高中生物科学研究方法篇1
1.教材分析
本节课主要包括四部分内容：“孟德尔一对相对性状的杂交实验”、“对分离现象的解释”、“对分离现象解释的验证”、“分离定律”，这四部分内容间的逻辑性很强，层层深入.本节教材的主导思想是以孟德尔发现遗传因子的实验过程为主线，突出科学史和科学研究方法的教育，而这也是必修2模块的一个教育侧重点，所以在模块2中具有非常重要的作用和地位.
2.学情分析
学生在初中阶段已学习与本节有关的一些基础知识，对基因与性状的关系、基因的显性和隐性、相对性状等概念有一定的认知，这对于本节的学习有一定的帮助，因此教学中，教师应该引导学生努力回顾旧知.但学生还不知道有关减数分裂的知识以及基因的本质问题，因此对于孟德尔提出的四点假说的理解和领悟上有一定的难度，教师可引导学生通过自己动手做模拟实验来体验孟德尔假说.另外教师可以提供一些验证假说的方案，让学生在分析讨论过程中，真正理解孟德尔测交实验的目的.
二、教学目标
1.知识与技能目标
能说明孟德尔选择豌豆作实验材料的优点；掌握孟德尔的一对相对性状的杂交实验方法和对实验现象的解释及验证；区别自交、杂交、测交、相对性状、性状分离、纯合子和杂合子等基本概念；阐明分离定律的内容和实质.
2.过程与方法目标
通过课前调查和课堂模拟实验培养动手能力和分析、整理归纳能力；讨论孟德尔杂交实验的相关数据，形成科学的实验分析习惯；会分析孟德尔研究的步骤，形成对假说―演绎法的初步认识；能够运用分离定律解释和预测一些遗传现象，锻炼解决实际问题的能力.
3.情感态度与价值观目标
体验孟德尔遗传实验的科学方法和敢于质疑、勇于创新、以及严谨求实的科学态度和科学精神.
三、教学重点与难点
1.重点
一对相对性状的杂交实验；对实验现象的解释及验证，阐明分离定律；进行科学方法的教育；用分离定律解释一些遗传现象.
2.难点
对分离现象的解释；假说―演绎法.
四、课前准备
1.学生分组完成两个任务
以班级小组为单位，两个组的学生通过书籍和网络等渠道查阅资料（内容主要包括孟德尔的生平事迹、孟德尔杂交实验的科学背景），其他组的学生根据教师设计的表格对本年级同学及其父母的眼睑特征（单、双眼皮）进行问卷调查，并以表格的形式对数据进行统计和处理.
2.设计问卷调查的两个表格
3.性状分离比模拟实验的材料用具
两个相同的纸袋（甲和乙）、两种不同颜色的玻璃珠各20颗（如黑色代表含D的配子、白色代表含d的配子）.
4.设计性状分离比模拟实验的实验结果记录表
学生阅读课本上“问题探讨”中的资料，了解“融合遗传”的观点.
结合学生的汇报，教师适当补充，并作以下几点总结：①孟德尔自幼酷爱自然科学，通过对自然科学和数学的学习，孟德尔具有了杂交可使生物产生变异的进化思想，以及应用数学方法分析遗传学问题的意识.②在实践中孟德尔选用豌豆、玉米、山柳菊等植物，连续进行了多年的杂交实验研究，其中最成功的是豌豆实验.③当时科学界开展对多种动植物的杂交实验，孟德尔总结了前人的经验，创新研究方法，如从单一性状入手观察分析遗传结果；用前人从未在生物学研究领域用过的数学统计方法进行分析研究；敢于挑战传统的观点――融合遗传，提出了颗粒遗传的思想等.
教师设疑：豌豆具有哪些特点？为什么说孟德尔最成功的杂交实验是豌豆杂交实验？
让学生走近“遗传学之父”这一科学伟人，产生对孟德尔的钦佩和感动之情，体验孟德尔敢于质疑、勇于创新、坚持不懈的科学态度和科学精神.
结合图片和课本上的示意图以及注解，尝试概括豌豆作为理想实验材料的一些优点，并思考两个问题：.杂交实验的含义是什么？如何通过纯种间的杂交获得杂种后代？人工传粉时要注意哪些事项？
请大家阅读课本“一对相对性状的杂交实验”，并思考讨论：
1.为什么子一代表现高茎？矮茎性状消失了没有？如何来证实这一点？2.为什么子二代又出现了矮茎？
3.F2出现3∶1的性状分离比是必然还是偶然？是个别还是普遍现象？如何证明？
4.如果不用数学统计的方法分析遗传结果，会发现F2呈现3∶1的数量比吗？
教师通过幻灯片展示豌豆植株及花的结构图，师生共同总结优点：①自然状态下豌豆自花传粉（且闭花受粉），产生纯种；②具有稳定遗传的、易于区分的性状，如课本上列出的7对相对性状，通过观察很容易区分；③豌豆花大，易于进行人工杂交，获得真正的杂种.
结合以上内容，教师引导学生联系初中的知识，介绍两性花、单性花、自花传粉、异花传粉，并给出相对性状、父本、母本、自交、杂交、正交和反交等基本概念.
找到了理想的实验材料，接下来我们一起来学习孟德尔到底是如何进行杂交实验并揭示遗传奥秘的.
通过前面我们对孟德尔的了解，大家已经知道了，孟德尔获得成功的原因还归功于其研究方法的创新，他在研究杂交实验的过程中，采用由简到繁的观察方法，即先观察一对相对性状的遗传再研究两对相对性状的遗传.
那么，如果选择豌豆的高茎和矮茎这对相对性状来研究的话，杂交实验该怎么做？杂交后代的茎高度可能是怎样的呢？
大家的实验设计和预测结果跟孟德尔的一样吗？
教师介绍孟德尔的正交和反交实验，强调孟德尔实验的严谨性.关于矮茎性状是否消失、如何证实的问题教师提出两个方案让学生讨论：1.用F1和矮茎豌豆杂交，看后代是否出现矮茎豌豆；2.让F1自交，看后代是否出现矮茎豌豆.
并给出性状分离的概念.
高中生物科学研究方法篇2
关键词：中学物理；科学方法教育；问题；原则；建议
中图分类号：G633.7
文献标识码：a
文章编号：1003-6148（2013）4（S）-0047-4
仔细研究物理学理论体系的建立过程。不难发现。每个知识点或者物理规律的获得都伴随着一定的科学研究方法。对物理科学方法教育的研究，我国是从八十年代开始的。新课程理念提倡教师在教学过程中。不仅要用知识武装自己。还要掌握一定的物理科学方法，并向学生渗透科学方法教育，以知识和技能为载体，让学生经历探究过程，掌握科学探索的方法。形成科学探究精神，提高实践能力和创新意识。众多物理教育工作者在物理科学方法教育的过程中不断摸索。取得了一定的教学实效，但是也存在很多问题。
1我国物理科学方法教育研究历程及成果
传统的物理教学主要以掌握基本知识和基本技能为主，科学方法教育并没有受到社会的普遍重视。
1978年我国制定八年全国科技规划时把“自然科学史和科学方法论研究”列为重点研究项目之一。教育工作者才开始对中学物理科学方法教育的具体环节进行较为深入的研究。取得了一定的成果，但是还缺乏相对比较完善的物理科学方法教育体系。
1995年，中国教育学会物理教学专业委员会在西安召开“全国首届物理科学方法教育”研讨会。会议引导物理教育工作者在后期工作中对物理科学方法教育进行有组织、有目的、有计划的研究，对中学物理科学方法教育的实质、内容、体系、途径等做一些尝试性的总结。
自此以后。关于物理科学方法教育的研究论文和各种论坛层出不穷，围绕“用什么方法研究物理现象”“怎样描述物理现象”“怎样探索并总结物理规律”“如何检验物理规律”等话题的争论引起了物理教育界的高度关注。不难看出。物理科学方法教育的地位和作用受到了一定程度的重视，也取得了一定的成果。
1.1教学目标
普通高中物理课程标准（实验）将“学习科学探究方法。发展自主学习能力。养成良好思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”作为课程总目标之一。将课程具体目标划分为知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面，并且在课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化，这就要求教师要在教学过程中，帮助学生学习物理知识与技能，引导其掌握科学研究方法，培养其科学探究能力，使学生逐步形成科学态度与科学精神。
1.2教科书的编写
随着课程理念和教学目标的不断改革，教科书的编写在不断革新科学内容的基础上。越来越多地突出了“学习科学方法”的相关内容。
教材内容倡导科学探究。关注科学探究活动。注重科学探究质量，重视科学的发生过程，为学生掌握科学的探究方法创造条件。现行教科书已然成为提出问题、分析问题、解决问题的范例，并且巧妙科学地为学生开展探究活动提供指导和帮助，旨在让学生从物理学习中掌握科学的研究方法，为其解决实际生活中的问题做好铺垫，以适应社会的快速发展。
1.3教学实施
教师为了实现教学目标。以教科书为蓝本实施教学工作的过程也发生了很大的变化。
为了突出物理科学方法教育，各种教学模式、教学方法应运而生，其中探究式教学模式的呼声最高。而教师在探究式教学中采用的物理科学方法很多，包括设疑提问方法、观察方法、实验方法、数学方法、比较与分类、分析与综合、归纳与演绎、理想化方法、类比方法、物理假说、科学想象等，其中，数学方法是核心，观察实验方法是基础。
