生物学科的性质篇1
一、利用课堂教学来激发学生探究性学习的兴趣，培养学生的科学素质
在课堂教学中创设良好的情境，能充分发挥学生的主观能动性。而生物学科的趣味性在于它是一门与人们的衣、食、住、行等日常联系最为密切的学科，其深奥的理论知识都包含在通俗易懂、简单明了的实际事例中。因而在生物教学中，教师应从生物在社会和生活的实际应用中人手，创设问题情境，激发学生探究学习的兴趣。通过课堂教学，让学生切身体验到生物与我们社会生活的广泛而紧密的联系，感受到生物学是鲜活、生动有趣的。
例如，在上高一生物第一节课时，教师可以利用对课本中科学家的介绍来激发学生探究性学习的兴趣，也可以利用高中生物第一堂课《从生物圈到细胞》这节的教学来创设学生探究性学习的兴趣。在上该节课时，教师可用一段“非典”的影片作为探究性学习活动的材料，让学生探讨病毒的生命活动是怎样体现出来的，通过探究学习使学生得出“非典”病毒必须寄生在细胞内才能体现生命活动；或者用“流感”病毒使人患感冒作为学生探究性学习材料，进行课堂讨论探究，来掌握病毒的生命活动离不开细胞，再让学生回顾初中学习过的草履虫、变形虫等单细胞生物，让学生思考：为什么它们既是一个细胞又是一个生物体?它们的生命活动与细胞有什么关系?让学生开展探究，来掌握单细胞生命活动离不开细胞，同时也可以让学生通过对人的生命历程进行探讨，来了解人是由一个细胞发育而来的，由多个细胞构成的一个整体。学生通过对人的生命历程的探究，可以掌握多细胞生物的生命活动同样离不开细胞。在整个生物教学中开展探究学习，使学生在探究中进行合作、在探究中展开讨论。这样，既能让学生学会怎样去探究，又能使学生在探究过程中掌握课本中的知识，培养学生的科学素养，同时还能激发学生对探究性学习的兴趣，提高学生的科学素质。
二、利用生物实验教学开展探究性学习活动，提高学生的科学素质
生物学是一门实验科学，观察和实验是生物学科基本的研究方法。高中生物新教材中(人教版)共有各种各类实验46个，通过这些实验，尤其是探究类型的实验，可以启发学生学习的主动性，提高学生的观察、思维、分析和解决问题及交流与合作的能力，使学生养成科学态度和科学精神，树立创新意识，提高科学素质。
实验教学是一个探究的过程，学生在实验中的学习方式也应该体现自然科学的这一特点。让学生通过类似于科学家科学研究活动的方式获取科学知识，并在这个过程中，学会科学的方法和技能、科学的思维方式，形成科学观点。通过学生自己的分析、讨论、归纳去处理实验中的现象和知识之间的冲突，引发他们原有认知结构的调整和变化，从而构建起新的认知体系，以培养他们独立获取新知识的能力。例如，在《植物细胞的吸水和失水》的实验教学中，学生在实验中，必须经过实验材料的选择及处理、试剂的选择、装片的制作及观察、实验现象比较分析等过程。在此实验过程中，学生就要思考以下系列问题：为什么要选用紫色的洋葱而不是无色的洋葱?如何才能把装片做好?在材料的处理方面，为什么用不同的浓度的蔗糖浓液处理洋葱表皮才会产生不同的现象?观察装片时，为什么会发生质壁分离?分离后放到浓度低的浓液内又会复原?产生这种现象的原因是什么?质壁分离与复原现象在生物学中有什么作用?在实验过程中，学生不仅要动脑，还要同时动手和动眼，真正做到脑、眼、手并用。生物实验教学对培养学生的实践能力、观察能力、思维能力及分析解决问题的能力等具有重要作用。
三、利用生物课外探究活动培养学生的科学素质
生物科学是自然科学中的一门基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学。积极开展生物课外探究活动有利于发展学生的智力，培养学生的能力。如，在学生中进行采集制作标本、植物栽培、动物的养殖、环境的调查等生物课外探究活动。这些课外探究活动都需要学生自主合作、独立思考、仔细观察、分析各种现象、查找资料，去说明和解决一些生物问题。如，在植物标本的采集活动中，先要对采集的对象进行观察分析，要考虑是采集植物的根、茎、叶，还是植物的花、果实、种子，不同的季节要采集植物的哪部分，采集后又要怎样处理等问题。学生通过这些课外探究活动，既能锻炼敏锐的观察能力，促进学生的自学能力、思维能力及独立工作能力，还由于学生必须开展合作才能完成，又培养了学生的合作精神。
生物学科的性质篇2
[关键词]化学学科观念铝教学
[中图分类号]633.8[文献标识码]a[文章编号]16746058（2015）080086
一、思想和背景
“高中化学课程应有助于学生主动构建自身发展所需的化学基础知识和基本技能，进一步了解化学学科的特点，加深对物质世界的认识；有利于学生形成科学的自然观和严谨求实的科学态度，更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系，逐步树立可持续发展的思想”；“认识常见的化学物质，学习重要的化学概念，形成基本的化学观念和科学探究能力，认识化学对人类生活和社会发展的重要作用及其相互影响，进一步提高学生的科学素养”。这些都是新课程标准的要求。
新课程标准以进一步提高学生科学素养为宗旨，而化学科学素养的内涵是化学观念，化学观念包括化学学科思维、学科方法、学科价值观念等。化学学科观念是指运用化学观念认识和理解物质世界。化学学科方法是以探索科学问题的方式来获取知识与技能、领悟化学思想观念的活动。化学价值观是通过化学与生产、社会、生活的联系，对化学科学本质和规律的认识，对化学技术、化学产品是发展人类文明的强大动力的感悟。
教材知识是基础，化学思想是灵魂。化学学科思想是化学学科的基本思想方法，是形成认识问题、解决问题的教法和学法，是规律，能提升学科素养和学科能力。化学学科思想包括元素观、微粒观、守恒观、分类观、转化观、环保观、结构观等。我们在教学时往往仅关注知识的传授，而忽略对学科思想的归纳，不利于培养学生的科学素养及对化学学科的完整理解。
铝是大自然赐予人类的宝物，铝元素占地壳总量的7.73%，是地壳中含量最多的金属元素，但人类对它的认识经历了较为漫长的过程。铝的广泛使用只是近几十年的事情，这是为什么？以铝的存在、工业制法、物理性质、化学性质和用途的教学为例，简述如何使化学学科思想贯穿于化学教学中。
二、教学目标
1.了解铝在自然界中的存在形式和含量，通过对铝的工业制法的探究，认识工业生产流程的步骤，知道获得铝的方法，学习铝的化合物的性质，培养学生的转化观。
2.通过了解铝的工业生产流程和工艺，认识化学思想中的环境思想、分类观等。通过讨论、分析、评价等活动，培养学生的问题意识和解决能力。
3.了解铝的物理性质，认识铝单质在生产、生活中广泛应用的原理，从微观给予解释，培养学生的结构观。
4.了解铝的主要性质和应用，使学生认识守恒观、能量观等，让学生知道铝为什么成为现代文明不可缺少的物质基础。
5.通过对铝冶炼方法发展史的了解，体验化学科学发展的历程，以及化学科技发展对人类生活质量提高的贡献。
三、教学过程
问题1通过专题二的学习，我们知道海水中含有丰富的化学物质，我国有很长的海岸线，十八大提出发展海洋强国，我们可以从海水中提取我们所需要的物质，如氯化钠、镁、溴、碘，进而可以制得氯气、烧碱等重要的化工产品。从本节课开始，我们把目光转向地壳，地壳含有更丰富的化学物质。地壳中含有哪些常见元素？它们大都以什么形态存在？这些元素形成的物质类别主要是哪些？它们组成的微粒是什么？地壳中含量最多的金属元素是什么？含铝的矿石名称是什么？主要成分是什么？属于哪类物质？其组成微粒是什么？该矿石通常含有哪些杂质？
[建构]地壳中的元素有氧、硅、铝、铁、钙、钠、铜、锌、锰、铬、碳、硫、磷等，它们大都以化合态的形态存在，以氧化物、硫化物及各种盐的形式存在土壤、岩石和各种矿物中，组成它们的微粒主要是阴阳离子，少数以分子或原子等微粒存在。地壳中含量最多的金属元素是铝，约为7.73%。含铝的矿石叫铝土矿，是铝元素在地壳中的主要存在形式。铝土矿的主要成分是al2o3，属于氧化物，其组成微粒是铝离子和氧离子。
[设计意图]化学作为一门自然科学，研究对象是物质，而世界是物质世界，人类需要的物质大都来自自然界。物质是由各种元素组成的，各种元素形成种类繁多的物质，物质根据结构、性质与组成分为氧化物、酸、碱、盐等，各类物质有的是由离子构成的，有的是由原子构成的，有的是由分子构成的。通过以上问题的设置和解决，培养了学生的物质观、元素观、分类观、微粒观等。
问题2自然界的铜含量比铁少得多，为什么铜器时代比铁器时代早很多年？而铝在地壳中含量比铁多，人们广泛使用铁有2千多年了，为什么铝广泛使用只是近几十年的事情？人们使用更多的是单质铝，铝有哪些物理性质？根据已有的知识归纳铝的哪些用途是由它的物理性质决定的。
[建构]古代人们冶炼金属都是用木炭还原得到的，化合态的铜得电子能力强，易被还原，铁较难还原，所以铁器时代比铜器时代要晚很多。而铝更活泼，化合态的铝更难被还原，所以人类广泛使用铝只是现代。铝有导电性――导线；铝有导热性――炊具；铝有延展性――包装糖果香烟等；铝与其他金属形成合金，铝合金密度小、强度高、塑性好、抗腐蚀能力强、装饰美观――建筑业、电子行业、汽车车轮骨架和飞机构架等。
[设计意图]通过人类对金属的发现、应用，从化学史的角度和科学发展水平的角度让学生认识物质。各类物质有很多共性，但每一种物质也有自己的特性。根据铝的金属通性和特有性质（如导电性强、密度小等），使其在很多领域得到广泛应用。让学生充分认识物质的性质决定其用途，任何物质都有自己的价值，培养学生物质的应用观。
问题3铝元素在自然界中含量丰富，以氧化物和盐的形式广泛存在，工业上通常以铝土矿为原料提取铝，铝土矿中还含有氧化铁、二氧化硅等杂质。如何由铝土矿制得金属铝？反应原理是否与制铁、铜相同？工业上钠和镁是如何制备的？制备铝的反应原理是什么？工业生产铝的流程是什么？工业生产铝发生的主要反应有哪些？[建构]自然界的铝是含有杂质的化合态的铝，要得到铝单质，可以对比已经学过的钠、镁、铁的知识。在初中学习过铁的冶炼原理，是用还原剂Co还原铁矿石氧化铁的方法得到生铁的，能否能用该原理冶炼铝呢？根据金属活动性顺序表，铝很活泼，很难用还原剂把它从矿石中还原出来。钠、镁的制取原理是把它们的化合物加热熔融，通入电流进行电解而制得。因而铝的制备应用电解原理，工业上通常是电解氧化铝而不是氯化铝。自然界的铝矿是铝土矿，主要成分是三氧化二铝，因此要进行净化除杂。
[设计意图]化学研究的对象是物质，有的物质在自然界是存在的，但自然界的物质都是混合物，需要分离和提纯；有的物质自然界不存在，或者存在很少，不能满足人类生产生活的需要，必须经过化学方法制备或合成。通过铝的制备过程培养学生关于工业生产流程的意识，了解其反应原理、发生的化学变化和主要操作，培养学生物质的制备观、转化观。
问题4铝是金属元素，铝单质的化学性质应该很单一，从氧化还原的角度分析，铝具有氧化性、还原性，还是都兼有？铝可以和哪些物质反应？生成物是什么？构成生成物的微粒是什么？铝发生化学反应的现象是什么？每个化学反应的价值是什么？
[建构]铝单质的化合价为0价，在铝的化合物中铝只有+3价，因此铝不管和什么物质发生反应，只能失去电子，表现出还原性，而其他物质与铝反应，表现出氧化性，所以有氧化性的物质大都可以与铝反应，如非金属单质（如氧气、氯气、硫）、水、非氧化性酸（如盐酸、硫酸）、常温下氧化性酸（如浓硫酸、浓硝酸）、一些金属阳离子等。
[设计意图]虽然铝的化学性质很活泼，能够与很多物质发生化学反应，但从反应的实质来看，都是由于具有强还原性引起的，性质其实很单一，生成物的种类是氧化物、铝盐或偏铝酸盐。所以在教学中，要培养学生氧化还原的观点，来认识物质的性质，并从电子转移的角度推断生成物，即氧化剂生成的还原产物是什么、还原剂生成的氧化产物是什么，使学生形成物质的转化观。
四、教学感悟
在化学教学中，教师要站得高、望得远，教学设计中始终要有化学观念，把化学观存放在教师的思维中，将化学观念体现于教学设计中，把化学观念贯穿于课堂教学中，对不同的教学内容施予不同的化学观。
1.关于物质结构的教学，培养学生的微粒观。从原子组成、结构、变化的教学，到化学键包括共价键、离子键教学，再到晶体结构与性质的教学，都是从微观的角度来学习的。因此，教师要充分利用这部分内容，深入培养学生的微粒观，教会学生从微观的角度认识物质的组成，从微观的角度学习物质的性质，从微观世界认识宏观物质。
2.关于化学反应的教学，培养学生的守恒观、转化观、能量观、平衡观。学习化学反应，不但要知道反应物是什么，生成物是什么，还要知道该反应为什么能够发生。在一个化学反应中，要遵循能量守恒、质量守恒，人类需要的能量大部分来自于化学能，化学能可以转化为热能、光能、声能、电能等。我们学习的可逆反应、盐的水解、络合反应、溶解平衡都要建立平衡并要遵循平衡移动原理，因此学习化学反应要有平衡观。
3.关于有机化合物的教学，培养学生的结构观、转化观。有机化合物的性质取决于原子结合方式和官能团。因此，教学时要让学生能够写出有机物的结构式、结构简式，并能指出其官能团，而有机物的官能团是可以相互转化的，如烃可以取代或加成转化为氯代烃，氯代烃可以水解成醇，醇羟基可以氧化为醛基，醛基可以继续氧化为羧基，羧基可以生成酯，酯类物质可以水解成羧酸和醇等。通过有机物的学习可以体会到化学反应的转化观。
[参考文献]
[1]毕华林.化学基本概念：内涵分析与教学建构[J].课程?教材?教法，2014（4）：76-83.
