論生物科學實驗對於科學素質培養的重要性

生物科學實驗是以認識生命運動的本質和規律爲目標的實踐。它不是盲目的行爲，而是在理性指導下的變 革現實的實踐活動。在每一個實驗的過程中，從實驗意念的產生到實驗方案的設計，從實驗結果的分析到實驗 報告的完成，每一步都有思維活動，每一步都是思維的結果。所以，生物科學實驗有利於把學生帶入發現問題 的情境，使學生在分析實驗問題之中和在解決實驗問題中鍛鍊思維能力。

科學的思維能力是科學素質的重要方面，而科學素質的培養又是全面實現素質教育的重要內容。本文結合 國中生物實驗關於培養學生的思維能力問題談幾點看法。

一、啓發學生的思維積極性

興趣是思維活性的觸發劑，求知的需要是學習動機的基礎。當學生對某個問題發生興趣時，就會圍繞着這 個問題積極地思考起來。但是，單純由“實驗”表面的“魅力”所引起的，只是直接的興趣，如果沒有更深層 次內涵的吸引，維持不了多久。要想保持學生持久的興趣，就要善於“創造”種種誘因。比如，從生產實際和 學生生活實際引出實驗課題，不斷明確實驗目的意義，不斷提出有趣而又有思考性的問題引起學生思考，等等 。通過這些手段，及時地把學生的直接興趣發展爲間接興趣。

思維總是在觀察和解決問題的過程中進行的。當一個人產生必須排除困難的需要，或要了解某一問題時， 思維就活躍起來。實踐證明，有意識地創設發現問題的情境是引導學生積極思維的好方法。我們要善於利用實 驗中的［觀察與思考］、［討論］等欄目中的問題，以及在輔導實驗的教學中用有啓發性的問題巧妙地引導和 調動學生思維的積極性。

　二、幫助學生掌握科學研究的基本過程

科學思維方法的首要問題是明確科學研究的基本過程，即解決問題的'程序。

例如，〈觀察鼠婦活動〉的實驗設計思路。

首先，通過觀察發現問題。爲什麼在花盆下、石塊下等處容易找到鼠婦？這些地方有什麼特點？

其次，提出假設（對發現的問題大膽提出猜測和解釋）。

1.鼠婦的活動可能與光照條件有關。

2.鼠婦的活動還可能和水分，以及其它外界因素有關，等等。

第三步，設計實驗，驗證假說。在這個階段，實驗的目的任務、方法、材料、裝置等等都是根據假設來確 定的。所以，實驗的理論依據主要是假設（當然還有賴於學生對有關科學知識的掌握情況）。

1.先檢驗“光照”對鼠婦活動有無影響。

2.爲了消除無關變量的干擾，突出自變量，找出自變量和因變量的因果聯繫，必須創造一個除“光照”以 外其它條件均相同的、只有明暗兩處相通的場所。把一定數量的鼠婦放在其中，觀察鼠婦在明暗兩處的數量分 布情況。

第四步，分析、討論實驗結果，推導結論驗證假設的真僞。

通過“鼠婦實驗”，要幫助學生感受和理解科學研究的基本過程：問題→假設→實驗→結論。國中所有的 生物實驗幾乎都體現了這條思路，這裏不再重複。

需要說明一點，科學的“假設”絕不是無根據的憑空捏造，而是要有科學根據的。這種根據來源於頭腦中 已有的知識，或者來源於別人的研究成果，或者來源於對客觀實際的觀察。例如，在研究“消化”的實驗裏所 提出的假設：“細胞膜只能透過小分子物質，食物中的大分子物質必須先變成小分子物質才能透過細胞膜。” 這個假設的理論根據是：①人和動物都是由細胞構成的；②生活的細胞需要從外界吸收營養物質；③營養物質 是通過細胞膜進入細胞裏的；④人和動物的營養物質來源於食物；⑤食物營養成分中有大分子物質。通過生物 實驗使學生理解科學研究的基本過程，經過反覆訓練，完全可以把這種思考問題的程序內化爲學生的思維習慣 。

三、訓練學生的思維操作技能

思維操作技能包括分析、綜合、比較、抽象和概括等幾個步驟。在生物實驗中要實現對某生命現象的本質 和規律的認識，就要對實驗中的感性材料進行一系列的思維操作才能實現。

首先，是對要研究的事物進行分析。根據系統論的觀點，任何一個生命體或一種生命現象都是由部分、層 次、要素組成的開放的有序整體。對於這樣一個整體如果囫圇吞棗地研究是無法進行的。只有將其分解，才能 一部分一部分地研究，深入其內部，發現其本質。在頭腦中把整體分解爲部分而進行逐個研究的過程就是分析 。比如，在研究“影響鼠婦活動的外部條件”時，必須先把“外部條件”分析成光、水、化學物等單個因子， 然後逐一考查和鼠婦活動的關係；在研究“光合作用”時，也是將其分解爲原料、條件、產物幾部分，而這每 一部分又是由次一級的成分組成。爲了便於研究還須進行更深層次的分解。所有的科學實驗都離不開分析。