例如，在《匀变速直线运动》的教学中，教师可以让学生提出自己的实验方案来验证对自由落体运动快慢的猜想，提高他们制定科学探究计划的能力：可以用打点计时器研究自由落体运动。在获得知识的同时提高对实验数据的处理能力：可以讨论伽利略对自由落体运动的研究方法，体会科学研究方法对科学发展的意义：可以展示人类在月球上所进行的有关实验照片，激发学生探究科学的热情。领略自然规律的普适性：还可以通过对打桩机的重锤下落和高台跳水运动员等自由落体运动实例的讨论，增强学生将物理知识应用于生活和生产的意识。这些多样化的教学方式能够让学生意识到物理科学方法的重要性，促使其主动学习科学的研究方法，提高解决问题的能力。
1.4教学评价
高中物理课程标准是高中物理课程评价的依据。在内容和形式上，重视学习过程的评价，不以考试的结果作为唯一的评价依据；把学生在活动、实验、制作、探究等方面的表现纳入评价范围，不以书面考试为唯一的评价方式：倡导客观记录学生学习过程中的具体事实。不过分强调评价的标准化：教师要转变在学生学习评价中的裁判员角色，要成为学生学习的促进者、合作者，学习评价的指导者，学习潜能的开发者。
2我国物理科学方法教育存在的问题
有了上述政策性的理论指导，实际教学中的物理科学方法教育落实得怎么样呢？
调查显示。实际教学中。知识与技能目标落实得比较好，过程与方法目标的教学效果非常一般。为什么新课程理念的实施没有取得我们预想的效果？
2.1教师在开展物理科学方法教育的过程中存在的问题
关于方法论的系统性研究。只能在研究生课程中学到。现在的大部分教师只能通过教材、教参、教辅书或其他参考资料中了解、研究，由此造成教师的科学研究方法理论知识不清晰、不系统：教学设计无法做好科学研究方法的渗透：而且现今科学方法教育的具体评价标准不够明晰，不能很好地监督、促进教师在科学方法教育的专业能力上取得长足进步。
（1）大部分教师认为物理科学方法就是观察实验法；
（2）学校的常规教学检测中对科学方法教学的考查力度不大。考试评价机制不够完善；
（3）教师备课时，比较注重知识与技能，对科学方法的重视程度略显不足；
（4）物理科学研究方法在教材以及教学案例中体现得还可以。但在教辅用书的习题训练以及考试中体现得比较弱；
（5）只有一部分教师能在教学过程中科学地设置问题，注重思维训练，其余教师仍然主张要多讲多练。因为现在高考还是指挥棒。而且大多数教师都还是应试教育模式培养出来的；
（6）教师在科学探究的过程中不能很好地调控时间，探究过程用时过多，教学任务无法完成；
（7）实验器材陈旧或者欠缺，给学生的实验探究造成困难；
（8）大部分青年教师知道新课程理念，但是不知道如何将它与教学实践很好地结合。
2.2学生在接受物理科学方法教育的过程中存在的问题
中学生的逻辑思维能力比较低，而科学方法具有很强的抽象性。给教学的实施带来一定的困难。
现在的中学生课业负担比较重。还要在课余时间上各种培训班、兴趣班，没有时间深入生活进行社会实践、独立地解决生活中遇到的实际问题或者参加一些科学探究活动。这些都导致了学生的思维面比较窄，不利于科学方法的掌握。
3实施物理科学方法教育的原则
3.1要符合学生的心理认知特点
学生是学习的主体，他们的心理认知水平是教师在教学过程中进行科学方法教育的一个重要依据。
3.1.1初中学生的认知不够成熟
初中学生的形象思维占据主导地位，抽象逻辑思维水平较低，辨证思维刚开始萌发。处于从经验型向理论型过渡的时期，所以，思想方法上带有很强的片面性及表面性：人格特点上。比较缺乏成人那种深刻而稳定的情绪体验。缺乏承受压力、克服困难的意志力，社会经验比较欠缺。
因此，物理教师必须帮助初中学生形成正确的物理表象，培养他们在充分直接感知（观察）或间接感知（接受描述）的基础上准确概括物理表象的能力。学生在学习物理之前已由其他科目的学习和生活经历形成了大量所谓的“物理表象”。我们称之为“前概念”，而这些“前概念”大多是片面的或不准确的，甚至是错误的。
鉴于此，教师应尽可能正视而不是回避学生头脑中的“前概念”，在比较科学的物理表象和“前概念”的差异的基础上，纠正学生错误的“前概念”，帮助其克服思维定势。
3.1.2高中生认知结构趋于成熟
高中学生已经形成较强的分析综合能力、推理判断能力、抽象概括能力、空间想象能力等。这为开展科学方法教育提供了坚实的基础。他们的辩证性思维和创造性思维有了很大发展。已具备以理论模型为主的抽象逻辑思维能力。
具体表现在：高中学生可以通过假设进行思维，按照发现问题、提出问题、做出猜想和假设、验证假设的途径，进行较为完整的探究活动。也就是说，他们已经能够进行创造性思维活动。所以，教师在教学过程中，可以鼓励学生大胆猜想，充分发挥想象。尽可能多地突破原有思维的限制，对不同的问题进行全方位思考。同时，高中学生认知活动的目的性增强，学习的动机更加强烈，能给自己确立学习目标，制订达标的措施，也会根据自己的实际情况不断地修正学习策略。鉴于此。教师可以给学生提供较大的空间和自主学习的机会，提高其独立思考并解决问题的能力。
3.2要依据物理教学要求
物理科学方法教育不能孤立于学科内容之外，如果脱离物理知识单独介绍科学方法，学生很难真正理解科学方法的内涵。更不利于学生应用所学的科学方法解决问题。所以，在物理教学中进行科学方法教育。要依据物理课程标准。采取多种多样的教学方法。逐步深入地推进科学方法教育。
4对实施物理科学方法教育的建议
4.1加强科学研究方面的学习
实际教学中，重难点知识背后往往隐藏着很多科学方法，大部分教师都采取多讲习题、让学生熟能生巧的方法来突出重点，突破难点。因此错过很多给学生进行科学方法教育的机会。
教师就要加强科学方法研究方面的系统性学习，以敏锐的视角及时捕捉一切能够进行科学方法教育的因素，做好学生在科学方法研究道路上的引路人。
4.2课堂教学中挖掘科学方法教育资源
当今教学过程中，大部分物理教师在设计教学程序时。都是从传授知识内容的角度来考虑的。这样学生也能学到一些科学方法，但他们对科学方法的理解比较肤浅，并且是零星的、不连续的，收效甚微。
科学方法往往隐藏在知识背后。所以不易学习，又不易掌握。教师在教学过程中，如果按照科学方法所展示的思路去挖掘教材资源，安排教学进程。把方法教育作为教学活动的核心。则情况可能会不一样。按照学生的认知模式进行教学，引导学生经历科学思维过程。使学生真正领略科学方法和物理知识的内涵和本质，提高综合能力。
4.3业余时间给学生提供发现、学习科学方法的机会
学校也可以为学生提供多种多样的能接触到科学方法的途径，例如开放实验室。让学生自主地进行探索性实验研究，在探索中体验成功的乐趣。找到失败的原因，感受科学方法在探索中的魅力；给学生提供各种社会实践机会。让学生在复杂多变的现实生活中发现问题，解决问题；在研究性课程学习中对学生进行科学方法专题讲座等。
4.4合理安排各种物理科学方法的渗透和教学
4.4.1对出现频次比较多的科学方法进行重点教学
科学方法的掌握比物理知识的学习困难。它不是经过一两次教学就能让学生理解和掌握的。因此在教学过程中。对出现频次比较多的科学方法，教师要进行明确的、有计划的教学，循序渐进地讲解。逐步深化。随着同一科学方法的多次出现，学生才能领会、运用。
比如说“等效法”。学习串、并联电路时，学生知道串联电路的总电阻等于各部分电阻的阻值之和。这里所谓的总电阻就是与原来所有的电阻等效的阻值。学生学习“等效法”，为他在后期学习“二力合成”知识做了很好的铺垫。学力合成时，在教师的分析、引导下，学生很快就能明白在这个知识点的学习中也是用到了“等效”的方法。
因此，物理科学方法教育是一个长期的、有计划的、逐步深入的过程。
4.4.2对出现频次比较少的科学方法也要给予足够重视
中学生的形象思维较强。抽象思维型较弱。进行科学方法渗透时要充分考虑其思维特点。采用符合其认知规律的教学方法。既不能滞后于学生的思维水平。也不能操之过急。拔苗助长，应在现有思维水平的基础上适当提高要求，遵循维果斯基的“最近发展区”理论。
因此，教师在教学过程中必须了解学生的思维特点。使科学方法内容的设置与传授有一定的层次，当然也不能忽略出现频次比较少的科学方法的应用教学。
例如，对抽象思维能力的要求比较高的科学方法，比如“归纳与演绎法”“物理假说”“科学想象”“理想化方法”等。只能让学生进行渗透式学习，在教师的指导下接受分析、比较、概括等思维方法的训练。教师要在物理知识的教学过程中，适时、恰当、多次地引出获取知识所采用的科学方法的程序及方式，通过对这些方法的反复体验与训练，让学生深刻理解、熟练掌握。
4.5注重习题教学和考试中的科学方法教育
实践表明，教师的讲述，只能帮助学生对知识达到理解的水平，只有让学生本人参与分析问题、解决问题的实践，才能使其达到运用的水平。
教师要站在科学方法论的高度。认真研究题型、精选典型习题或试题。创设情景。强化习题教学，对其进行思维方法的训练，重视学生领悟、体验、形成思维习惯的培养。引导学生运用科学方法解决具体的物理问题，实现知识向能力的转化。
在教学中有些习题明显要运用科学方法来求解，教师要点明这种科学方法，让学生学会这种方法的应用。