[1]谢杰妹.以问题推进学生学习[J].化学教学，2014（3）：23-27.
生物学科的性质篇3
关键词：物理学史；科学本质教学；策略
物理学史是人类对自然界各种物理现象的认识史，是人类思想宝库中一笔十分宝贵而丰富的精神财富，也是科学本质教育的重要资源.重视物理学史教育，把物理学的思想观念、典型事例、发展过程融入物理教学之中，是科学本质显性化教学的重要途径.
一、科学本质与科学本质教学
（一）科学本质
科学本质阐明了科学所具有的基本特征，是人们对科学内涵的正确认识.美国科学教育学家莱德曼认为科学是认识世界的一种方法或是科学知识发展中固有的价值观和观念.他认为科学本质的内涵主要包括：科学知识具有暂时性、科学知识是基于经验的、科学具有主观性、科学具有创造性、科学受社会与文化影响、科学基于观察与推测和观察是受理论限制的[1].
目前，国际科学哲学界对科学本质内涵的认识基本上达成了共识，科学本质内涵包括三个方面：（1）科学知识的本质，包括科学知识的认识性、暂时性、重复性、累积性、局限性和公开性；（2）科学探究的本质，包括科学探究的实证性、非固定性、非权威性、非绝对客观性、创造性和预见性；（3）科学事业的本质，包括科学与技术社会的关系、科学道德和科学家的身份[2].
（二）科学本质教学
分析已有研究成果，科学本质教学实践主要有两种方式：一是隐性途径，是指以科学过程技能的教学、科学探究的教学等来促进学生对科学本质的了解，以间接的方式让学生体会科学本质的内涵；二是显性途径，以科学史、科学哲学、科学社会学以及与科学本质内涵的各个方面相一致的教学来促进学生对科学本质的认识.通过课堂讨论、反思有关科学本质的问题，以达到科学本质的教学目标.采用的教学策略属于隐性途径还是显性途径，与所教的内容并没有一一对应的关系.融入了科学史、科学哲学与科学社会学的教学，如果没有明确指出科学本质的问题，仍然属于隐性途径.
abd-el-Khalick和Lederman认为对科学本质的学习应该是显性的、善于反思的，而不是隐性的做中学.学生很难在探究活动中理解科学本质，教师必须采用特殊的方法帮助学生反思他们的活动，这是学生理解科学本质的最好方法[3].研究表明利用科学史来进行科学本质显性化教学是行之有效的[4].
二、物理学史对科学本质内涵的体现
物理学史包含了科学知识、科学探究和科学事业的所有要素，是进行科学本质教学的绝佳素材.下面从科学本质内涵的三个维度分析物理学史对科学本质内涵的体现.
（一）对科学知识本质的体现
大量的物理学史表明：科学知识是对自然现象的描述与解释，具有认识性；任何科学理论的形成，都需要其他科学家的认同；科学知识不是绝对的真理，具有暂时性和发展性；科学知识的形成是一个不断积累的过程；不管一种科学理论对一系列现象解释得多么完美，总可能有其他理论比它解释得更好，甚至比它的使用范围更广；科学知识可以被重复地验证.
如“人类对行星运动规律的认识史”中所蕴含的科学知识本质，主要包括：（1）人类最初对行星运动的研究是为了解释日月星辰等天文现象，体现了科学知识的认识性.（2）托勒密的地心说最终被日心说所取代，体现了科学知识具有暂时性.（3）经过第谷、开普勒、伽利略等人的不懈努力，日心说最终被接受，说明科学知识的形成需要多数人的努力和长时间的积累，体现了科学知识的累积性.（4）开普勒发现并公开发表行星运动的三个定律（即开普勒行星运动定律），体现了科学知识的公开性.（5）牛顿运动定律和万有引力定律只在宏观、低速、弱引力的条件下适用，科学知识具有局限性.
（二）对科学探究本质的体现
物理学史研究的是物理学产生和发展的规律、物理学概念和思想的发展与变革.科学家的研究过程或某一课题的发展史表明：科学家用同样的方法各自观察同一自然现象，也可能得出不同的结论；进行研究时，科学家可能会采用不同的研究方法来解决问题；科学家在进行实验前常会预测结果；科学家的观察会受他的生活经验和知识所影响；科学知识的产生和发展离不开人类的想象和创造.
由“原子的核式结构模型”提出的历史可知：卢瑟福经过数学推算，证明了只有假设正电球的直径小于原子作用球的直径、α粒子穿越单个原子时，才有可能产生大角度散射.他从理论上探讨产生α粒子大角度偏折的简单原子模型，然后将理论推出的结果与马斯登和盖革的实验数据进行比较.马斯登和盖革进一步对α粒子散射实验进行改进（改变实验材料、靶箔厚度等），得到的数据与卢瑟福的理论分析相一致，肯定了卢瑟福的理论[5].原子核式结构模型的提出体现了科学探究的实证性和科学探究方法的多元性.
（三）对科学事业本质的体现
物理学的发展史还告诉我们：科学是一项复杂的社会活动，科学的研究方向受技术、社会价值等因素的影响.科学与技术、科学与社会相互促进又相互制约；科学研究中也有普遍接受的道德规范.准确记录实验数据、及时公开新的发现等是大多数科学家所应遵守的职业道德.另外，科学实验中活体实验物的使用和处理、科学研究是应用于军事还是其他对人类造成潜在危险的目的等都是敏感的道德问题；科学家既是专家也是公民，他们能帮助人们理解一些事情发生的可能性或原因.当个人利益、团体利益或社会利益受到威胁时，科学家们也会产生偏见.
如天文学上的一切发现和研究成果，离不开望远镜及其后端接收设备.1609年伽利略制成了第一架天文望远镜，并用它发现了木星的四颗卫星，证明地球不是所有天体运动的中心，为哥白尼的日心说提供了有力的证据.为了深入了解星体运动的规律，人们对望远镜不断改进，获得了许多重要的天文发现.20世纪40年代，射电望远镜成功冲破了银河系内星云尘埃等屏障，把天文学家的目光带向了河外星系.20世纪60年代天文学的四大发现（类星体、脉冲星、宇宙微波背景辐射、星际有机分子）都与射电望远镜有关.天文学的发展和望远镜的不断改进很好地体现了科学与技术的相互关系.科学可以启发我们提出新的想法，对事物产生新的认识，进而导致新技术的产生.技术的进步为科学发展提供更好的手段和条件，促进科学的发展.科学和技术相互依存、相互渗透、相互转化.
广岛原子弹事件以后，罗素和爱因斯坦发表了《罗素―爱因斯坦宣言》，宣言对核武器带来的危害深表忧虑，并呼吁世界各国领导人通过和平方式解决国际冲突.这份宣言获得约里奥・居里、马克思・玻恩等11位著名科学家的签名，其中有10位是诺贝尔奖获得者.1958年1月13日，世界上43个国家的9000名科学家致信联合国秘书长，要求立即签订一项停止核试验的国际协议.核武器的使用是社会各界一直关注的敏感的道德问题.面对核武器给人类和社会带来的各种危险，科学家们团结起来，通过科学分析和理性探讨，积极影响大众媒体、国际科学共同体和政府决策者，体现了科学家在参与公共事务时，既是专家又是公民.
三、利用物理学史进行科学本质显性化教学的策略
（一）设置显性的科学本质教学目标
设置显性的科学本质教学目标，即在教学目标中明确表示出要求学生掌握的科学本质内涵.我国高中物理课程标准中，除了科学、技术与社会这一科学本质内涵外，其他科学本质内涵均未显性呈现.在目标标准、内容标准及实施建议中，也未显性表述科学本质教学目标.因此，设置显性的科学本质教学目标是开展科学本质教学的前提.
以人教版高中物理教材必修一第四章第一节“牛顿第一定律”为例说明科学本质教学目标的设计.本节课主要涉及的物理学史包括：（1）亚里士多德、伽利略所处的社会、政治背景.亚里士多德是奴隶制的拥护者，在16世纪以前，他的运动理论处于统治地位.他对于力和运动的描述，是在他的运动理论下，通过直觉思考和形式逻辑得到的.伽利略处于文艺复兴之后思想大解放时期，文艺复兴打破了束缚人们思想的桎梏，激发了人们的探索欲望.（2）伽利略的理想实验.伽利略认为若没有摩擦阻力，球将永远运动下去，并设计斜面实验说明自己的思想.伽利略对惯性定律的描述是建立在观察和想象的基础上的.（3）伽利略、笛卡尔、牛顿对力和运动关系的认识.从科学的发展史上来看，伽利略、笛卡尔都对力和运动的关系提出了自己的观点，他们精确描述了物体不受力时的运动，却未能揭示力与运动的关系.牛顿在伽利略和笛卡尔工作的基础上，准确揭示了这一关系.
根据以上分析，本节课的科学本质教学目标可以设置为：（1）了解科学家所处的社会环境与文化背景会影响科学家的想法；（2）了解科学知识的产生依赖于观察和实验，但也离不开人类的想象和创造；（3）了解科学知识的累积性.
