但只“有光”一組能說明問題嗎?顯然是不行的,這時就需要設置一個對照組“遮光”實驗來反證在光下植物的確能產(chǎn)生淀粉,而且產(chǎn)生的淀粉不是植物從其他部位合成并運輸過來的。“遮光”組起到了一個反證(或推理)的作用或者對照的作用,是不能夠直接證明“植物在光下能夠產(chǎn)生淀粉”這一判斷的。
需要注意的,教學中我們不能過分強調(diào)實驗組和對照組的區(qū)別,在很多情況下兩組實驗是相互對照的,是無法區(qū)分實驗組和對照組的。如果把精力用在實驗組和對照組的區(qū)分上,就違背了實驗設計的本來目的。另外,并不是所有的實驗都需要設置對照實驗,一些物質(zhì)鑒定的實驗,植物雜交實驗都不需要設置對照實驗。應該避免實驗設計的機械化和模式化。
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