4.6学校要给予必要的硬件支持
如前所述。物理科学方法中。数学方法是核心，观察实验方法是基础。而在以课堂教学为主的现行教育模式下，观察实验方法要正确实施，必须要给学生提供较好的观察实验环境，所以。学校要给此方法的施行提供大力支持。例如投建设备齐全的实验室、及时更换该淘汰的设备、给学生提供课外实践的机会等。
5结语
高中生物科学研究方法篇3
关键词：高中生物；生物科学史；科学学习能力
G633.91
一、利用生物科学史来培养学生的学习兴趣
生物科学史是一部悠远的思想史，贯穿了伟大生物学家思考以及解决问题的思想历程，完美的体现了生物科学的探究以及对事物的认识，形成全新的思想氛围，展现了生物科学知识的时代背景以及思想转变和探究的过程。生物科学史展示了生物科w各个分支的研究历史以及彼此之间的关系，揭示了自然科学之间的本质内涵。高中生在学习生物知识的过程中详细的了解其思想内涵和研究方法有助于帮助高中生全面的了解生物知识结构，养成良好的探究知识的品质，尤其是生物科学史上包含着探究思维方式、研究方法以及不断质疑和不断求证的精神，例如：在生物科学史上，Dna双螺旋结构的探究过程不仅克服了艰苦的研究条件，而且在这一过程中不断的对既有的结论进行质疑，不断的进行研究和探究的方法的创新，还体现了人与人之间精诚合作的研究精神，即便是不同学科的学者在探究真理的时候也可以相互启发、相互补充，Dna双螺旋结构的发现学家是生物学家沃森和物理学家克里克的合作对于高中生的生物学习有非常积极的精神影响，高中的生物教师在课堂讲解的时候不仅仅要给学生讲解正确的生物知识，还要将这样的探究精神传达给高中生，使得高中生在生物学习的时候树立正确的学习态度，激发对生物科学的学习热情，还能够间接的鼓励高中生均衡的学习各个学科，不偏科，重视每一个学科的学习，将所学的知识综合在一起，为高中生的后续学习奠定良好的基础。
二、高中生物教师应当丰富高中生的课余生活，丰富生物科学史的阅读量
在高中生活之余，学生的学习压力极大，生物教师的教学目标不仅要提高学生的考试成绩，还要在课余生活适当的缓解学生的学习神经，除了教材以及参考书之外生物教师还可以给学生准备接丰富的课外读物，例如：专门的生物史读物、刊物，或者使用发达的信息网络使得学生对于生物知识的认知更加的全面，在备课的时候，高中的生物教师也可以丰富自己的阅读体验，在课堂讲解的时候引经据典，加深学生的印象，尤其是在介绍生物教材中的探究实验的时候，高中的生物教师可以通过生物历史的背景知识使得学生对不能亲身参与的探究实验有更多角度的理解与认知，例如：高中的生物教师可以在备课的时候阅读一些《生物学核心概念的发展高中生物新课程的科学史资源》、《生物学方法论》、如《生物学通报》、《中学生物学》等等，这些杂志能够帮助高中生物教师总结更多的学习经验，在实际教学的时候应用自如，增强日常课堂教学的可操作性，提高高中生物课堂的学习性质以及参考价值。
三、利用生物学史的方法来丰富学生的学习方法
在生物探究历史中，最常使用的生物知识研究步骤为：观察现象、提出问题；观察、收集资料；分析资料、提出假设；验证假设、明确观点；讨论、交流科学成果等，这些方法应用到高中生物学习中有助于完善学生的生物学习思路，更深入的了解生物科学的思维方式以及背景，领悟生物知识的研究方法以及研究思维。
例如：在探究生物“生长素发现史”的时候，高中生物教师可以对这段历史进行分阶段的选择和挖掘，分阶段的将历史素材呈献给学生，引导学生分析历史材料的探究发现其中问题，对问题进行分析、提出加设，分阶段进行探究，并在允许的条件下设置对照实验进行实践操作，教师在这一过程中鼓励学生自主探究，得出结论，并对实验结果进行评价、修正，引导学生最终得出正确的科学结论，在这样研究的过程中，高中的生物教师将生物史完美的呈现在课堂上，使得学生对与生物知识有更多自我的见解以及对生物历史有更多的认知。
同时，将生物历史与日常的教学实践联系在一起，使得高中的生物教师避免陷入“利用科学史进行教学”的模式，也能够鼓励学生沿着科学家研究的足迹探究生物历史，理解生物知识学习的本质以及掌握科学的研究方法，学习生物学家的研究精神，为高中生物的知识巩固以及知识学习奠定良好的基础。
四、总结
高中阶段是培养学生学习兴趣，养成良好学习习惯以及树立自信心的关键阶段，在这一阶段，高中生的学习压力较大，学习时间紧张，多数的高中生分配给生物学科的时间较少，对于生物知识的学习采取的方法是死记硬背，这对于高中生的长远发展影响不佳，存在这一现象的原因有一部分是高中的生物教师无法很好的引导学生，高中的生物教师应当利用生物学史的方式来激发学生的学习兴趣，使得学生找到正确的学习方法，对于生物学史有更多的了解和更多角度的认知，帮助学生从另一个角度掌握更精髓的生物学习方法，学习生物学家的研究精神，为高中生的长远发展奠定良好的基础。
参考文献：
高中生物科学研究方法篇4
关键词：生物统计学；教学；研究生；科研能力
中图分类号：G642.3文献标识码：a
基金项目：江苏省研究生教育教学改革研究与实践课题“研究生教育质量文化建设的研究与实践――以扬州大学为例”（JGZZ15_100）。
作者简介：孙伟（1972―），男，江苏睢宁人，教授，博士，扬州大学研究生院副院长，研究方向：动物遗传育种与繁殖；
吕晓阳（1992―），男，江苏无锡人，扬州大学硕士研究生，研究方向：动物遗传育种与繁殖。
生物统计学是农学、生物科学等专业学科重要的专业基础课，是关于科学试验的设计、实施、试验数据的收集、整理、分析以及结果解释和推断的一门科学。[1]生物统计学包含了正确地设计试验和收集数据的方法，也包含了如何正确地整理和分析数据、最后得出科学结论的方法。学生通过本门课程的学习，应具备正确处理和分析试验数据的能力，具有统计思维，开阔的思路，可以利用生物统计学原理指导实验设计。扬州大学的生物统计学课程主要针对农学院、动物科学与技术学院、兽医学院、园艺与植物保护学院、生物科学与技术学院等本科生及研究生。近年来，在该课程的教学过程中，笔者注重将教学与科研相结合，不仅把它作为专业基础课，还把它作为研究生培养科研素质和逻辑思维的重要工具。
一、生物统计学课程对培养研究生科研能力具有重要作用
1.对研究生归纳推理思维的培养
具有生物统计学归纳推理思想能提高学生素质，并有利于加深学生对生物统计学知识的理解以及提高学习效率。在掌握了生物统计学的基本知识并且能熟练运用后，面对一些问题时，学生可以先通过统计学去分析，通过统计学思路逆向设计实验方案。比如验证FecB基因对产羔数的影响，通过统计分析比较有FecB基因的母羊的产羔数与无FecB基因的母羊的产羔数之间有无显著差异，就可以设计实验先检测母羊中是否含FecB基因，再查阅相关资料，这样就能制订基本的实验设计框架。生物统计学给了学生一个不同寻常的思维方式，使得学生的科研过程更加轻松、准确。
2.研究生科研素质的培养
研究生科学素养的培养主要体现在发现问题与科研课题设计、实施等方面。生物统计学由试验设计和统计学方法两个部分组成，通过试验设计能提高研究生设计科研课题试验方案的能力，利用统计学方法能对课题结果进行分析。[2]
生物统计学中使用的统计分析方法会导致试验误差，而试验误差是影响统计假设结果的重要因素。试验误差主要来源于试验材料的差异、试验操作水平以及外界因素的影响，试验误差控制包括保持试验材料一致，最佳的试验设计，试验中只保持唯一差异原则等，[3]因此，研究生在研究工作中可通过各种方法降低试验误差、提高试验精度，使研究生在科研中做到采样认真，操作仔细，善于思考，从而达到提高研究生的科研素质和水平的学习目的。同时，在科研工作中，研究生选择不同的统计方法进行试验，能让学生弄清各种统计方法的内涵，还能使学生准确灵活地运用统计学方法发现试验材料中的潜在信息，从而更好地进行研究。
二、生物统计学教学过程中需要注意的问题
1.采用灵活多样的教学方式，培养创新人才
教学内容和课程体系是人才培养的主要落脚点，是学生获取知识的来源，根据现代科研的教学信息和教学内容开展教学是提高教学质量和提高学生科研能力的保证。[4]在教学过程中要根据学生需要的不同，有针对性地选择一些内容进行讲解，并结合本专业自身的特点，形成具有本专业特色和满足学生实际需要的课程内容。在实际的授课过程中，应掌握一元统计方法、方差分析、回归分析等基本方法。
生物统计学是既需要理论支撑也需要进行实践的一门课程，所以在学习理论课程的同时，增加实践课是必不可少的。开展统计软件的学习，能扩大学生的视野，提高学生素质。理论课程教学时数并不能达到所需的教学内容，为此，通过统计软件的学习，可起到以点带面，提高学习质量的作用。实践课程采用统计分析软件SpSS、SaS以及matLaB软件来进行生物数据分析，它们各有特点：SpSS操作性大，无须编程；SaS需要简单程序，功能更加强大；matLaB具有强大的矩阵运算程序和自编程序的功能。结合实际问题选择合适的数据处理方法在生物统计学学习中很有必要。[5][6]