（二）设置引导性的科学本质问题
科学本质问题是指教师结合呈现给学生的物理学史，并根据科学本质教学目标所设计的问题，目的在于引导学生挖掘相关史料中所蕴含的科学本质内涵.在交流讨论的过程中，促进学生对科学本质内涵的理解.有效的科学本质问题，是实现科学本质教学的关键.
如人教版高中物理教材必修一第二章第六节“伽利略对自由落体运动的研究”的教学中，为了使学生理解社会环境、科学家的文化背景会影响科学家的想法和科学知识的公开性，可以设置以下问题：（1）为什么亚里士多德和伽利略会对相同的生活现象，提出完全不同的解释，得到完全不同的结论？（2）如果你是伽利略，当你发现了新的结论的时候，你会怎么办？当别人对你的新发现不屑一顾，并批评你胆大妄为的时候，你该如何面对别人的批评？笔者在教学实践中发现：如果直接向学生提问“亚里士多德为什么会得出错误的观点”，学生难以从科学家的文化背景和政治环境方面进行思考.
又如人教版高中物理教材选修3-4第十四章第一节“电磁波的发现”的教学中，为了使学生理解科学探究的预见性和实证性以及科学、技术与社会的关系，科学本质问题设置如下：（1）麦克斯韦如何建立“电磁场理论”预言了电磁波的存在？（2）赫兹如何验证电磁波的存在？（3）你知道电磁波的发现给人类生活带来了哪些变化？生活中该如何预防“电磁辐射的危害”？
（三）利用科学写作促进学生理解科学本质
日本人宫川松男在《技术人员的文章作法》一书中写道：写作可以提高专业知识水平、培养创造能力、使自己的想法系统化、获得整理能力等.科学写作在科学教学中具有内省与交流的作用，不仅能帮助学生梳理科学的研究过程，培养学生逻辑推理能力、合作能力、探究能力、动手能力和写作创新能力等，还能促进学生对科学本质的理解，培养学生反省思考的习惯.科学写作主要可以分为以下三类：（1）研究并阐述科学家个人及其对科学发展的贡献；（2）关于某一课题的发展史，如研究人类测量太阳和地球之间距离的发展史等；（3）对某一历史事件发表评价，如研究惠更斯和牛顿对光的本性的争论，比较谁的模型能更好地解释光的反射和折射现象等.
如人教版高中物理教材必修一第四章第一节“牛顿第一定律”的教学过程中，主要涉及牛顿第一定律概念的发展过程、伽利略的研究过程和方法、牛顿等人的研究及对后续的影响和发展.因此，本节课的科学写作可以设置为：（1）研究伽利略理想实验的提出背景，并说明理想实验在解释伽利略观点中的作用；（2）研究牛顿对物理学的贡献，有人说他的三个定律是他一生中最伟大的成就，你怎么看；（3）研究亚里士多德的观点和伽利略的观点，分析产生差异的原因.教师可以根据课堂教学情况，选择其一，让学生进行写作.
四、总结
利用物理学史进行科学本质教学，要求教师具有较高的科学素养，并适时关注学生的科学本质观的变化情况.教师可以利用课堂观察法、访谈法、文本分析法（分析学生的科学写作）等对学生的科学本质观进行简单的了解.然后在对学生科学本质观了解的基础上，选择物理学史，设置科学本质教学目标.科学素养的培养不是一蹴而就的，是一个循序渐进长期熏陶的过程.在平时的教学工作中，教师不仅要重视对学生科学素养的培养，还要注重自身科学素养的提高，以身作则影响学生的科学本质观，使学生的科学本质观得到全面发展.
参考文献：
[1]LeDeRmannG.Students’andteachers’conceptionsofthenatureofscience：areviewoftheresearch[J].JournalofResearchinScienceteaching，1992，29（4）：331-342.
[2]刘健智.中学生科学本质观的测量指标研究[J].教育测量与评价，2009（7）：32-33.
[3]abd-el-KhalickF，LeDeRmannG.improvingscienceteachers’conceptionsofnatureofscience：acriticalreviewoftheliterature[J].internationalJournalofScienceeducation，2000（22）：665-667.
生物学科的性质篇4
关键词：初中化学教学；学科素养
文章编号：1008-0546（2013）01-0002-03
中图分类号：G633．8
文献标识码：B
doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2013．01．001
在一次初中化学青年教师基本功比赛的即兴演讲的环节中，评委老师出了一个大胆的命题：如果化学不再中考，你会如何教？选手们基本上是统一的回答，即如果化学不参加中考将会如何注意激发学生兴趣，注重实验，开展探究，联系实际和启迪思维。言外之意，中考束缚了他们化学教学的手脚。最近，在一个大规模初中化学新教材培训会上，一位资深教师向教材主编发问说，教材习题中“铁生锈”不应该算作化学性质，应该加一个“能”字或“会”字，即“铁能生锈”或“铁会生锈”。教材主编解释说，这不是一个问题，并告诫初中化学不要教得这样死，也不要揪得这样细。这位教师还不依不饶地说，万一考到了是算错还是算对呢？绝大多数与会教师纷纷赞同这位教师的忧虑。
这两个事例很大程度上反映了当前初中化学教学的现状，即片面地放大了化学的中考功能，弱化了化学自身的学科功能。常常表现出教学的知识密密匝匝、面面俱到，不能使学生确立清晰的学科知识体系和稳固的核心概念；片面地加快教学进度，追求效率，即压缩知识形成的过程，拉长结果或结论的训练，压缩新授课课时，延长复习课长度等；只能看到显形的知识，不能看到知识背后的观念、思想与方法，知识抵达不到价值的层次。如此等等，初中化学教学很难上升到学科启蒙的高度。其主要原因：一是年级的特殊性。由于初中化学开设在初三，对化学学科的定位常常是中考学科而不是启蒙学科，中考成了化学教学的主要目标；二是教师学科素养的制约。初中化学教师的教学经历和教学视野长期囿于初中一年的化学教学上，教材中具体形态的知识不断清晰，而学科整体上的学科价值、学科思想方法和学科知识体系却不断模糊。
为此，笔者以为初中化学要回归学科启蒙性这一基本性质，从学科素养的角度出发，从学科本源和学科本质的高度立意，追求有学科品质的教学。以下具体论述初中化学回归学科素养，追求有学科品质的教学实践与思考。
一、 回归学科兴趣——多一点实验和多一些情境
初中化学是化学启蒙学科，兴趣理应是教学长期关注的基本目标，但是不少老师片面地追求进度和所谓的课堂效率，常常对培养学生化学学科兴趣缺乏设计和缺少耐心，使得教学远离了初中化学还是一门新学科的客观事实，化学学科兴趣的缺失成了化学教学中一个突出的问题。
针对当前化学教学的现状，化学学科兴趣培养尤其要注意这样两点：一是重视实验。实验是激发和维持学生化学学习兴趣的重要手段。虽然实验会增加教学成本，如教师准备的经历、课堂教学时间等，也增加了教师课堂组织管理的难度，而且有时候从知识的接受效率上来看，实验比不实验并没有明显的优势，但是实验可以产生很多教育附加值，如感知学科特点，增强学科兴趣，体会学科思想与方法等，更何况这些附加值会反哺学业成绩的提高。二是教学中少一些题多一些情境。现在很多学校实行的学案或导学案中把知识转化为了题目，教学过程演化成了做题、讲题的过程，学生学习变得没有兴趣。课堂作为学生体验学习的主要场所，要多一些情境少一些题，因为情境是指向学生内在的，而题往往是固着在知识上外在指令于学生的。情境可以是实验性的，可以是联系生活生产实际的，可以是科学史料或前沿科技的。的确需要的题尤其是作为教学过程中的题也要尽量设计为问题情境，避免生硬和简单化训练。
二、回归学科之基——凸显学科重要知识、核心概念和基本观念
化学重要知识、核心概念和基本观念是化学学科之基，也是教学中处理化学学科性与社会性的关系以及教学内容上多和少的关系的根本凭据。
1．要知道学科重要知识、核心概念和基本观念的内容范畴
就初中化学而言，氧气性质和实验室制取，碳及其氧化物的性质和二氧化碳实验室制取，铁、铝等金属的化学性质，常见酸碱盐的性质都是重要知识。化学反应、化学性质、分子、原子、离子、元素等是初中化学的核心概念。化学物质的多样性与元素的有限性的观点，物质是由粒子构成的观点，物质是由化学元素组成的观点，物质的结构、性质与用途相互联系的观点，化学变化中物质变化、能量变化与质量守恒的观点，化学与社会可持续发展是相互作用和影响的观点等是初中化学教学中应该形成的基本学科观念。
2．要清楚学科重要知识、核心概念和基本观念产生和发展的过程
这一点特别是对于核心概念和基本观念的教学尤其关键。比如元素概念的教学，如果仅仅局限在“元素是具有相同质子数（即核电荷数）一类原子的总称”上，学生一定会感到突然和抽象难懂。其实元素的本义是组成物质的基本成分之意，而“元素是具有相同质子数（即核电荷数）一类原子的总称”是化学上对于元素的定义，即化学元素的定义，但它仍然服从于物质基本成分的元素本义。元素概念的教学可以沿着元素本义、化学元素和科学元素观的线索，分三段进行。第一段是导入部分：自古以来，人们一直在探询组成千千万万的物质的基本成分，即元素，在中国古代哲人们就提出了万物是由金、木、水、火、土组成的，即“五行学说“，其实这五行就是五种元素。当然现在看来这是不科学的，到底组成世界的基本元素是什么呢？（从元素的本义引出概念）；第二部分是形成概念部分：近代化学家波义耳认为通过化学方法不能再分的成分就是组成物质的基本成分，即元素，这一观点得到了人们的普遍认同。例如水电解中水分成了氢气和氧气，所以水不是元素，而其中的氢原子和氧原子没有分，所以水是由氢元素和氧元素组成的。然后给出元素的化学定义即元素是具有相同质子数（即核电荷数）一类原子的总称，并结合事例进行说明；第三部分是确立物质组成和化学变化中科学的元素观念，以深化概念。出示地壳中、海水中、生物细胞中、月球中、来自外星球陨石中元素分布，让学生体会到化学元素是组成宇宙万物的基本成分。通过对具体反应的讨论，明确世界万物虽发生化学变化而元素是不变，从而升华和回归元素的概念。
3．就学科重要知识、核心概念和基本观念进行有效的教学
就目前教学现状来看，学科重要知识的教学进行较好而核心概念和基本观念的教学问题突出，集中反映在把核心概念和基本观念当作静态的知识来教，采用的方式以说教和训练为主，不能上升到建立认识和确立观念的层次上。例如，“物质是由粒子构成的”教学，如果通过简单的现象和科学事实告诉学生物质是由粒子构成的，粒子很小、运动和有间隔，然后进行大量的练习强化，这样的教学就是把“物质是由粒子构成”仅仅作为知识来教学。如果作为观念来教学，那就要让学生能确信物质是由粒子构成的并能用以看待和解释生活中的现象，也就是要持有物质是由粒子构成的基本观点。这样，以上的教学要作较大的改造，即通过生活中一杯水变少等现象引起学生关于物质构成的思考并显现学生已有的看法，随之提供一些典型现象和科学事实让学生假说、解释或获得科学证据，以不断检验和修正原有看法，从而初步形成物质是由粒子构成的观念。可见，核心概念和基本观念的形成是内生性的、建构性的，而不是外部的、强制性的。
核心概念和基本观念的形成往往还需要逐步的、持续的教学过程来加以深化。还是上例，随后“分子、原子、离子、电离”的教学就是在认识广度和深度上对物质是由粒子构成的观念上的丰富，教学时要注意与之前形成的粒子观念相呼应，在阶段性复习时还要进一步总结提升。
三、 回归学科思想方法——观察、比较与分类、假说
观察与实验、比较与分类、假说和模型是重要的化学思想方法。实验的方法前面已经提及，模型法在初中化学中体现不明显，这里就主要说明观察、分类和假说。
1．观察——科学探究的基本功