綜合，在頭腦中把生命體的各部分，把生命現象的各個方面和屬性聯合起來，形成對生命體和生命現象整 體的認識，這就是綜合。比如在瞭解了細胞膜、細胞質、細胞器、細胞核等構造之後，再把它們聯合起來就形 成了一個完整的生活的細胞的概念。分析和綜合是相反相成、緊密聯繫的對立統一的關係。它們是思維活動的 基礎。

比較，是把生物各部分構造、功能和某些屬性加以對比，並確定它們之間的異同點。這就爲進一步認識生 命的本質和規律、進行抽象和概括打下基礎。例如，比較各種細胞在形態構造、功能等方面的相同點和不同點 ，比較各種種子的構造，比較澱粉酶在不同條件下對澱粉的作用情況，等等，這些都是比較的過程。

抽象和概括，是找出各種生物體或各種生命現象中國共產黨同的本質的屬性，或找出各部分構造之間，功能與構 造之間，生物與環境條件之間的因果關係，而拋開次要的、非本質屬性和非因果的偶然聯繫。並且，把抽象出 來的本質屬性，必然聯繫加以綜合形成概念和判斷，達到對生物現象的本質和規律的認識。比如，在研究了植 物的各種花之後，捨去顏色，形狀等次要屬性而抽取出都有“花蕊”及擔負“有性繁殖”功能這兩個最本質的 特徵，形成花的一般概念，這就是對花的抽象和概括。

分析、綜合、比較、抽象和概括等在同一次思維活動中都是共同參與，緊密結合。一般說來，分析、比較 、綜合是抽象和概括的基礎，而抽象和概括是思維的核心。只有通過抽象和概括才能認識事物的本質和發展規 律，形成概念和原理，從而達到對事物理性的認識。

　四、培養學生思維的邏輯性

思維的邏輯性主要指能正確運用概念、判斷、推理的形式進行思維和表達思維的結果。在實驗過程中，學 生通過觀察獲得大量具體的、形象直觀的感性材料，對這些材料經過思維，抽象和概括出各種生命現象的本質 屬性和必然聯繫，再以概念、判斷、推理的形式表達出來或貯存起來。生物學中的各種基本概念、規律、原理 等都是概念、判斷、推理的具體體現。這些就構成了生物學的知識體系。

生物學的基本概念和概念體系是生物科學知識的基礎，所以，我們必須重視基本概念的教學。但是，應該 讓學生自己通過“勞動”取得這些概念，讓學生通過實驗、觀察、思考形成這些概念，並且能夠用科學的語言 把它們表達出來。堅持讓學生給概念下定義，讓學生推導實驗的結論，實際上是訓練了學生思維的邏輯能力。

生物實驗中經常用到的推理方法主要有歸納推理和演繹推理。這就爲培養學生的推理能力創造了有利條件 。

歸納法是從個別事例概括出一般原理的思維形式。它一般又分爲完全歸納、簡單枚舉法和因果歸納。簡單 枚舉法在中學生物實驗中是普遍存在的。比如，一個鼠婦喜暗怕光，二個鼠婦喜暗怕光，……，從多數的鼠婦 喜暗怕光，歸納出所有的鼠婦都喜暗怕光。再比如，花、種子等許多生物學概念均是簡單枚舉歸納推理的結果 。

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nbsp;因果歸納可有求同法、求異法和剩餘法等多種形式。這些方法在設計生物實驗時都有所應用。例如在光合 作用實驗中就應用了求異法。求異法是研究現象（a）和條件（A）的因果聯繫。如果當A存在的場合a現象也出 現，當A不存在時a也不出現，則可歸納出a與A有因果聯繫。光合作用和“光照”條件的關係推理如下表： 處理 光(A) 其它條件(B) 光合作用(a) ①光照 √ √ √ ②遮光 × √ × 結論 光合作用與光照條件有關

演繹推理，是從一般原理到特殊事例的推理。它有三種類型，其中以“三段論”應用最爲廣泛。比如，檢 驗光合作用產物之一——澱粉就應用了“三段論”的思維形式。

大前提 所有遇碘變藍的物質都是澱粉，

小前提 如果光合作用產物之一遇碘變藍，

結論 那末，光合作用產物之一就是澱粉。

演繹和歸納是科學研究的兩種基本方法。在同一次科學探索中，二者是相輔相成地緊密聯繫着的。但是， 二者又有區別：①歸納是始於觀察提出假設，演繹是始於假設提出推斷；②歸納是從特殊到一般，演繹是從一 般到特殊；③歸納是發現，演繹是證實。

培養學生的思維能力，要充分開發生物實驗中的有利因素，明確目標，堅持訓練，訓練要得法，教會思維 方法，化成能力，注重實效