2.采取更加自主的教学方法与教学手段
生物统计学主要以概率论和数学统计为基础，理论抽象，学习时需要很强的逻辑思维能力以及掌握复杂的运算方法，为此在本课程的教学中可以采取以下几个解决方法。
（1）注重启发式教学。在教会学生如何搜集、整理数据的同时，还要教学生学会分析数字背后的含意，要求学生能全面分析问题，通过发散思维解决问题。如在平均数的教学中，可以通过直观性的次数分布以及现实生活中班级男同学的平均身高、全班英语平均成绩等实例使学生正确地理解和使用统计方法；讲解t分布时可以通过画直角坐标看图进行分析讲解，将抽象的问题具体化呈现出来。通过诸如此类的教学方法，学生会更加容易掌握教学内容。生物统计学教学中采用实例法、图示法等能提高学生的理解能力，达到培养目标。
（2）将多媒体课件与板书相结合进行教学。传统板书教学相对其他教学手段虽然费时，但针对一些重要的统计学相关公式的推导和证明，则有着其他教学形式不可比拟的优势，能让学生在老师的带领下有足够的时间理解和消化教学内容。多媒体课件演示具有内容丰富、信息量大、有层次感、抽象问题具体化的特点。在教学过程中，教师应利用图片、影像、声音甚至不同字体颜色和背景来吸引学生注意力，从而形象生动地进行教学。[7]将传统板书与多媒体结合来开展教学，不仅能保证学生跟上教学进度，还能向学生传递相关的教学信息，使学生清晰、直观地掌握抽象的概念，提高学生分析和解决问题的综合能力。
（3）借助科研案例进行教学，激发学生学习积极性。学习生物统计学的目的在于更好地进行科研，在教学过程中，将生物统计学中的各种分析方法结合本专业具体案例进行教学和解析，利用案例能让学生更清晰了解分析方法的使用技巧，在课堂上学以致用。通过熟知的理论和前沿研究，让学生切实认识到生物统计学在生命科学研究中的作用，深刻认识到学习生物统计学的重要性，从而激发学生学习积极性，从被动接受变为主动学习。
（4）运用连贯式教学手段，充分理解教学内容。生物统计学的连贯性非常强，每节课都要将之前学到的知识进行梳理、总结、巩固，并且通过之前所学引出新的内容，使得学生头脑中有一个连贯的体系，教学内容难度层层递进，充分把握之前的内容，再由浅入深让教学内容更具连贯性，帮助学生理清思路，融会贯通，使学生从“学”到“会”，完整地掌握教学内容。
（5）通过网络平台进行教学。学生与老师之间的交流时间并不长，甚至很短，交流上的困难造成学生在课堂上留有的问题不能得到及时解决，久而久之问题越积越多，就会影响学生的学习积极性，教学质量得不到提高，甚至会下滑。利用网络平台可以加强学生与老师间的沟通，老师不仅可以将每一章的内容到网上，以便于学生及时掌握重难点知识；而且能加强师生间沟通，学生可以通过教学平台提问，老师可以通过平台对学生的问题进行及时的回答并且布置作业，师生间的交流加强，使得课程体系更加完善。
3.笔试与实践相结合的考核方式
以往生物统计学采用闭卷笔试考试方法，主要注重对书本理论知识和方法的考核，这种考核方式可能会导致学生突击复习，死记公式，并不能完全掌握各种统计方法。由于生物统计学是一门实践性非常强的课程，所以除理论笔试外，还有计算机考试，在计算机上进行试验设计、统计假设测验和统计推断，并对统计分析结果进行解释分析，这样可以加强学生平时对实际操作的重视。将平时作业以及上机时实际的软件操作技巧和统计分析结果作为一部分成绩，这种考核方式不仅能使学生掌握理论知识和方法，也能提高学生使用统计软件解决实际问题的能力。
4.科研教学相互促进
将科研成果运用到教学之中，结合实际运用的需要，使教学与实践紧密结合。教学过程中以实际科研为例，做到随堂学，随堂用，同时可加深学生对统计理论的理解，从而不断地利用统计学知识对实际问题进行探讨，从而解决问题，加强学生对统计学知识的重视，促使学生在撰写论文时自觉地运用统计学，从提高论文质量提高写作水平。
参与科研，使学生将已掌握的生物统计学知识在科研中发挥作用，除课堂教学外，到生产实践第一线设计试验、收集数据和进行统计学分析，加深对理论知识的理解。例如在验证FecB基因是否对产羔数有影响时，在试验前应正确选择试验设计方法，在实验过程中控制试验条件差异，保持唯一差异原则，并获取正确的试验数据，选择合适的统计分析方法进行分析。将理论运用到实际科研中可以使得学生在不断摸索中更加深刻地理解和运用统计学知识，在运用所学知识解决实际问题过程中能培养自身的统计思维，逐渐灵活使用统计方法，在实际操作中不断熟悉、掌握统计学方法。同时统计学的优势提高了学生学习的积极性，能更自主地利用统计学去提升自己的科研能力。
参考文献：
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[5]李玉红，陈菊，黎娇凌.提高《生物统计学》学习效果之初探[J].黔南民族师范学院学报，2014，34（6）：99-101.
高中生物科学研究方法篇5
1965年，台湾科技主管部门在台湾大学设立“化学研究中心”（后更名为“化学研究推动中心”），开启了岛内有组织地从事化学研究、培育化学人才的初始阶段。当时化学研究中心的工作重点是协助岛内各高校设立化学系和化学研究所、培训教师和研究人员、扩充教学和研究设备、举办各种研讨会、吸引海外专家回台湾讲学、补助研究人员出席国际会议等。
到1985年，台湾几乎所有理科类大专院校都成立了化学系，共有13所公私立大学设立了化学研究所，拥有副教授以上化学教学和研究人员300多人，每年约培养50余名化学博士。
1985年，台湾科技主管部门鉴于岛内资源及研究人力有限，长期面临发达国家庞大先进科技的压力，以及岛内发展化学工业对科技的迫切需要，认为若要持续且有效地促进全台湾化学研究活动的快速发展，不论在横向或纵向方面，都要建立积极交流及合作联系，以免导致研究力量的分散及仪器设备的重复投资，希望集结岛内有限化学资源，以团队的力量共同推动化学研究。
为此，台湾科技主管部门召开多次座谈会和协调会，讨论基础化学的研究方向，并调查岛内各学术机构的研究现况、人力及设备，以此作为参考依据，制定出纲领性化学学科规划，选择三项重点研究方向：新合成方法的开发及其在合成化学上的应用；激光在光谱及化学反应研究上的应用；分析方法的发展及分析仪器设计与自动化的研究。然后，主动邀请岛内相关化学研究人员，组成各重点推动小组，拟定出更具体的整合性研究计划，分别为：有机合成-环化反应整合研究，微量分析方法的发展整合研究，激光光谱学及激光化学整合研究，利用资助的“杠杆”加以引导。
两年后，台湾科技主管部门又根据实际计划执行情况及效果，决定以区域性整合计划为主，并配合主持人意愿，制定出新的“几何特异之多环非天然的合成探讨”、“非对称性环化反应”、“海水中微量物质的分析方法”、“激光光谱与光化学”、“气态金属实验室”及“大气化学实验”等整合性研究计划。结果证明，其成效非常好，无论在研究成果的质与量方面皆有大幅度的进展。
到上世纪90年代，台湾已建立以实验为主的基础化学，其研究领域也由最早的理论化学逐渐扩充至天然物化学、合成化学、有机金属化学、无机构造化学、激光化学、微量分析化学、分子模拟及计算化学、清洁工业化学、材料化学、医药化学等新兴学科。台湾科技主管部门1995年修订后的化学学科规划，其重点研究方向增加为：分子模拟与计算化学；超微量分析方法发展；新材料合成与特性研究；生物医药化学的研究；合成化学；激光化学与同步辐射光源的应用。
进入21世纪后，随着科技的快速发展，新兴学科的出现更是层出不穷。台湾科技主管部门2005年再次修订化学学科规划，其重点研究方向包括：先进分析方法与理论化学，含新理论模型建立、新测量方法、纳米物质性质测量、分子结构与活性解析、复杂系统的模拟；先进材料化学，含光电材料、纳米材料、功能性材料、生物材料、表面及自组装材料；环境化学与能源化学，含环境污染监测、新环保制程开发（环保化学）、新能源的利用与开发；生物及医药化学，含新型药物设计、分子设计化学、合成生物物质、蛋白质化学、核酸化学、醣化学、生物无机化学、生物系统的探测（分子辨识）等。
重要化学研究机构
目前，尽管台湾100多所高校中大都设有化学系或化学研究所，但真正能够申请台湾科技主管部门研究计划，开展化学研究的仍属少数。从每年的数量看，依序为台湾大学、新竹清华大学、新竹交通大学、台湾科技大学、成功大学、政治大学、阳明大学、“中央”大学、中兴大学、中山大学、中正大学、台北大学、海洋大学、台北科技大学、云林科技大学、东华大学、宜兰大学、嘉义大学、高雄第一科技大学、高雄应用科技大学、虎尾科技大学、勤益科技大学、高雄海洋科技大学、屏东科技大学等。