观察是科学探究的基本功。无论什么版本的初中化学教材，都把观察作为化学启蒙学习的内容，但是在实际教学中教师往往并不重视，不但在教学前期没有明确观察的内容和方法，而且在以后的实验中也不重视训练学生观察，使得学生缺乏观察的能力和耐心，以至实验课上学生常常是动手时热热闹闹而动脑时冷冷清清。化学教学中要通过明确实验目的来引起观察的动机；要通过清晰实验过程来明确观察的内容，观察的程序和观察的手段；要通过良好的教学组织让学生在实验中有充分观察的时间和安静观察的氛围，从而形成观察的良好行为习惯和心理习惯。
2．比较与分类——化学研究和学习的基本逻辑方法
在化学研究中，由观察、实验获得的大量化学方面的感性材料，必须经过比较和分类，才能够进一步进行归纳、分析等逻辑思维与科学抽象，才有可能形成基本概念，提出各种化学假说，发展化学理论。因此，比较和分类是化学研究的基本逻辑方法。比较是区分事物之间的相同点和不同点的逻辑方法。在初中教材中有很多体现，可以在教学上进行很好的实践。如分子与原子的比较，原子与元素的比较，物质组成与构成的比较，碳的几种单质性质的比较，二氧化碳与一氧化碳性质的比较，二氧化碳与氧气实验室制法的比较，几种金属性质的比较，常见的酸、碱、盐性质的比较等等。分类是根据事物之间的共同点和差异点，把研究对象区分为不同种类的逻辑方法。初中化学既在具体内容上体现了分类的方法，如物质变化的分类、物质性质的分类、物质的分类、元素的分类等等，而且在章节编排上也逐步体现了分类研究的思想，如第六单元标题是碳和碳的氧化物，第八单元标题是金属和金属材料，第九单元溶液，第十、十一单元常见的酸碱盐等。
3．假说——科学发展的推动力
科学的本质是探究，而假说赋予探究魅力和促进科学发展。在一定程度上看，化学科学发展过程就是不断假说和检验的过程，假说推动了化学新理论的形成。例如元素周期律发现过程就是一个不断假说和求证的过程：纽兰兹提出的“八音律”——门捷列夫根据相对原子质量排列的第一张元素周期表，同时预言了镓、钪、锗三种未知元素的存在——预言被证实，周期表的假说被人们接受——氩元素的发现修正了元素排列依据（即按原子序数排列），确立了元素周期表的现代形式。
基于假说对于化学学科发展的重要性，在教学中要充分体现假说，让学生深刻体会科学的魅力。其教学方式主要有：其一，渗透式地体现假说。例如，在进行元素周期表教学时，就可以适度介绍元素周期表的发展史，让学生体会到假说的科学魅力；其二，围绕假说开展探究性教学。例如，质量守恒定律的教学，可以放在科学史的背景下，由拉瓦锡从“45．0份质量的氧化汞加热分解，恰好得到41．5份质量的汞和3．5份质量的氧气”的实验提出了化学变化前后物质质量相等的假说切入，把白磷燃烧和铁钉与硫酸铜实验作为验证假说的角度展开教学，从而让整个教学因围绕假说而具有浓厚的探究性和科学人文性；其三，把假说作为一种教学过程，让学生象科学家一样去思考问题，体验科学的本质。例如，物质是由粒子构成的教学中让学生面对生活中的典型现象提出物质构成的一些假说，然后用这种假说再去解释一些现象，从而确立粒子的观念。再如，核外电子排布中“元素的性质与最外层电子数密切相关”的教学，先通过观察稀有气体最外层电子排布，提出稳定结构的假说，接着利用稳定结构的假说推测金属元素和非金属元素的活泼性，随后提供印证推测的客观事实，如氧气化学性质比较活泼，常温下和很多物质发生反应，氟的化学性质比氧气更活泼，在低温和黑暗的情况下也能同很多物质反应，从而把假说变成“元素性质与最外层电子数密切相关”、“结构决定性质”的科学认识。
四、回归学科基本技能的本质内涵——从怎么做到为什么这样做
化学实验基本操作、化学用语书写、化学基本计算是初中化学学科基本技能。这些技能需要一定量的强化训练来掌握，也需要通过内涵理解来体会。
1．有些技能可以进行理解性地教
例如，实验操作中的液体倾倒，可以让学生分析讨论为什么细口瓶的瓶塞要倒放在桌子上，为什么倾倒时瓶口要紧挨着试管口，为什么拿瓶子时标签要正对手心等等操作要求，这样理解性地教既使得教学深刻，而且又便于技能掌握。
2．有些技能要充分彰显其意义内涵，唤起技能学习的动机和领会技能所承载的价值
例如，化学式的书写，可以通过对“为什么用‘H2o’来表示水，而不用‘水’或‘water’”的讨论，来体会化学式是一种形式简洁而内涵丰富的符号，从而加深对化学式的理解和引起书写化学式的内在渴望。再如溶质质量分数的计算教学，先讨论“如何定量说明2g蔗糖完全溶于8g水与5g蔗糖完全溶于20g水哪一杯更甜”，概括出一定量溶剂中比较溶质、一定量溶质中比较溶剂、一定量溶液中比较溶质等基本思路，然后再从一定量溶液中比较溶质这种思路中引出溶质质量分数及计算。这种从技能的意义背景切入让学生体会到技能本质内涵的教学既促进了技能的有效掌握又突出了学科价值。
3．有些技能的教学要从基本原理出发，让学生知其所以然
例如，利用化学方程式进行计算的技能教学，首先并不要急于对列关系式及计算的基本格式进行教学，而是通过“2g氢气和8g氧气生成10g水”的深度辨析，让学生体会到化学方程式中各物质是相互制衡的，即一种物质的质量确定其它物质的质量也就被确定，这就是化学方程式计算的基本原理。体会到这一点，根据已知量列关系式也就不是一个问题。所以，技能教学不能单纯化和单一化，要从其内涵的角度丰富教学内容和提升教学目标，让技能教学变得有效和厚重。
初三化学是化学学科的起点，虽然从学科整体上看内容容量和难度相对较低，但是从学科启蒙的地位上看教学要求很高，而且现实存在的问题也很突出。学科素养是学科启蒙的主要内容，回归学科素养应该成为初中化学教学的主旋律。
参考文献
［1］
教育部《基础教育课程》编辑部组织． 中学新课标资源库：化学卷 ［m］． 北京：北京工业大学出版社，2004：6－12
生物学科的性质篇5
概念是中小学理科各学科新课程内容的重要组成部分，学生概念的形成与理解将直接影响后续学习的效果。在新课程背景下如何开展概念的教与学，如何发挥概念在学生认知发展、观念建构方面的教学价值，如何通过概念学习培养学生分析问题和解决问题的能力，如何在概念学习中提升学生的科学素养，等等，已经成为中小学理科教师必须研究解决的基本理论问题和实践问题。
北京教育学院“科学教育重点学科建设”工作以“理科各学科知识结构与教学实践研究”为学科建设方向，重点研究了理科各学科的概念体系及其教学实践，本期《课程与教学》栏目选取他们的部分研究成果，供广大教师借鉴和学习。
遗传与变异是生物体的最本质特征，也是生物进化的基础。[1]因此，对于遗传与变异的学习，在理解生命现象、提高生物科学素养方面起到了基础性的作用。在小学阶段，学生通过辨认常见生物、培养植物、饲养动物、讨论克隆技术等活动，已经对生物多样性、生殖与发育等生物学问题有了直观的了解，进而对遗传与变异的概念也有了感性的认识。在此基础之上，初中生物学新课标主要以遗传信息的物质基础与传递表达方式为切入点，要求教师在教授遗传与变异相关知识时，促使学生建立如下三个重要概念：
第一，生物能以不同的方式将遗传信息传递给后代。一些进行无性生殖，后代的遗传信息来自同一亲本；一些进行有性生殖，后代的遗传信息可来自不同的亲本。
第二，Dna是主要的遗传物质。基因是包含遗传信息的Dn段，它们位于细胞的染色体上。
第三，遗传性状是由基因控制的，基因的遗传信息是可以改变的。
笔者认为，这三个要求，涵盖了经典遗传与分子遗传的主要内容，有利于学生建构遗传与变异的概念体系，从而为高中以至更长远的学习活动打下坚实的基础。教师应该善于运用各种方法落实上述要求，促进重要概念的内化，提高教学的有效性。
同时，我们应该看到，课标对于遗传与变异重要概念的要求，大体上是按照“从高到低”的顺序排列的：首先谈到的是遗传信息的传递与表达方式，然后是遗传信息的物质基础，最后是遗传信息的基本定义。为了便于理解，我们将按照相反的顺序对课标要求进行逐一的解读，找出其内部联系，为更好地落实重要概念教学提出可行性的建议。
一、关于“基因”的定义
新课标中明确要求教师帮助学生建立“遗传性状是由基因控制的”“基因是包含遗传信息的Dn段”等重要概念，这就要求教师明确“基因”的定义。但是，迄今为止，“基因”的准确定义尚存在争议。特别是随着分子生物学的发展，人们又发现了移动基因、断裂基因、假基因、重复基因、重叠基因及一系列的调控序列，使基因的定义更加复杂化。无论是课标还是教材，初中教学当中已经出现了“基因”一词，这对教学而言是一种挑战。很显然，对于没有接触染色体精细结构、尚未学习中心法则的初中学生而言，还不能准确地从物质基础这个层面了解基因的性质与功能，从而不能理解遗传与变异的特征与目的。
笔者建议，对于遗传信息的物质基础，在初中阶段应予以淡化。显然，上述关于基因的复杂的定义，属于生物学事实的范畴。初中阶段的重点应该是从概念层面解释“基因”的本质。其实，从分离与自由组合定律（孟德尔）到连锁与交换定律（摩尔根），人们已经明确了两个问题：其一，生物体内存在着控制各个性状的、按照一定规律进行相互作用的遗传因子；其二，这些遗传因子在体内呈有规律的线性排列。虽然一直到摩尔根创立遗传染色体学说时，人们仍然不能从分子水平上揭示基因的结构与功能，但是对于上述两个问题的认识，足以从逻辑层面给出“基因”的定义：存在于细胞特定位置上的、按照某种数学规律进行相互作用从而控制性状的“基本因子”。这个关于“基因”的定义，可以作为一般概念呈现给初中学生；进而通过基因与性状关系的例子，就能够总结出“遗传性状是由基因控制的”这一重要概念。对于初中生物学教学来说，这是最重要的。因为，这种概念化的、抽象的知识，能够锻炼学生透过现象探究事物本质的思维能力，有利于学生抽象思维的发展，从而有利于学生创新能力的提高。
我们不难发现，上述关于“基因”的定义，对于科学教育也是有重要意义的。很大程度上是因为它描述了所有科学门类的共同特征：基本因素的界定、分类和相互作用分析。如经典物理中的“质点”、化学中的“分子”、普通生物学中的“细胞”等等，都是各个学科中的“基本因素”。只有准确定义了“基本因素”，才能在此基础之上进行演绎、归纳，使本学科具有了数理传统。反之，若未准确定义“基本因素”，则难于进行逻辑层面的分析，整个学科偏向于博物学传统。两种传统不仅影响了各个学科的特质，还影响了学生对于不同学科学习与复习的策略。从初中到高中，“遗传与变异”内容有了“基因”的定义，使得本段教学内容更加凸显理科特征，这是教师在教学中要注意的。
二、关于遗传信息的传递与表达
从新课标的要求来看，遗传信息的传递与表达是“遗传与变异”教学的重点，从分子基础（遗传信息的调控与改变）到细胞行为（无性生殖和有性生殖）都作了要求，这就要求教师在备课时关注以下三个方面的问题。
1.遗传信息流动
遗传现象大体上可以分为细胞核遗传和细胞质遗传，且目前可认为前者是“主流”，而后者是“支流”。显然，“支流”不会是中学教学的重点。但是，应该在讲解基因的细胞定位和遗传信息的流动时，适当提及细胞质遗传的概念以及对生物体性状的影响，使学生能够全面地了解遗传信息流动的过程，知道除细胞核外，细胞质对性状也有一定的控制作用，从而在概念层面理解细胞质功能的复杂性。另一方面，“主流”和“支流”的共性，是遗传信息的传递和表达，在本质上，都体现了“生物能以不同的方式将遗传信息传递给后代”这一重要概念。教师可以先列举常见的遗传现象（即生物学事实），如“种瓜得瓜，种豆得豆”等，帮助学生建构重要概念，以便于学生顺利地迁移应用和学习。
2.人类性别基因
在初学遗传与变异时，初中学生往往不能准确把握基因与性状的关系，不能准确把握基因、Dna与染色体的位置关系，从而认识不到人类的性别决定机制。学生能够通过各种渠道了解人类X和Y染色体，进而简单地认为性别不同的根本原因是X和Y染色体的形态不同。对于这个问题，除要适当地介绍遗传信息的物质基础外，还应该为学生建立这样一个认识：人类的性别，其实就是一种特殊的“相对性状”。例如，在人教版教材中就提到“近年来，科学家发现Y染色体上还有3个基因，决定的产生和成熟。最近，科学家又陆续发现了X染色体上与女性性别有关的基因”。在此处，教师就应该提示学生：基因与性状的关系，同样可以用来解释人类的性别决定。只不过性别决定的过程是多个基因控制着多个性状，从而塑造了不同性别。如果课时允许，教师还可以就此介绍一些由于染色体变异而导致的性别异常的现象，让学生认识到，从某种意义上讲，性别并不是严格区分为“雌”“雄”两种形式，而是存在“过渡”状态的。这对学生从系统的角度认识生物的复杂性，进而认识生物本质是有很大帮助的。