台湾中研院化学研究所的在台“复建”，有赖于另一位来自大陆的科学家魏岩寿。他是中国著名微生物学家和应用化学家，毕业于日本京都大学化学工程科，主修化学和微生物学，期间进行了真菌学的研究，回国后就职于国立卫生实验所任研究员，30年代担任中央大农业化学系主任，是中国首位从发酵器械中分离出第一批工业微生物菌种的科学家，也是首位在Science杂志上的中国微生物学家。此后，他致力于用近代生物化学方法研究中国传统发酵食品的制作工艺，曾兼任中国酒精厂总工程师，试验用甘薯生产酒精，通过筛选酵母品种，采用良种纯种酵母发酵，大大提高了发酵效率，成为我国可再生能源生产研究的先驱。40年代，魏岩寿担任国民政府资源委员会酒精工业总工程师，主持在在四川省和云南省创建内江、泸州、昆明酒精厂，保障了抗战时期稀缺的能源供应。
抗战胜利后，魏岩寿奉命赴台接管台北帝国大学，并出任台湾大学工学院院长兼化学工程系主任，同时还在台大农业化学系授课，主讲微生物学，期间曾开展紫色花蜜腺酵母菌的研究，通过在紫外线下观察微生物，成功地鉴定了从植物蜜腺中分离的用肉眼难以区分的红酵母。在上世纪50年代初，他还用较多时间研究过藻类单细胞蛋白，包括绿藻的生长、代谢和培养方法的研究。此外，他还研究过柠檬酸、谷氨酸等的发酵生产和海水中的非硫细菌。1957年，魏岩寿应胡适邀请，担任新成立的中研院化学研究所所长。他主要采用自己在台大教学期间培养的一批助手和学生为班底，包括陈朝栋、林渭川、彭旭明、周大纾等人，初期研究方向以微生物学家和应用化学为主，以后工作领域逐步扩充，在纯化学及应用化学的范畴里奠立起有机、食品、电化学及海洋化学研究的基础。
这一时期，魏岩寿主要开展霉菌和细菌的淀粉酶之联合作用研究，揭示了中国白酒酿造中用粮食制成的酒曲是结合采用了霉菌和细菌的淀粉酶，可以协同地完成淀粉的液化和糖化过程。这一成果不仅从酶学水平总结和提高了传统东方酿造工艺中的复式发酵过程，而且后来被成功地应用于印染工业的退浆工艺中去。
从1959年开始，他主持编纂《应用微生物图谱》，这部著作在中研院化学研究所年报中分15次连续刊登了11年，从中反映出他对各类微生物认识和驾驭的高深造诣，成为工业微生物领域的重要参考书籍。
魏岩寿是迄今为止研究腐乳最系统和深入的科学家。从上世纪20年代后期开始，他就对中国传统发酵豆制品――腐乳进行深入研究，一直延续到60年代后期，他在1968年完成的腐乳研究的《技术总结报告》，从微生物学和生物化学方面进行了深入分析探讨，在当时具有最高水平，直到今天也是有关方面的重要参考资料。这些成就和在他临终那年出版的《高粱酒》一书，表明他对于中国传统发酵技术所具有的深刻理解，也体现着他重视总结提高中华民族的优秀科学遗产，并从中吸取其精华加以发扬光大的责任感。
魏岩寿担任台湾中研院化学研究所所长直到去世的前一年（1972年），除在化学领域从事多方面研究，如进行一些化合物的化学合成、建立了放射性元素钍的微量分析方法、研究从海水中提取铀和制备感光乳剂等外，还为筹划和建设该所付出了许多精力，为台湾培养出一大批优秀化学人才。他的学生于上世纪70年代在美国建立了“魏岩寿教授基金会”，每年在美国新泽西州州立罗特盖尔斯大学定期组织学术活动迄今。
目前，台湾中研院化学研究所仍是岛内化学界的核心，其科研实力也最雄厚，拥有几十种先进的大型试验设备和仪器，如3Kw级X光发生器、低能量表面功函数测量仪、原子吸收光谱仪、全自动生物感测系统、CCD单晶X光绕射仪、低温操作系统、光化学电流电位分析仪、高压式扫描式热分析仪、动态光散射光谱仪、元素分析仪、电子顺磁共振光谱仪、荧光半衰期测量系统、傅利叶红外线显微分光仪、气相层析质谱仪、高效能液相层析仪、高解析磁场式质谱仪、液相层析质谱分析系统、液相层析电洒游离法质谱仪、基质辅助激光脱附游离飞行时间质谱仪、停流反应分析仪、原子力扫描显微镜、非线性光学光谱仪、核磁共振频谱仪、粉末X光绕射仪、扫描式电子显微镜、超导量子干涉磁量仪、表面积及孔径分析仪、穿透式电子显微镜、高效能紫外光荧光分析仪、光电子能谱仪及欧杰电子能谱仪等。
该所现任代所长为陶雨台，所内有28位研究人员，包括特聘研究员2人、特聘讲座1人、研究员12人、副研究员8人、助理研究员4人，主要研究领域为：材料化学、催化反应、化学生物学及合成方法，每年发表SCi论文100篇以上。
高中生物科学研究方法篇6
【关键词】物理；教学；研究性学习
研究性学习是由教师或学生自主从学习生活和社会生活中选择并确定研究专题，用类似科学研究的方式，主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动，探求科学结论的一种学习方式。在高中物理教学中开展研究性学习，既能让学生具有这种能力、领会这种精神、认识这种作用，更能使学生运用这种方法和能力，进行渗透式学习，联系各科知识，进而学好、会学高中的其他课程。正确理解和开展研究性学习，改变传统的教学方式，建立和形成旨在充分调动、发挥学生主体性的教学方式，是值得基础教育工作者思考、探索和实践的课题。本文就高中物理课堂教学实施研究性学习作初步探讨。
1研究性学习的内涵
科学探究也指的是学生用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。广义的研究性学习是指学生主动探究问题的学习.目前，大多数人认同的研究性学习的含义是：学生在教师指导下，从学习生活和社会生活中选择研究专题，主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。和传统的学习方式相比，它强调全体学生共同参与，充分尊重学生的主体地位；其次，它的着眼点不在于理论知识的掌握，而是把重心放在对知识和技能的应用上；再次，它更强调学习的过程和体验；更关注学生各种能力的培养和综合素质的提高；更重视理论联系实际.因此，它是对传统的接受性学习的一种改革.在研究性学习过程中，教师不是单纯的知识传授者，而是学生学习的促进者、组织者和指导者。
中学物理研究性学习，主要是指在物理课堂教学中，学生在教师指导下，用科学探究方式去获取知识、应用知识、解决问题的学习方式。这里，学生的探究学习是在教师的指导下，在班级集体教学的环境中进行的，它有别于个人在自学过程中自发的、个体的探究活动，而教师的主要角色则是研究性学习的组织者、引导者与合作者。“用类似科学研究的方式”，即让学生通过“观察、比较、分析，发现、提出问题，作出解决问题的猜想，尝试解答并进行验证”的过程，去揭示知识规律、求得解决问题的方法和途径。其实质是让学生学习科学研究的思维方式和研究方法，从而培养学生主动探究、获取知识、解决问题的能力。
2物理研究性学习教学模式的特点
从自然科学认识论来看，主要是从感性到理性，从形象到抽象的认识过程。坚持实践认识再实践再认识的认识论。从方法论来看，就是坚持理论与实践的统一，其方法要有序可循，循序渐进，整个方略将由观察实验控制条件测量记录数据处理和解释分类抽象、推理发现规律性模型化提出假说验证假说等诸环节组成。以培养学生的物理创新意识、精神、能力和解决实际问题的能力为宗旨，以指导型探究为主要教学方法，以学生自我评价为主要评价方式，以学生为主体、以教师为指导、以学生自主探究为主线、以问题解决为主攻、以学生自主学习为核心的“自主探究式”高中物理课堂教学模式。该教学模式分以下6个环节：
创设情景——提出课题——自主探究——得出的结论进行交流——课题小结——测试。
这种探究式教学模式不仅关注学生“知道什么”，更关注学生“怎样才能知道”，在“让学生自己学会并进而会学”方面下工夫，通过学生的主动参与、亲身体验促进学生对科学知识的“动态建构”。
3高中物理教学中实施研究性学习的意义
3.1研究性学习的实质就是通过主动地参与获得知识的过程，掌握认识和实践的各种能力。它不以取得现成的结论性知识为满足，而是在不断地研究中逐步掌握研究问题的科学方法和积极的态度。这在物理的学习和研究中是非常重要的
3.2研究性学习强调学生通过自主参与一些类似于科学家从事科研的学习活动，逐步形成一种日常学习与生活中喜爱质疑，乐于探究，努力求知的心理倾向。产生运用所学知识解决实际问题，并且有所发现、有所发明、甚至有所创造的积极欲望。
3.3合作的意识与能力是现代人所应具备的基本素质。研究性学习提供了一个有利于沟通与合作的良好空间，学生得以在这个过程中发展乐于合作的团队精神，学会交流和分享研究的信息、创意及成果，并在欣赏自己的同时，也学会欣赏别人。
4高中物理教学中实施研究性学习的问题和对策
物理教学中实施研究性学习，做具体工作的是第一线的广大物理教师，他们的工作才是实施研究性学习的关键，所以最大的困难就是来自教师，主要表现在他们的观念落后、课程生疏和能力有限等方面。
首先，研究性学习是一门由学生自己负责完成的课程，教师在这一过程中是指导者、组织者和参与者，而学习内容的开放性特点使教师失去对学生学习内容的权威和垄断，处于被学生选择的地位，这是教师们从未想到和遇到的。
其次，教师对研究性学习课程不熟悉。研究性学习课程主要是围绕着问题的提出和解决来组织学生的学习活动，而问题来源于学生感兴趣的学习生活和社会生活，这对我们物理教师是一个前所未有的挑战。
再次，中学物理教师一般没有科研经历，缺乏相关的知识、方法和经验的准备。中学物理教师基本以传授知识为主，很少开展科研，即使写一些论文也只是为职称晋升所逼。
高中生物科学研究方法篇7
关键词：吉林大学动物医学学院；研究生培养；实验教学；教学改革
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2014）01-0240-02
动物医学是以各种动物为对象，系统地研究其疾病诊治方法和发病机理的学科[1]。研究生阶段的学习是本专业学生由基础理论学习向深层次专业学习的过渡阶段。实验教学引导学生掌握疾病发生的基本原理，学会采集、分析病例资料，利用分子生物学研究手段更深层次地了解、掌握疾病的发病机制[2]。实验教学是动物医学专业研究生能否胜任未来临床工作，进行动物医学科学研究工作的关键。在教学过程中，我们以“改革模式，建设内涵，向外开放，提高质量”为教学指导思想，对教学内容、教学方法、教学手段、教材建设、实践教学以及教学文件等进行完善。按照高水平研究型大学的目标要求，促进研究生知识、能力、素质协调发展，在研究生实验教学方面做出了积极的探索并取得了一定的效果。
一、政策支持与落实
1.强化教学管理、推进研究生实验教学规范化。从学校到教研室重视实验室建设和实验教学改革，统筹协调实验教学与理论教学。制定并修订《研究生实验教学管理办法》、《加强教学实验室设备类建设项目立项管理》、《实验技术项目管理办法》等多部实验教学相关文件，全面规范研究生实验教学，促进研究生实验技能的提高。
2.完善独立的实验教学管理体系。申请并建立国家、省、校三级实验教学中心。实验教学中心实行校、院两级管理人员负责制。建成针对研究生培养的基础实验教学、二级学科实验教学、专业特色实验教学课程体系。注重教学内容的更新，与国际、国内先进的技术接轨。
3.重视研究生实验创新能力的培养。教学过程中坚持研究生为主，创新与动手结合、课内与课外结合、理论与实际结合。对研究生注重科研成果和试验新技术、新方法的引进。在研究生导师之外，选择实验导师，开展研究生创新实验计划，为研究生的科研水平提高打下坚实的基础。
4.加大实验教学建设投入。通过世界银行“高等教育发展”项目、“211”工程项目、“985”工程项目、“教育部修购项目”，以及学校实验室建设的专项经费，不断增加实验室建设投入，完善公共实验教学平台，科学基础实验教学平台，专业实验教学平台。
二、实验条件及环境
1.教学场地及设备。硬件建设是基础，是相关改革的先决条件。我们建立独立的实验教学大楼，针对不同学科分类整合为设备齐全、功能配套的先进专业教学实验室。建立与实践相结合的农业试验基地、教学动物医院等，促进研究生在深层次研究的同时不脱离实际[3]。对大型仪器由专人管理，及时地为研究生提供指导。
2.辅助项目建设。实验教学大楼内配有标本馆、档案资料室、实验材料库、中央纯水制备系统、专用消防设备与网络系统，各实验室配有中英文对照门牌、装置洗眼器、配备医药箱，有专门的病理解剖室、生物废物储藏室。全程进行实验录像，让研究生更好地检测自己的不足。
3.环境安全。生物学实验带来巨大的环境安全问题。研究生实验教学过程中应科学规划、合理配置，按照数字化、环保型实验教学标准建设[4]。实验台采用防强酸碱、阻燃的环保材料。教师与研究生全部进行安全环保知识培训，学习实验室安全管理规则，考核合格后方可进入实验室。严格实行实验室水、电、火和有毒有害药品管理制度。危险药品均定人定量取用。实验动物必须购买检验合格的标准动物，进入实验室前再次检测，确认无共患疾病方可进入。生物实验垃圾及动物尸体均存放于大型冰箱，由防疫部门定期集中处理。
三、教学方法与手段
1.实验模块重组。对各类实验进行汇总，去掉重复实验、验证性实验，整合相关性实验，探索创新型实验，合并重组动物医学各方向实验课程模块。同时将动物公共卫生与实验动物专业的实验课程与实验项目并入研究生实验教学，期望可为国家管理机构输送高水平人才。
2.多种实验教学手段结合。合理应用计算机模拟、多媒体网络、动物模型、视频录像、现场指导、临床病例分析等多种教学手段，从感官激发研究生的学习兴趣。对于研究生应依照其各自的特点因材施教。对于研究生的实验教学做到综合性与设计性实验相结合、课堂实验学习与生产实践结合、科学研究与探索发现相结合、必做实验与选择实验相结合[5]。
3.推广前沿技术。注重对国际相关分子学研究的先进技术普及，让学生了解最新的科研动态及技术。注重对国内相关先进科研成果的展示，在研究生实验学习的过程中增加其对我国科研水平的认知，增强其学习信心，增强其自信心和民族自豪感，最大限度地提高其创新实验精神。
4.多元化人才培养。在进行研究生实验教学过程中，注重学科交叉、促进与国外知名高校的交流互访，增加研究生的科学素养，开阔其眼界。培养研究生自主地从实践中发现科学问题[6]，独立完成试验，缩小研究生与国外研究生的差距，为动物医学研究生成为国家有用人才做出努力。
研究生阶段是承上启下的一个教育环节。动物医学研究生教学过程中必须形成先进的实验教学理念，构建综合的实验平台，完善以人为本的配套设施，完成实验教学基本任务，同时推进实验教学改革。在上述基础上将教学、科研、医疗、生产合为一体，为培养富有创新精神、实践能力和国际视野的高素质人才探索有效措施。积极地改进并实施有效的措施提高动物医学研究生培养质量、促进动物医学专业的对外交流、扩大社会服务和社会影响[7]。相信动物医学专业在实验教学方面的改革和创新将会建立探索与实践相融合的、共享的、高效的动物医学科研模式，加速动物医学专业的跨越式发展。
参考文献：
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[7]巴珠.浅谈畜牧兽医专业化学课程教学改革[J].课程教育研究，2013，（1）中：16.
高中生物科学研究方法篇8
学前教育专业以培养能适应现代学前教育事业发展与改革需要，能胜任早期教育机构的教学工作和管理工作的应用型人才为主要目标。我校学前教育专业招收初中毕业生，学制五年，分定向班和统招班，其中统招班入学分数较小教、英语专业低，且班级人数一般都在50人以上，其中绝大部分是女生，男生人数寥寥，仅0-5人不等。学生普遍畏惧理科的学习，尤以物理为甚。问卷调查显示，入学时约50%的学生不希望开设物理课，对物理有兴趣的不足10%。绝大部分学生认为物理难学，且对他们没用，心理上排斥物理课程，给日后的物理教学带来相当的困难。由于男女学生的思维特征及物理学科本身的思维特点，理论上男生对物理课程的学习应该是较有热忱和期待的，但学前教育专业仅有的几个男生的实际情况实在让人大跌眼镜！学前教育专业的学生将来的服务对象是学前期儿童，学前期是人格发展的奠基期，作为儿童的启蒙老师，幼儿教师的科学知识、科学态度、对科学方法的理解等将极大地影响着儿童热爱科学的情感及科学思维方式的养成！作为科学课程之一的物理学课程，它的研究范围、独特的研究方法和思维方式对萌发幼儿对科学的兴趣和探究解决问题的思维方式更具有重要影响。因此，教师应该想方设法培养学前教育专业的学生对物理等科学课程的兴趣，使学生愉快地接受科学课程的学习和科学思想的熏陶。
本课题试图通过对学生物理学习现状及原因的分析，寻找提高学习兴趣、化解学习困难的有效对策，期望高师学前教育专业的学生能真正成为学前儿童科学教育的启蒙者。
二、课题研究的理论依据
（一）兴趣
教育心理学告诉我们，兴趣是组成学习动机的因素之一，持久稳定的兴趣，是学生学习的强大推动力。兴趣可分为直接兴趣和间接兴趣，直接兴趣是由学习过程本身和知识内容的特点直接引起的，需要在教学过程中利用物理学本身的魅力和教师的教学艺术去持续的激发；间接兴趣是由学生意识到学习的目的或任务，对学习结果产生兴趣，支配自己去坚持学习。
（二）激励
德国教育家第斯多惠说过：“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞。”激励就是通过一定的方式，维持增强学生学习的积极性。通过激励可以使学生保持长时间的一种良好行为状态，而长期保持这种状态，也就可以养成一定的行为习惯，从而培养学生的自我管理能力。将激励机制融于课堂教学的全过程，可以使学生在学习的全过程中情绪振奋，对知识的渴求、期待的情感保持恒定，使学生的非智力因素与智力因素在师生的共同活动中发挥作用，从而提高课堂教学效率。
（三）情绪
苏霍姆林斯基说过：“如果教师不想办法使学生产生情绪高昂和智力振奋的内心状态，就急于传授知识，那么这种知识只能使人产生冷漠的态度，而使不动情感的脑力劳动带来疲劳。”所以说让学生产生高昂的情绪十分重要。
（四）科学类
彭加勒说：“科学家研究自然，并非因为这样做有好处，他们之所以要研究它，是因为他们从中得到乐趣，而他们之所以得到乐趣，是因为它们美。”同样的，如果能够让学生充分感受到科学的美，他们的学习自会乐在其中。