“人类性别基因”一节是初中生物学教学的重点和难点。而从内容上看，本节内容是课标所述三个重要概念的应用，即从人类性别决定的角度阐明了遗传的本质。因此，教师必须在讲授本节课之前，就完成三个重要概念的建构，从而指导学生把握遗传本质，进行下位学习。
三、关于“变异”的概念教学
“变异”作为初中生物学教学的难点，有两个问题是要深入思考的。
1.可遗传变异和不可遗传变异
初中课标要求学生知道变异主要分为两类：可遗传的变异和不可遗传的变异。可遗传的变异是由遗传物质的变化引起的变异；不可遗传的变异是由环境引起的，遗传物质没有发生变化。显然，某一变异是否可遗传，关键是看遗传物质是否发生变化，而不是影响生物体的因素。由于学生初次学习基因与环境的关系，故需要用恰当的实例来帮助学生建构可遗传变异和不可遗传变异的概念。如同样是“无籽”农作物，“无籽西瓜”的“无籽”性状就是可遗传的，而“无籽番茄”的“无籽”性状是不可遗传的。通过这样的实例，学生就会认识到，一种变异是否可遗传，取决于遗传物质是否发生了改变，从而紧扣重要概念的教学。
2.可遗传变异的来源
可遗传变异的来源主要有3个：基因重组、基因突变和染色体变异。要认识可遗传变异的来源，必须对遗传信息的细胞定位及流动方式有比较清晰的认识，故对于初中学生而言，是一个难于理解的知识点，教师可用一系列实例加以说明。例如，农牧业中传统的育种技术，实质上就是基因（染色体）重组；无籽西瓜、八倍体小麦属于染色体变异（数目的变异）；而镰刀型贫血症（在各版初中生物学教材中均有介绍）则属于基因突变。通过一系列的实例介绍，学生能够形成这样一个概念：突变的来源是多方面的，基因与性状之间的关系是复杂的。这与前面关于“表遗传学”的概念不谋而合，说明基因本身及其转录、表达调控，共同影响了性状的产生。通过展示这些生物学事实，学生就更加清楚“Dna是主要的遗传物质”“基因是包含遗传信息的Dn段，它们位于细胞的染色体上”以及“遗传性状是由基因控制的，基因的遗传信息是可以改变的”等重要概念，从而更加深入地理解遗传与变异对于生物进化的重要意义。
重要概念是基于学科事实的、对学生总体把握知识体系、进行后续学习的思维框架，对于学生理解学科本质、提高学科素养具有重要作用。[2]新课标明确指出：“生物科学素养是指参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学概念和科学探究能力，包括理解科学、技术与社会的相互关系，理解科学的本质以及形成科学的态度和价值观。”可见，所谓生物学的“重要概念”，就是基于生物学科具体知识的、代表本学科基本观念与思想的知识。只有从重要概念的高度审视生物学科教学，才能清楚什么是对学生终身发展和终身学习有用的知识，才不会使自己的教学拘泥于一个个具体的生物学科事实中，才能摆脱死记硬背的学习方式，进而对生物学科本质问题进行思考，凸显生物学科的理科特质。
参考文献
[1]吴庆余.基础生命科学(第2版)[m].北京：高等教育出版社，2006.
生物学科的性质篇6
生物信息学生物科学实践教学
生物信息学作为一门新兴的交叉性学科，综合生物学、计算机科学和信息技术试图，从大量数据中寻找具有指导和开创性价值的依据，为生命科学研究提供必要的、有效的系统模拟和信息预测结果。目前，生物信息学在生物医学、生物工程、植物学、动物学、生态学、遗传学、制药和高科技产业领域中的应用越来越广泛，产生巨大的影响力和推动力。
一、生物信息学在生物科学领域的作用
生物科学是研究生物结构、功能、发生和发展规律，及其与周围环境关系的科学。在分子生物学技术突飞猛进的发展过程中，生物科学从传统的个体及群体表征研究逐步演变为内在分子机制的研究，随着基因测序技术的发展，生物科学领域的研究不仅聚焦于生物个体的内在分子机制，同时还从大量的生物个体的基因数据中获取和解析生命的本质和规律，并以此尝试对生命过程进行干涉和改造。而在获取、解析、干涉和改造的过程中扮演重要角色的就是生物信息学。
生物信息学是在生物科学领域各个学科发展的过程中逐步产生的一门综合性学科，该学科在生物科学领域的应用极为广泛。目前，植物基因组研究取得了重大进展，水稻、大豆、小麦等农作物的遗传图谱、基因序列、基因组注释已公布于美国国立生物技术信息中心（nCBi）的生物信息数据库中。利用生物信息学的相关方法和技术能够对这些数据进行查询、统计和分析，从而更好地理解和认识植物基因组的功能，指导后续的科学研究和生产应用。传统的生物学分类方法已经鉴定及分类了成千上万的物种，但是随着生物科学的发展和认知，越来越多的物种在遗传进化上的分类依据较为模糊，而利用生物信息学结合传统的分类学可以更好的研究生物类群间（植物、动物、微生物等）的异同性、亲缘关系、遗传进化过程和发展规律，这在当今的生物分类学中应用日趋广泛。生物信息学还可以综合利用数学、统计学和计算机等学科对生态系统进行模拟和计算分析，探索物种间基因流动的本质，揭示生态系统的物质和能量循环规律，从而为找到决定生态系统平衡和稳定的根本因素提供重要的依据，帮助生态系统平衡的恢复。此外，通过生物信息学技术构建遗传工程菌，降解目标污染物的分子遗传物质，从而达到催化目标污染物的降解，维护生态环境的空气、水源、土地等质量，也是当今生态环境保护的新兴研究方向。
二、生物信息学的学科内容和课程要求
生物信息学主要由基因组学、蛋白质组学、系统生物学、比较基因组学、计算生物学等学科构成，主要涉及的内容有生物数据的收集、存档、显示和分析，体外预测、模拟基因及蛋白质的结构和功能，对生物的遗传基因图谱进行分析处理，对大量的核苷酸和氨基酸序列进行比对分析，确定进化地位等。从生物信息学的概念及其涉及的内容中可以明确生物信息学不是一门独立的学科，所以要求教师在教学过程中掌握多领域的知识和技能，才能较好地把握该课程。
1.高等数学和统计学基础
生物信息学将数学和统计学作为主要的计算理论基础，主要包括数学建模、统计方法、动态规划方法、数据挖掘等方面。此外还包括隐马尔科夫链模型（Hmm）在序列识别上的应用，蛋白质空间结构预测的最优理论，Dna超螺旋结构的拓扑学，遗传密码和Dna序列的对称性方面的群论等。因此，在生物信息学教学过程中要求教师具备数学及统计学的计算方法的基础知识，能够利用牛顿迭代法、线性方程回归分析、矩阵求拟、最小二乘法等进行数学建模和计算，从而对基因和蛋白质序列进行比对、进化分析和绘制遗传图谱等。
2.生物科学基础
生物信息学包含的生物类学科有，生物化学、分子生物学、遗传学等基础学科，基因工程、蛋白工程、生物技术等应用学科。根据其课程特点，学生在学习生物信息学课程前需要学习生物化学、分子生物学、遗传学、基因组学、蛋白质组学等基本生物学课程，对于基因序列、蛋白质序列、启动子、非编码区等概念有深刻的理解，同时需要对一些重要的生物学数据库有一定的了解，如美国基因数据库（GeneBank）、欧洲分子生物学实验室数据库（embl）和日本核酸数据库（DDBJ）等。此外，要求学生能够利用生物学数据库查找基因序列、蛋白质序列、基因及蛋白质结构模型，能够读懂数据库中基因和蛋白质的信息注释，能够计算蛋白质序列的分子量和等电点，能够为扩增特定的基因片段设计引物，能够对特定物种进行系统发育分析等。
3.计算机科学基础
计算机是生物信息学的主要辅助工具，利用生物信息学研究生物系统的过程需要能够熟练使用计算机对大量的生物信息数据进行处理和分析，这主要包括对数据信息进行搜索（收集和筛选）、处理（编辑、整理、管理和显示）及利用（计算、模拟）。所以，学生在学习生物信息学的过程中需要了解和掌握一些常用的生物信息学软件，如BLaSt和FaSta序列比对分析软件，oligo和primer引物设计软件，Vectornti、DnaStaR、DnaSiS等综合分析软件。此外，学生还需要学习和掌握一些常用的计算机语言，如正则表达式、Unixshell脚本语言和perl语言。
利用生物信息学在处理和分析海量生物数据的过程中，计算机软硬件资源需要配合处理分析软件的运行，因此要求计算机操作系统使用Unix和Linux操作系统，这些操作系统需要大量的操作命令进行输入执行过程，对于经常使用windows操作系统的学生来说是一个较难跨越的障碍。
三、生物信息学课程教学中存在的问题
目前国内大多数高校的生物信息学教学采用传统的教学模式，即以课堂式的理论教学为主，缺乏必要的实践教学。理论教学模式固定、教学方法单一、教学内容狭窄，通常是介绍性、科普性的课程，甚至作为公选课程。少数高校开展生物信息学的实践课程教学，但多以验证性实验为主，缺乏和专业相适应的综合性、设计性实验，而开放性实验更无从谈起。
1.教学模式固定单一
生物信息学在内容层面涵盖诸多学科领域，注重应用性和实践性。然而，目前大部分高校把生物信息学作为一门孤立的课程，这导致教师需要将大多数课程内容压缩到一门课程进行教学，在有限的教学时数下灌输大量内容，增加了学生学习的难度，降低了教学质量。再者，大多数高校仅开展生物信息学的理论教学，忽视实践教学过程，造成生物信息学理论与实践内容的脱节，使学生在学习完理论知识后难以深入理解和吸收，无法将所学的知识应用到后续的工作和学习中，最终未能体现出该门课程的价值。
2.教师专业背景薄弱
作为一门交叉学科，生物信息学的教学要求教师具有较强的数学、生物学和计算机科学背景。然而，目前从事生物信息学教学的教师即便具备深厚的生物学背景，但是多数教师在数学和计算机方面较为薄弱，并不具备完整的生物信息学知识体系，对生物信息学发展趋势也了解不多。在师资缺乏的情况下，院系开设生物信息学课程，教师为了完成教学任务，仅仅在教学中进行介绍性的讲解，在课程考查方式上通过小论文、综述和课外活动等方式完成该课程的学习。因此，无论是理论教学还是实践教学均无法实现该课程大纲的要求，从而影响学生对生物信息学课程的理解和掌握，生物信息学的实践操作能力更无从谈起。
3.实践教学薄弱，专业教材缺乏
生物信息学实践课需要学生在网络环境下用计算机学习nCBi数据库的检索与使用、序列比对分析软件的应用、蛋白质空间结构图视软件的应用、序列拼接软件的应用等。但是目前，大多数高校开设的生物信息学课程多以理论教学为主，实践教学课时非常少或者为零，学生对于生物信息学课程的学习仅仅通过教材上抽象的文字描述进行理解和掌握，这导致学生在理论课中学到的知识无法在实践课中进行验证或操作，严重影响了生物信息学的教学质量，也偏离了教学大纲中强调的重在培养学生实践操作能力的培养目标。
另外，目前还没有适用于生物科学专业的生物信息学教材。国内各大高校使用的教材多为国外教材的影印版或者中文翻译版本，这些教材偏重介绍生物信息学的理论和方法，涉及的实践内容较少，学生需要具有较高的相关知识才能接受和使用这些教材。因此，部分高校在生物信息学教学过程中往往使用自家编写的简化教材，从而造成生物信息学教学内容不统一，教学大纲混乱等情况。
4.实践课程经费不足，实践教学环境落后
当今，许多发达国家都很重视生物信息学的教学和研究，积极开展各种生物信息资源的收集和分析工作，培养大量生物信息学人才，为整个生物学的理论研究及其相关产业创新（主要是医药和农业）提供指导和支撑。国内对生物信息学的关注和认识起步较晚，其发展落后于国际发达国家。国家和高校对生物信息学的教学和科研资金投入力度不大，缺乏必要的仪器设备，生物信息学的实践教学条件得不到保障，比如大多数高校的生物科学专业没有相应的计算机实训室，配套软件也相对匮乏，落后于国际发展水平。