三、课题研究设计
（一）本课题的核心概念
1.学前教育专业
学前教育是专门研究从出生到6岁的儿童的教育，是基础教育的重要组成部分，是学校教育和终身教育的奠基阶段。高师的学前教育专业招收的是初中毕业生，学制五年，目的是培养具有良好的思想道德素质和身体心理素质，系统掌握现代学前教育基础理论和专业知识，具有较高的从事学前教育教学与管理工作的业务能力，能适应现代学前教育事业发展与改革需要，能胜任早期教育机构的教学工作和管理工作的应用型人才。
2.物理学课程
课程是指学校学生所应学习的学科总和及其进程与安排。广义的课程是指学校为实现培养目标而选择的教育内容及其进程的总和，它包括学校老师所教授的各门学科和有目的、有计划的教育活动。狭义的课程是指某一门学科。物理学课程指的便是作为自然科学之一的一门实验科学，也是一门崇尚理性、重视逻辑推理的科学。我校学前教育专业的物理学课程目前选用的教材是高中物理必修和选修1系列。
3.对策
对付的办法或应对的策略。
（二）课题研究的目标、主要内容
1.研究的目标
本课题结合高等师范学校学前教育专业学生的实际情况，从间接兴趣出发，使学生领悟物理课程学习的意义，从而产生亲近物理的情感；从直接兴趣入手，寻找让学生“感觉到科学中美好东西”的方法，体会到物理学习的成就感，从而培养学前教育专业的学生对物理课程学习的兴趣。
2.研究内容与重点
（1）现代学前教育对教师科学素养要求的研究
（2）学前教育专业学生物理课程学习现状分析
（3）学前教育专业男生学习现状分析研究
（4）应对学前教育专业学生物理课程学习困难的策略研究
其中重点是探讨提高学前教育专业学生物理课程学习兴趣、化解学习困难的策略
（三）课题研究的实施步骤
1.研究的思路
本课题以心理学教育学、的理论为指导，以培养学生学习兴趣为目标，针对学生的学习现状，将“有用”和“有趣”有机结合，提出有效化解学生物理课程学习困难的策略。
2.研究的过程
研究分三个阶段进行：
（1）理论研究和信息收集阶段
主要是通过文献搜集、理论思考、酝酿研究方案，做好课题论证工作。
（2）实践研究阶段
深入学前教育专业及幼儿园等教育实践的第一现场，运用观察、访谈、个案研究等方法获得资料，从教育学、心理学的角度探索提高学习兴趣的策略，依托本校学前教育专业进行实验研究，并在实践中探索更加有效、更加可行的策略，践行“从理论到实践、再到理论”的研究模式，突出行动研究的特色。
（3）总结阶段
总结实践、研究得失，撰写研究报告、理论研究论文。
3.研究方法
访谈法、问卷调查法、实验研究法、行动研究法等。
四、实施的具体策略
（一）整合梳理教材，优化教材结构
1.补充幼师教材亮点，凸显专业性
2.适当调整教材的编排结构，降低学习难度
3.重新定位难、重点，适当降低数学要求
（二）采取各种手段，激发学习兴趣
1.加强教育引导，激发学生学习的间接兴趣
（1）加强竞争意识教育，增加学生的紧迫感
（2）强化目标意识教育，激发间接兴趣
（3）利用幼教实例，激发学生学习的自觉性
2.注重各个环节，激发学生学习的直接兴趣
（1）利用序言课的积极影响
（2）采用直观教学手段
（3）挖掘玩具的教育功能
（4）增强师生交流，密切师生关系
（三）采用形象化的教学方法，降低入门门槛
（四）遵循教学原则，着眼全体学生
1.循序渐进，逐步提高
2.因材施教，尝试分层作业
3.加强个别辅导，解决实际困难
五、研究成果
（一）教师方面
通过两年多的研究和实践，老师们进一步更新了观念，统一了认识，尤其从冠中过来的老师很快完成了教学观念和方法的改变，认识到相对于高中生缺少压力和动力的师范专业学生而言，紧扣物理学的“有用”和“有趣”激发学生兴趣乃第一要义。以下是教师的一些研究成果：
论文《学前教育中的物理科学色彩》通过实例折射了幼儿教师的物理知识、科学情怀、科学方法等在学前教育中的重要作用，获省高师物理协作组2013年年会论文评比一等奖。
论文《现代学前科学教育对教师科学素养的要求初探》从“目前幼儿教师的科学素养不尽如人意”这个现象出发，探讨了新时代幼儿教师应该具备的科学素养，让大家看到了学前教学专业开设物理等科学课程重视科学课程的必要性，获省高师物理协作组2013年年会论文评比二等奖。
论文《紧扣目标教学，成就良好开端》则是抓住课堂教学的起点――序言课，通过创设情境、强化目标教学、明确要求等培养学生对物理学的兴趣，从而培养学生亲近物理课程的情感，获省高师物理协作组2013年年会论文评比一等奖。
论文《化解学前教育专业新生物理学课程学习困难的策略〉发表于《高等函授学报》2012年第3期。
（二）学生方面
问卷调查显示，实施化解学习困难的策略后学前专业的学生对开设物理学课程的意义有了新的认识，85%的学生认识到此课程是“提高个人科学素养”和“为将来从事科学活动课程打基础”的需要，认识提高了，行为也就积极了，学前2013级的问卷显示，“课上一点也听不懂”仅占0.1%，“听得懂”和“基本能听懂”的从2012级的17%（定向，对照班）提高到69%，学生课堂面貌和学习热情也发生了可喜的变化：“上课没听懂，课后谁也不问，随它去”的学生从40%降到10.8%，学习态度明显端正。
六、遗憾和思考
学前教育专业男生学习状态研究是本课题的一项研究内容，确定这一研究内容是基于当时（2012年前）的状况，即每个班约50人中间大约只有0～5名男生，这寥寥数名的男生智力状况不错，可是学习状态普遍糟糕。但从2012年开始，学校招收定向男幼师生，在男幼师班中男生占大多数，“男生学习状态糟糕”的现象并不明显，因此我们意识到“男生学习状态糟糕”的现象除了男生贪玩不够勤奋、好奇心强注意力不够集中等因素外，还应该有“几片绿叶淹没在百花丛中”的心理劣势等环境因素，因此需要进一步跟踪研究，以便谨慎地得出结论。
实施“化解困难的策略”的研究实践我们分两步走，2012级利用学前4、5两个班作为实验班进行研究，取得进展后在学前2013级全面铺开，从序言课开始就启动“目标教学法”进行教学。全面实施策略后，学生物理学课程的学习面貌发生了很积极的变化，但是利用“目标教学法”等激发的间接兴趣是由学生意识到学习的目的或任务，对学习结果产生兴趣，从而支配自己去坚持学习的，对于学前教育专业一年级的大部分学生而言它的持续性不够。如何在教学中钻研教学内容和学情，使学生每一堂课都能充分感受到物理学的魅力且被物理课程深深吸引是需要我们每一个物理教师去长期研究和探索的。
参考文献：
高中生物科学研究方法篇9
关键词：探究性学习；科技创新；科学方法
中图分类号：G633.7 文献标识码：a 文章编号：1003-6148(2012)4(S)-0007-3
1 引言
二十世纪已经以非凡的百年纪事进入了历史博物馆，新世纪的辉煌之页已经翻开，在新的竞争中立于不败之地的可以说是科技发达、教育制度完善的那些国家。与二十一世纪的知识经济时代的发展趋势相适应，教育领域在价值观念、培养目标、课程结构、教学方法和管理模式等诸多方面发生了一系列的变化，引起全社会广泛关注的探究性学习正是在这一历史背景下得以提出且不断发展的。为此，我们广大教育工作者应该加强对学生探究性学习的教学活动的研究，不断在课堂教学中渗透探究性的学习方式，充分发挥学生学习的主动性和创造性，形成在探究中获得知识的教学氛围以实现教学的创新。
2 科学探究能力的培养目标
由于科学探索是一项重要的创新活动，那么科学教育中学生进行科学探究就需要重要的科学创新、科学思维能力。其具体体现为以下几个方面：
1.发现问题、提出问题的能力(运用对称、类比、特殊化、一般化等方法提出问题)；
2.能运用理论思维导致悖论，分析产生悖论的原因，并能提出猜想或假说(运用已学过的理论结合归纳、推广、等效、直觉等方法提出新的猜想或假设)；
3.能运用实验和逻辑方法验证猜想或假说，完善新的理论；
4.能运用科学思维方法(分析、比较、抽象、概括、归纳等)从理论上分析及处理实验现象和数据、建立模型、得出概念、发现规律等。
针对以上能力目标，笔者愿做引玉之砖，结合自身的教学实践谈以下几方面的粗浅认识。
3 物理探究式教学模式的实践探讨
3.1 运用“科学探究式”教学模式设计实施新知识创新教学
新知识主要是科学研究中的一些新概念、新规律和新模型等。运用“科学探究式”教学模式来实施新知识创新教学，其特点是以学生的认知流程为主线，以教师的启发指导、提供信息(知识背景和方法背景、材料)为导航，以学生的自我探究为主体，通过教师与学生双方互动式交流使学生获取新知识。该教学模式流程如图l所示。
以“原子的核式结构的发现”的教学为例。
对“原子的核式结构的发现”一节教学，由于学生在化学课中已学过原子的核式结构，若简单陈述卢瑟福的α粒子散射实验并不能激发起学生的学习兴趣和创新思维。但是如果将卢瑟福的α粒子散射实验的设计思想设计成探究性的研究课题，去组织引导学生的思维活动，则可设计如下程序化问题以调动学生学习的积极性：
(1)卢瑟福为何要设计α粒子散射实验?