四、生物信息学教学模式改革的探索
1.修改理论和实践教学大纲，编写适用的实践教材
根据当今生物信息学的发展方向，制定和修改理论教学大纲，除了引物设计、基因和蛋白质序列比对、基因和蛋白质结构功能预测等基本内容外，还需添加系统进化树分析、聚类分析、蛋白质互作网络谱图等较为综合的内容。另外，增加实践教学课程比例，充实实践教学内容，结合理论教学内容增加综合性、设计性实验，适当提供科研环境，鼓励开展开放性实验。
目前国内并没有系统的、专业的生物信息学实践教材，因此针对高校生物科学专业方向的特点，联合多学科领域（数学、生物科学、计算机科学）编写相应的生物信息学实践教材，在制定、修改实践教学大纲和编写教材的过程中结合学生的接受能力，由浅入深，多设实例和相关练习，使学生循序渐进的理解和掌握生物信息学的原理和方法，掌握更多的生物信息学工具。
2.紧密联系科研、基于实践问题开展教学
通过实践教学把生物信息学教学与科研有机结合起来，能够促进教学与科研的共同发展。在紧密联系科研的过程中，采用基于问题的教学（pBL）方法，通过实践教学环节，培养和训练学生把所学的生物信息学的知识和方法应用于各种生物科学领域的科研活动中，通过解决实际问题训练学生的实践技能，从而促进教学与科研的双重发展。例如，在生物信息学实践教学中多加入生产和科研中遇到的经典实例，鼓励学生利用相关的生物信息学软件及相关的理论和方法解决问题。学生也可以选择自己感兴趣的课题，利用自己熟悉的、合适的生物信息学软件和相关知识开展课题研究。此外，专业教师在指导学生课题研究的过程中还可以发现理论和实践教学的不足，不断的完善生物信息学理论和实践课程大纲和内容，提高教学质量。
3.开展多学科实践结合的教学模式
生物信息学属交叉学科，包含了不同领域的专业知识和技能，为使生物信息学教学达到教学的目标，该课程教学需要采用多学科实践结合的教学模式。
多学科实践结合的教学模式是指联合不同领域、不同学科、不同专业的课程在教学的过程中结合生物信息学涉及到的知识和技能进行基础性、铺垫性教学。比如，在高等数学和统计学的教学过程中，针对生物信息学的需求，适当增加数学建模、统计方法、动态规划方法、数据挖掘等方面的基础内容，同时，开设实例实践教学，使学生理解和掌握隐马尔科夫链模型，牛顿迭代法、最小二乘法等方法的应用原理和规则；在生物科学专业课程设置上，尤其是实践课程的教学过程中，结合生物信息学涉及的引物设计、序列比对分析、基因及蛋白质结构功能预测等方面开展相应的设计性、综合性、开放性实验项目，使学生了解和掌握基本的生物信息学原理及软件的应用；在计算机科学的教学过程中，应根据生物信息学的需求，开设正则表达式、perl语言、R语言等课程学习，以及增加Linux和Unix操作系统课程学习，使学生在学习生物信息学前打好坚实的基础。
值得注意的是，生物信息学课程与其他课程的开设时间和顺序需要有一定的探索和评估，对于开设该课程的时间把握是开展多学科实践结合的教学模式的关键因素。过早开设生物信息学则会导致学生在不具备相应学科基础的条件下跨越式的接触生物信息学，无法理解和掌握相关的知识和技能；过晚开设则会使学生学习了相关学科知识和技能后，由于课程衔接不紧，导致在学习生物信息学时出现理解滞后和无法适应的现象。因此，针对不同专业和学科的特点，根据具体情况进行统筹安排，使生物信息学和其他相关学科课程有很好的衔接和过渡，以确保和提高生物信息学的教学质量。
五、结语
生物信息学是现代基因组学时代的开阔者，也是生物科学研究的重要的工具和载体。针对生物信息学的特点，高校生物科学专业课程设置、教学方法、教学模式和教学软硬件等需进行一定的改革，将多学科实践结合的教学模式运用到生物信息学的教学实践中，在提高教学质量的同时将更好的提升学生科研、应用和创新能力。
参考文献：
[1]郝柏林，张淑誉.生物信息学手册[m].上海：上海科学技术出版社，2002.1-10.
[2]GUYD，noeLe，miKea.Usingbioinformaticstoanalysegermplasmcollections[J].Springernetherlands，2004.39-54.
[3]王春华，谢小保，曾海燕.深圳市空气微生物污染状况监测分析[J].微生物学杂志，2008，28（4）：93-97.
[4]张菁晶，冯晶，朱英国.全基因组预测目标基因的新方法及其应用.遗传，2006，28（10）：1299-1305.
[5]周海延.隐马尔科夫过程在生物信息学中的应用.生命科学研究，2002，6（3）：204-210.
生物学科的性质篇7
关键词科学本质美国教材教材比较
中图分类号G633.91文献标志码B
科学本质（natureofscience，noS）是近年来教育改革中的热点问题，许多国家都把科学本质观教育纳入了国家课程标准中。美国的《国家科学教育标准》中提到，从幼儿园开始，教师就要帮助学生打下基础来更好地理解科学的本质，并且对不同年段的学生提出了不同的要求，家长、学校等也必须了解学校所讲授的科学的本质。我国的《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称《标准》）中也提出“学生通过高中生物课程的学习，将在以下各方面得到发展：获得生物科学和技术的基础知识……认识科学的本质……”生物学教材是课程标准在操作层面上的具体体现，应当将生物课程的教学与科学本质联系起来，帮助学生形成完整的、当代的科学本质观念。基于此，笔者对美国主流生物教材――《生物・生命的动力》、浙科版及人教版高中生物教材进行比较分析，并尝试性地对我国生物教材中涉及科学本质内容的编制提出一些建议。
1研究方法
1.1研究依据
由于不同国家的不同的教育学家、哲学家等对于科学本质的理解并没有达成完全一致，而许多教育改革文件中普遍强调了科学本质的10个方面（表1）。因此，下面根据这十个方面对中美高中生物教材中科学本质内容的呈现进行统计分析。
美国《新一代科学教育标准》（thenextGenerationScienceStandards，nGSS）中包含了8个方面的对于科学本质的基本认识，分别是：（1）科学知识是通过多种途径获取的，科学研究运用多样化的科学方法；（2）科学知识以经验证据为基础；（3）科学知识是开放的，在新的证据下不断接受修正；（4）科学模型、定律、原理和理论是解释自然现象的工具；（5）科学是一种认知途径；（6）科学假定在自然系统中存在某种规则和一致性；（7）科学是一项人类共同为之奋斗的事业；（8）科学致力于研究有关自然和物质世界的问题。本研究就是基于此科学本质的认识而开展的。
1.2研究材料
2套国内高中生物必修教材，分别是浙科版（2005）、人教版（2007），国外教材选择的是美国高中生物主流教材之一《生物・生命的动力》（2004），选择分析的章节为教材中的所有章节。
1.3赋值规则
为了便于教材间的比较，参考哈利克开发的赋值类目，对各个材料不同章节中的关于科学本质的表述进行赋值。莱德曼曾提出，对于科学本质观的教育应是显性的，而不应是隐性的“做中学”。因此，对科学本质的显隐性呈现进行了区分：
3分要求：①显性并正确地表述科学本质。②所表述的科学本质与相关的章节内容一致。
2分要求：①显性并较确切地表述科学本质；②表述虽不完善但与相关章节内容一致。
1分要求：隐性（即能慕滩闹型贫铣鱿喙氐目蒲П局使郏┎⑶颐挥杏胫不一致的关于科学本质的表述。0分表示：教材中没有显性或隐性地提到关于科学本质的内容。
-1分表示：隐性地不当地对科学本质的表述（包括表述不当或表述与材料不一致）。
-2分表示：显性与隐性混合且不当的表述（包括表述与材料不一致或显隐性表述相矛盾）。
-3分表述：显性地不当地对科学本质进行表述。
2结果与分析
教材比较的结果见表2。
2.1科学本质内容的出现频率比较
从完整度上来分析，可得出各版本教材涉及科学本质内容的百分比分别为：美国教材为100%、浙科版教材为60%、人教版教材为60%。美国教材完全涉及了科学本质方面的10个方面，而国内教材中关于科学本质内容的缺失率高达40%，缺失点主要在“观察推论”“科学理论”“科学定律”这几个方面。三类教材中“科学知识的暂定性”的表述出现频率普遍较高，各版本教材多以生物科学知识的发现过程来进行呈现；其次为“科学知识建构的社会性”“创造力的作用”“以实验和观察为依据”及“理论负荷”这几方面，其中，“科学知识建构的社会性”主要以其他科学家对于某一位科学家的理论进行质疑、重复验证等来呈现，“创造力的作用”主要是通过科学家对细胞分裂过程的时期划分以及对细胞膜的流动镶嵌模型的设想来表现。值得一提的是，在“观察与推论的区别”“科学理论”“科学定律”这三方面，美国教材中均准确并明显地进行了表述，但是国内教材完全没有体现。
2.2科学本质内容显隐性水平比较
在美国、浙科版、人教版教材所呈现的科学本质内容中，显性呈现频数分别：14、4、4，主要体现在“以观察和实验为依据”“创造力的作用”及“科学知识的暂定性”方面，如“科学家还会不断提出新的假说来解释观察到的现象，对此也不必惊奇，因为根据新的证据或观点来不断地修改理论正是科学的本质”。而完全显性呈现科学本质内容的频数分别是：5、0、0。由此可见，国内教材中关于科学本质的表述还远远不够明确；除去0分外（分别计0、4、4）各教材隐性表述内容所占百分比分别是：57.6%、77.8%、86.7%。可见三类教材中科学本质的表述多为隐性。
2.3科学本质内容表述准确情况比较
从总分上来看，美国教材得分高于浙科版和人教版教材，不仅仅是因为美国教材所呈现的科学本质内容比较完整，更重要的是美国教材对于许多科学本质内容的描述比较准确，3分、2分的得分频率较高。然而，在关于“科学方法”的谬误方面，美国教材出现了显性表述矛盾的现象，在第一章要点中明确提出“科学家运用各种科学方法来研究和解决问题，但并不是每次的研究都需要用到所有的方法，而且各种方法的使用次序也不是固定不变的”，而在技能手册中又提到“生物学家的研究过程通常是先提出问题，再作出假设，验证假设，最后得出结论来解释自然事件和现象”，假设、实验等都是科学研究方法，前后内容明显产生了矛盾。在浙科版教材中也出现了这种显性表述不当的现象。
基于以上的比较分析，对我国教材中科学本质内容的编制提出的建议有：①应在《标准》中明确科学本质的内涵。虽然《标准》中提出要帮助学生理解科学的本质，但是并没有阐明科学本质的具体内涵，以至于教材编写者及一线教师不知道该在哪块教学内容中具体渗透什么样的科学本质观，而美国的nGSS中要求将科学本质渗透到学生的学习中去，并提出了学生的预期表现以评价学生科学本质观的水平，操作性更强。②教材中应该完整、显性地呈现相关的科学本质内容。从比较来看，国内教材完全没有做到这一点，教材中大多数是知识的讲解及其应用内容，而较少涉及到知识建构的社会性及理论、定律等本质内容，并且，知识的暂定性、理论负荷等方面只能依靠隐性的推断，这容易误导学生认为科学知识就是绝对的确定的真理，只要去探索就一定能有发现而忽略了探索者本身应具有丰富的理论知识、坚定的信念等。同时，《标准》中常常提到要帮助学生理解生物科学、技术和社会的相互关系，但是，在国内教材中却只有生物科学对社会的作用而鲜有社会文化、不同领域对于生物科学的影响。③应改变菜单式的科学探究活动的安排，增加动态的科学探究，尽管各国一直倡导要培养学生的创新思维，但是在教科书中却常常出现按部就班的所谓的科学探究的一般过程等内容，这会让学生看不到科学发展的真正过程并陷入思维定式，认为科学探究只有一种确定的过程――观察、提问、假设、实验、收集证据获得结论，同时也不利于科学本身的发展。
参考文献：
[1]国家研究理事会.戢守志，译.美国国家科学教育标准[S].北京：科学技术文献出版社，1999：170.
[2]中华人民共和国教育部制订.普通高中生物课程标准（实验）[Z].北京：人民教育出版社，2003：7.
[3]严文法，李彦花.美国高中化学教材中科学本质的呈现研究简介[J].国内外化学教育动态，2009，（6）：52.
生物学科的性质篇8
论证式教学;论证;科学史
科学的本质是基于证据的思想、解释与辩解，是证实和证伪的过程。论证式教学是指将科学研究方式引入课堂教学，让学生经历类似科学家的评价资料、提出主张、为主张进行辩驳等过程，从而培养学生科学的思维方式。论证是指围绕某一论题利用科学的方法收集证据，运用一定的论证方式解释、评价自己及他人证据与观点之间的相关性，促进思维的共享与交锋，最终达成限定条件下可成立的结论的活动。科学教育中实施论证式教学有利于学生对重要概念的理解，促进学生对科学概念的建构、科学探究的深入开展以及学生论证能力与解决问题能力的培养。
人教版《高中生物・必修2・遗传与进化》中的“Dna是主要的遗传物质”一节，提供了人类对遗传物质的探索历程丰富的科学史，展示了科学家如何逐步通过实证的方法获得相应科学结论的过程，也体现了科学技术的发展对科学认识的影响过程。复习教学时，可以通过论证式教学，解决学生普遍存在的“小鼠对两种类型肺炎双球菌的免疫过程是什么样的？”“转化因子为什么是遗传物质？”“艾弗里的实验既然已经证明Dna是遗传物质，为什么赫尔希和蔡斯还要用噬菌体侵染细菌做实验得出相同的结论？”“赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌能不能证明蛋白质不是遗传物质？”等四个疑问。
二、论证式教学设计思路
针对学生的四个疑问，以“Dna是主要的遗传物质”为主题，展开基于论证式教学策略的复习教学。通过问题设置、补充资料、还原科学史实，使得论证主题情境化，沿着“转化因子遗传物质Dna是遗传物质Rna是遗传物质Dna是主要的遗传物质”论证框架，逐步深化学生对“Dna是主要的遗传物质”这一重要概念的理解，并通过设置“质疑和辩驳”课堂活动环节，激发学生的复习热情和兴趣。再把相关生物变异、免疫调节、Dna分子结构、Dna分子杂交等重要概念穿插于复习教学中，使得学生体验和领悟科学精神以及科学、技术之间的相互影响。
论证是从学生活动“质疑举证：蛋白质是生物体的遗传物质”导入，再以“肺炎双球菌的转化实验”“噬菌体侵染实验”和“重组烟草花叶病毒接种实验”为主体展开对“Dna是主要的遗传物质”论证，最后归纳总结作为遗传物质应具备的基本条件。论证过程力图使学生领悟到：一个正确的结论可以通过不同的方法获得，从而认同科学结论获得的最基方法是实证方法，人类对科学的认识是不断深化和不断完善的过程。其中补充“两种肺炎双球菌的遗传关系”“肺炎双球菌引发人患肺炎和鼠患败血症的生理机制”等资料，对格里菲斯、艾弗里的肺炎双球菌转化实验进行方案与思路的还原，穿插引导学生运用生物变异、Dna分子杂交技术等概念解决“转化的分子机制”问题、运用免疫调节的知识分析“R型活菌与加热处理的S型死菌混合条件下在小鼠体内的数量变化”等问题。最后引导学生归纳Dna作为遗传物质的结构特性和功能特性。
通过上述论证教学，还引导学生认识“从微生物培养技术到物质分离提纯技术，从同位素标记技术到病毒重组技术，从X射线衍射技术到化学物质含量测定技术”等科学技术的发展对科学发展的影响。
二、论证式教学与反思
1.“蛋白质是生物的遗传物质”的论证式教学
学生通过回顾蛋白质相关知识，围绕主张“蛋白质是生物的遗传物质”从正、反两个方面提出相应的质疑和支持的证据。
证据①：组成蛋白质的氨基酸种类有20种，由于氨基酸的种类和数量不同、排列顺序不同，空间结构具有多样性，具有贮存大量信息的潜能。
证据②：蛋白质的功能具有多样性，其作为酶能够控制代谢，进而影响生物的性状表现。这与遗传物质能控制生物新陈代谢和生物性状相同。
证据③：蛋白质具有种属的特异性，遗传物质也具有种属的特性。
质疑①：蛋白质不能进行自我复制。这与遗传物质能够传递给子代不符。
质疑②：蛋白质的结构和含量不稳定。这与遗传物质具有结构和含量的相对稳定不符。
质疑③：蛋白质的结构和活性易受外界条件影响而改变。
2.“格里菲斯的肺炎双球菌体内转化实验”的论证式教学
围绕“死亡小鼠体内的S型活菌从何而来？”和“R型活菌如何转化S型活菌？转化机制属于基因突变还是基因重组？”这两个问题展开论证式教学。首先，教师在课前将补充资料和还原后的格里菲斯实验过程、结果整合成主题案例资料，以便学生课堂阅读，并布置学生根据上述两个问题提出主张和搜集证据。其次，展示学生依据资料提出个人的主张。再次，通过质疑与辩驳，学生基于证据，对自己的主张提供解释和补充证据，对他人的主张进行质疑。最后，对主张进行修正和限定，达成共识。
资料1：S型细菌有荚膜，其荚膜多糖称为内毒素，是一种抗原物质，对动物体有危害作用。当S型细菌被吞噬细胞吞噬后，由于荚膜的保护，能抵抗吞噬细胞的吞噬和消化，从而在细胞内迅速增殖、扩散，引起人患肺炎或鼠患败血症。而R型细菌无荚膜，则能被吞噬细胞吞噬、消化，所以不能使机体患病。
资料2：R型和S型是同一物种不同品系。R型是S型自身合成荚膜的基因突变形成，即R型是由于S型发生突变而丧失了合成荚膜能力而形成。R型和S两型可以相互转化。S型分为许多种亚型，分别被称为SⅠ、SⅡ、SⅢ等，其物质基础是构成荚膜的多糖存在差异。不同亚型的S型肺炎双球菌都能突变形成相应的R型，它们又都能发生回复突变形成相应的SⅠ、SⅡ、SⅢ，但只能发生同型突变（SiRi、SⅡRⅡ、SⅢRⅢ）。
资料3：还原后的格里菲斯实验
①问题1：死亡小鼠体内的S型活菌从何而来？
初步主张：观点①加热处理不完全，残余的S型活菌伤后复原繁殖产生;观点②S型死菌死而复生;观点③R型活菌自发突变形成，与加热杀死的S型死菌无关;观点④R型活菌在加热处理的S型死菌的作用下转化产生;
基于证据的辩驳：针对观点①②，学生提出质疑的间接和直接两种证据。如证据①：蛋白质高温变性失活，是不可逆过程（间接证据）;证据②：第三组实验结果小鼠健康存活表明，加热处理已致S型活菌完全死亡。针对复活观点，学生补充提供了其通过网络搜集的证据，格里菲斯在1933年，在体外用S型细菌的无细胞提取物与R型活菌混合培养实验，仍然发现S型活菌的出现。证据③：第一组实验结果表明，实验过程中，R型活菌没有自发突变形成S型活菌（直接证据）。
归纳解释：R型活菌发生性状的转化，且这种转化可传递给子代。这表明R型活菌的遗传物质发生了稳定性的变化，这种可遗传变异与S型死菌有关。
完善主张：在加热杀死的S型菌中存在某种促成这种转化的活性物质（转化因子），这种转化因子将无毒性的R型活菌转化为有毒性的S型活菌。
②问题2：“R型活菌如何转化S型活菌？转化机制属于基因突变还是基因重组？”
预设主张：观点①R型细菌自身的基因发生突变转化形成;观点②R型细菌获得S型死菌的有关特异性荚膜合成部分遗传物质，通过基因重组实现转化。
支持辩护：先引导学生比较两种观点，使其明白两种观点的主要区别是对转化因子作用的界定上，观点①认为转化因子的作用是诱变剂，而观点②认为转化因子的作用则是遗传信息的载体，即转化因子是遗传物质。再启发学生进行反向推理，最后利用提供材料进行判断。如若是基因突变，则Rii型细菌只能发生同型突变形成Sii型细菌，而实验分离得到是Siii型细菌，从而否定观点①，而支持观点②。
完善主张：R型活菌发生性状的转化的本质由于其接收了加热杀死的S型细菌的部分遗传物质，并实现重组整合形成的。
教学过程中，学生往往提出有关“为什么加热没有使遗传物质失活？”问题，此时教师可直接补充“加热所使用的温度”与“遗传物质的热稳定性”等资料加以说明，也可“留白”，让学生课后自己搜集材料思考。
本环节教学中，教师还设计两个问题来观察学生对这一主题是否真正理解，以及学生能否运用实证的方法获取相关经验。问题①：请用现代生物学相关方法区分Rii活菌是转化为Sii型，还是Siii型？问题②：请分析格里菲斯第四组实验小鼠体内两种类型细菌的数量变化？值得欣慰的是，关于第一个问题学生在教师引导下能够提出三种解决方案：①微生物形态结构显微观察;②Dna分子杂交技术;③免疫反应抗体分析。关于第二问题学生也能做出正确判断：R型先降后升，S型从无到有。
3.“艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验”的论证式教学
先抛出“艾弗里的实验结论不被当时大多数科学家接受”的史实引发学生疑问，接着展示还原后的真实的艾弗里实验方案，再让学生对比教材编者处理过的实验方案，使得学生认识到虽然物质分离方法不同，一个采用现代提取分离提纯技术，一个采用酶解逐个成分去除技术，但实验设计思路是一致的。从中提示学生注意艾弗里采取上述方法是受限于提取分离技术，使其初步认识到技术与科学之间的关系。最后，引导学生分析实验现象，肯定艾弗里实验结论的正确性。并简要补充介绍当时社会背景和一些导致艾弗里成为诺贝尔奖遗漏之珠的科学事件，让学生领悟科学发展的曲折以及科学精神。
4.“噬菌体侵染细菌实验”与“重组烟草花叶病毒接种实验”的论证式教学
关于噬菌体侵染细菌实验的复习，先通过问题引导学生思考实验材料选择的依据，并从材料选择引出实验设计思路。然后引导学生思考该实验如何实现Dna与蛋白质分离的观测，得出同位素标记方法。接着引导学生将实验现象和实验结论有机联系起来。再运用反证法说明蛋白质不是遗传物质。重组烟草花叶病毒接种实验方案则作为补充资料，用来修正“Dna是生物的遗传物质”这一主张。并通过细胞生物和非细胞生物的遗传物质比较表，进一步完善、达成共识“Dna是主要的遗传物质”。
生物学科的性质篇9
一、化学基础知识的结构化教学
化学的研究对象是客观存在的物质及其变化规律。物质世界的层次性和结构性，决定了化学教学内容的层次性和结构性，从整体来看，化学学科知识可分为如下知识板块：基本概念、基础理论、元素与化合物知识、化学计算、化学实验等。每个知识板块都有一条知识主线，各知识点之间互相联系，交织成知识网络，并体现出各自的层次性和结构性。
以元素与化合物知识为例，其基本内容及结构如下：
同时，使学生明确这样一条知识主线和思想：物质的结构决定物质的性质，物质的性质决定物质的用途。在教学过程中，教师以这样的结构进行程序性和结构化教学，学生也以这样的结构进行程序性和结构化学习，从而使化学基础知识形成特有的条理性、系统性和联系性。
当然，这只是“元素与化合物知识”板块内部提出的结构化思路，能够体现出知识板块内部各知识点的系统性和联系性，为了更好地掌握化学基础知识，还要建立化学基础知识板块之间的结构化联系，这就要挖掘知识板块之间的交叉点和联系性，如元素与化合物知识板块中必然要涉及基本概念与基础理论的知识，如原子、分子、离子、化学式等基本概念及氧化还原反应、离子反应、离子方程式、物质结构等基本理论，始终贯穿于元素与化合物知识之中。
二、学科间综合能力培养的结构化教学
“3＋X”考试改革，它要求学生不仅要学好各学科的基础知识，还要注意把握各学科知识之间的联系，培养具有创新精神、实践能力和终身学习观念的综合型人才。鉴于学科知识的复杂性，知识交叉点多，使学生和教师感到无从下手，如果建立起学科间交叉知识的结构化模型，则可以提纲挈领，举一反三，达到事半功倍的教学效果。因此，对化学学科来说，不仅要立足本学科知识，掌握化学基础知识，还要发挥学科独特的基础性和综合性优势，把知识掌握与综合能力培养结合起来，挖掘化学与数学、物理、生物以及政治、历史、地理等学科的知识联系和交叉点，建立化学与各学科知识交叉点和化学应用在其他各学科中以解决实际问题的结构化模型，从而准确、高效地解决实际问题。这既注重了应用化学知识解决其他学科的问题，又可以将紧密联系其他学科的思想方法应用于化学学习和研究中。转贴于
我们可以建立如下化学与其他学科知识交叉点的结构化模型：
三、化学基础知识应用与创新综合能力的结构化教学
学习贵在应用，从培养实用型、应用型和创新型人才角度考虑，综合能力主要表现在应用各学科知识及研究方法来解决生活中实际问题，强调知识掌握的灵活性、开放性、实用性和研究性。因此，中学化学的教学不能只顾及知识掌握的多少，而应关注社会热点和实际应用，引导学生应用相关知识解决生产生活中的实际问题，培养和提高学生多角度、多维度、多层次分析问题和解决问题的能力。这就要突破思维的定势和限制，引进新信息、新思想、新技术、新发明和新成果，关注科技发展的新情况，如人类基因图谱的研究、纳米技术与纳米材料、超导技术以及光（量）子计算机和神经网络计算机等。
为了使解决问题的方法简易、途径简捷和过程易操作，建立解决实际问题的结构化模型是有必要的。一般来说，解决一个实际问题，可建立如下结构化的思维模式：
（1）已知条件有哪些，目标是什么，要解决该问题需要哪些前导性知识。
（2）该问题涉及哪些相关学科知识，已知条件能否转化，能否引入辅助元素，拟定出解决问题的具体方案。
（3）执行方案时将引入哪些新问题，如何修正。
（4）研究、讨论后提出最佳方案。
生物学科的性质篇10
叶片开闭机制
现在，科学家通过显微镜观察已经知道，植物的睡眠运动是由叶柄上一种叫做“运动细胞”的特殊细胞膨胀或收缩引起的。运动细胞吸水涨大后叶片就张开，运动细胞排出水缩小后叶子就会闭合。
调节这种运动细胞的体积变化是在细胞膜的“钾通道”――根据生物钟按一定的时间周期开闭钾离子通道，伴随着钾离子从通道的出入，水或是进入细胞内或是跑出细胞外。其实，从20世纪初，许多研究者就考虑到存在控制这种叶片运动的生物物质，并尝试进行分离，但最终没有取得成功。
20世纪80年代，德国一名科学家在报告中称发现一种名叫“太酷灵”的有机化合物，是控制叶片开闭运动的新的“植物激素”。这个报告引起全世界的关注，并把它与当时著名的植物生长激素“茁长素”或赤霉素并列为重大发现。
与此同时，有些科学家也提出了异议，认为“太酷灵”分子内有显示强酸性的硫酸基，难以设想在中性植物体内有那样的强酸性物质以游离态存在。事实上，最近的研究也显示“太酷灵”对叶片开闭几乎不起任何激活作用。
另一方面，从显示使叶子闭合的活性来说，专家认为“太酷灵”的活性与有机分子主题无关，仅是由其分子内硫酸基的酸刺激引起的。研究表明，当时德国科学家在分离过程中误把酸性当作激活条件，结果丢失了真正的生理活性物质。为此，专家在中性的条件下对真正的生理活性物质进行分离。
控制植物运动的物质各不相同
目前，科学家通过从植物提取的几千种化合物中萃取生理活性物质的分离实验，最终成功地分离出两种生理活性物质，并确定了它们的分子结构。一种是让植物叶片闭合的“睡眠物质”，另一种是让植物叶片张开的“觉醒物质”。植物的睡眠运动就是由这两种性质相反的物质控制的。
由于事前谁也没有料到生理活性物质会是两个种类，为此在分离过程中不知不觉使它们之间相互否定，没能很快发现生理活性物质。后来开发了正确区分睡眠物质与觉醒物质的方法，才获得成功。这种分离法研究了10年之久，它从十几千克的物质中最终分离出的生理活性物质仅仅几毫克。
迄今为止，科学家已经从含羞草、决明属、叶下珠属、铁扫帚、合欢属5种豆科植物中各自成对地分离出了“睡眠物质”与“觉醒物质”。每种植物的这些活性物质对于其他植物完全不起作用。例如即使将合欢属的“睡眠”或“觉醒”物质以10万倍的浓度作用于含羞草，也完全没有效果。
这说明每种植物的生理活性物质都不一样。这一发现了控制所有植物运动的生理活性物质都是相同的假说。
另一方面，我们知道顶合欢、缅甸合欢、欧洲合欢分类上属于同一属的植物，故具有共同的生理活性物质。这样，控制睡眠运动的生理活性物质因所属而不一样，这说明睡眠运动这种现象是在进化中的某阶段获得的。
睡眠物质结构
那么，生物钟是怎样控制植物“睡眠运动”的呢?通过对叶下珠每隔4小时采集、萃取，测定其体内的生理活性物质的浓度变化，结果发现，“觉醒物质”的浓度几乎全天恒定，而“睡眠物质”的浓度却是白天减少，夜间增加。由此通过测定觉醒物质与睡眠物质的浓度平衡与否的变化，可以确定叶片是闭合还是张开。
专家通过实验，还了解到睡眠物质的浓度变化起因于化学反应，并且彻底查明了叶下珠的睡眠物质由所谓配糖物组成。配糖物是由葡萄糖与总称为配质(糖苷中的非糖物)结合的化合物。
白昼，因为配糖物的葡萄糖被水分分解成非糖物，所以睡眠物质浓度减小而叶片张开。一到夜里，葡萄糖再度与非糖物结合使睡眠物质激活，所以叶片闭合。即通过葡萄糖与非糖物粘合或分离，起到了叶片开闭运动的开关作用。专家认为这个开关由“β―葡萄糖苷酶”控制。
另一方面，铁扫帚的情形与叶下珠的情形正相反，张开叶片的觉醒物质组成配糖物的结构，一旦到闭合叶片的傍晚。觉醒物质被水分解为非糖物，推动了活性，其结果是睡眠物质的浓度相对提高，叶片闭合。
揭开生物钟之谜
从以上结果，我们能够将由生物钟控制的睡眠运动调节机制归纳如下，即睡眠物质与觉醒物质都是糖苷结合在配基(非糖物)上的配糖物。一到某个特定的时间，生物钟让β―葡萄糖苷酶激活加水分解配糖物，结果两活性物质间的浓度平衡发生变化引起睡眠运动。再者，专家通过带荧光色素的生理活性物质实验，获知生理活性物质直接作用于植物叶枕部分的运动细胞。专家认为各植物的运动细胞膜仅对所属的生理活性物质存在受容器。这也说明，不是该植物的生理活性物质，由于没有所属的受容器，所以不起作用。
让豆科植物“失眠”
那么，豆科植物究竟为什么要睡眠呢?达尔文在《植物的运动》一书中称，是“为了保护身体免受夜间低温的侵袭，采用闭上叶片的睡眠的方法”。20世纪70年代生物钟理论权威则认为，是为了防止因月光引起生物钟的复位。
不管植物“睡眠”是为了躲避夜间的低温还是夜间明亮的月光，这些说法都缺乏实验上的科学依据，也就是说人们一直不能制造出不“睡眠”即不闭合叶片的豆科植物。现在科学家终于可以让植物不“睡觉”了。他们合成了一种阻碍铁扫帚“睡眠”的物质，将这种物质作用于一株铁扫帚，果然它的叶片就张开了。这种植物由此患上了“失眠症”，叶片一直张开着。由于不睡觉，结果这株植物受到了伤害，两周后完全枯萎。这一实验也证明了“睡眠运动”是植物生存不可或缺的生命现象。
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