(2)卢瑟福为何以α粒子作为射线源?能否用阴极射线代替?
(3)实验中靶标的材料为何用金(au)，而且要制成金箔片?能否用铝箔代替?
(4)根据实验现象中α粒子极少数反弹，绝大多数不偏转，能推出什么结论?
通过以上小课题的研究，不仅使静态的知识被还原为动态的科学认知过程和探究过程，还可使学生在此过程中受到物理学家们科学研究方法、科学创新思维的熏陶，从而使学生在新知识学习过程中自身能力得以提高和锻炼。
3.2 运用“实验探究式”教学模式设计实施实验创新教学
物理是一门实验科学，在实验教学中要充分培养学生探究物理规律的各项技能和方法。
“实验探究式”教学模式就是针对这个要求而提出的.其特点是以学生认知程序为教学主线，即教师根据学生认知特点，遵循科技人员应用设计的思维方法，模拟科技人员进行实验探究情景，通过铺设知识和思维台阶，展现实验探究过程，在教师导航下，通过师生双方互动式活动来引导学生进行科技探索。
以“2002年高考(上海卷)第17题”的分析为例。
有一组同学对温度计进行专题研究，他们通过查阅资料得知17世纪时伽利略曾经设计过一个温度计，其结构为：一麦杆粗细的玻璃管，一端与一鸡蛋大小的玻璃泡相连，另一端竖直插入水槽中，并使玻璃管内吸入一段水柱，根据管内水柱高度的变化，可测出相应的温度。为了研究“伽利略温度计”，同学们按照资料中的描述自制了如图2所示的测温装置。图中a为一小塑料瓶。B为一管，通过软木与a连通，管的下端竖直插在大水槽中。使管内外水面有一高度差h.然后进行实验研究：
(1)在不同温度下，分别测出对应的水柱高h，记录的实验数据如表3所示：
根据表中数据算相邻两次测量水柱高度差并填人表内的空格，由此可得出结论：
①当温度升高时，管内水柱高度h将____(填：变大、变小、不变)；
②水柱高度h随温度的变化而____(填：均匀，不均匀)变化；试从理论上分析并证明结论②的正确性(提示：管内水柱产生的压强远远小于一个大气压)：____。
(2)通过实验，同学们发现用“伽利略温度计”来测温度，还存在一些不足之处，其中主要不足之处有①____；②____。
该题提供的物理情景：“有一组同学对温度计进行专题研究……”本身就是一个关于实验探究性学习的题目，从考查方面看，本题突出考查了学生是否具有这种“类似科学研究”的能力。在第(1)小题中首先需要进行数据处理，若描出h-t图像就会发现在实验误差范围内图像是一条直线，从而得出h随温度是均匀变化的，这就要求教师在平时教学中培养学生处理实验数据并根据这些数据总结归纳出物理规律的能力。然后第(1)小题题目中有提示“管内水柱产生的压强远远小于一个大气压”则暗示学生瓶内气体做等压变化，这考查了学生是否具备建构“等压变化”这个模型的建模能力。在第(2)小题中由于在建构物理模型过程中不考虑管内水柱产生的压强和实际大气压可能会变化等因素的影响，这与实际实验情况有偏离，故该种温度计测温度存在不足之处也是显而易见的，这需要教师在平时进行“实验探究式”教学中努力提高学生的实验素养和误差分析能力。
3.3 鼓励发散性思维，培养学生思维的变通性
发散性思维又称辐散思维，是创造性思维中重要组成部分。它是根据已有的信息，从不同角度、不同方向思考，从多方面寻求多样性答案的一种展开性思维方式。它表现出流畅、变通、独特三大特征。培养学生思维的变通性要求教师在平时的物理教学中应对所给的例题、习题、试题的形式和内容富于变化，要让学生在条件和问题的不断变化中培养自己的探究性学习的意识和能力，防止不良思维定势，不动脑筋地照搬某种常规解题方法。
以“高中物理竞赛中有关热平衡方程”的教学为例。
在高中物理竞赛中有关热平衡方程的教学中，笔者特意设计这样一个问题：用200g温度为
100℃的热水和200g温度为20℃的铝块，能否用混合法使铝块的温度达90℃?
一般学生按照常规的思维方式，运用热平衡方程来分析，不难列出：
C水m水(100-t)=C铝m铝(t-20)，代人有关数据解得t=86.1℃，因此得出不可能使铝块的温度达到90℃的结论。
此时，如果教师提出一个启发发散性思维的关键问题：“题目要求水必须一次性与铝混合吗?”许多同学就可能突破常规思维的束缚去分析：先取100g热水与铝块混合，解得热平衡后温度t=76.4℃，然后把这部分水倒掉，再加入剩余的100g温度为100℃的热水与温度已升高到76.4℃的铝块再次混合，则可解得最后热平衡温度t=93℃，可见完全可以使铝块温度达到90℃。进而提出问题：“铝块最后的温度有可能超过93℃吗?”此时大多数学生会兴致勃勃地再去分析考虑，探究出的结论渐渐浮出水面：把水分成的份数越多，进行热传递的次数越多，铝块能达到的末温就会越高。
3.4 开创具有科技创新特点的研究性学习及活动课
要进行以培养学生创新精神和实践能力为重要内容的素质教育，就必须改变学生的学习方式，即由被动接受知识转变为自主研究探索来主动领悟，不但要学习课本内的知识，还要探索课本外的东西，从中感受从事科学研究的一般方法和创新乐趣。研究性学习及活动课由此产生，其一般程序是：开设科普讲座指导选题制定研究计划实施研究结果处理或撰写论文报告交流研讨等。针对物理学科的特点通常有：①科普讲座型；②知识探究型；③准学术研究型；④创新研究型等不同层次的研究性学习及活动课类型。
不论哪一个层次的研究性学习和活动课都要注意以下几点：
(1)要注意新颖性(独特、创新)、实用性(经济实惠，符合科学规律，具有实用价值)、先进性(能解决某些技术难题，使产品的性能提高、用途增广等)。
(2)要注意使学科类知识与科技活动类知识相互有机的结合。在学科教学中，应努力挖掘科学知识因素，引导学生把课堂知识转化为实用技能，在社会实践与日常生活中运用。
(3)要注意在研究活动中做到多辅导、多点拔、多示范、少指责、少包办。
3.5 渗透科学研究方法，提高科学探究素质
高中物理中的科学研究方法一般流程如图4所示。在探究式教学的实施过程中，应注意有机地渗透科学研究方法，使学生明白一些学科方法论内容以培养他们的科学素养。
著名教育家陶行知说过：“人身两大宝，双手和大脑”。瑞士心理学家皮亚杰也曾说过：“要认识一个客体，就必须动之以手，智慧始于动作”。教师平时教学中要鼓励学生勤动手多去做一些科学探究，从中体会到探究问题的一般方法和过程，从而使学生初步认识到将来从事科研工作的基本程序，使他们科学探究素质得到一定的提高。
以“电动势”的教学为例。
在学习《电动势》一节内容之后，可提出以下问题布置学生课后探究：
(1)搜集器材，自制一个伏打电池。
(2)怎样确定自制伏打电池的正负极?
(3)测定自制伏打电池的电动势。
(4)研究自制伏打电池电动势大小跟电池的哪些因素有关?(如：电池内溶液浓度、两极金属板的材料及插入溶液的深浅度等)
通过对以上问题的实验和理论研究探索，学生不但可以加深对电动势的产生机理、特点等的认识和理解，而且还可以从中体会到科学探索的一般研究方法和无穷乐趣。这对培养学生进行探究性学习的能力是非常有益的。
4 结束语
由于在物理探究式教学中要注重学生探究的过程、方法，注重学生情感、态度和价值观的培养，注重交流与合作，注重科学精神，注重创新和实践，所以对学生学习的评价不能只盯住一个最终结果，而应该更加注重对学生探究性学习的过程进行评价，并且要注意评价方式的多元化。中学生由于知识和能力水平所限，在他们进行的探究性学习当中能够取得一个好的“结果”固然可喜，若没能取得，教师也必须要充分肯定他们从中表现出来的良好科学探索精神和处理问题时的科学探究态度。通过建立积极、正面的评价机制，使学生在科学探究的锻炼中，逐步形成科学思想和科学方法.培养他们良好的科学合作态度和做人态度，这必将有利于学生的终身学习，有利于全面提高受教育者的素质。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.物理课程标准[J].北师大出版社.2001.7
[2]霍金萍，查尔明.让教师走进研究性学习[J]广西教育出版社.2001.4
[3]黄国龙，戴满国.培养学生创新能力[J]物理教学.2003.3.
高中生物科学研究方法篇10
宇宙线实际上是一种来自宇宙空间的高能粒子流，20世纪初发现的许多基本粒子，都是首先在宇宙线的研究中发现的。对宇宙空间高能粒子和高能辐射的研究，是当代物理学和天文学研究的一个重要前沿领域。在这个领域中，有一位中国科学家成就卓著，他就是中国科学院数学物理学部院士、清华大学天体物理中心主任、中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室学术委员会主任李惕碚。
作为中国在这一领域的代表之一，李惕碚曾主持中国科学院重点科研项目“宇宙线高能天体物理研究”（1987-1990）以及两项国家自然科学基金重点项目“天体高能过程的空间观测与研究”（1992-1995）和“天体高能辐射的物理过程”（1998-2001），担任过国家自然科学基金重大项目“太阳活动和宇宙活动天体的研究”（1988-1991）学术领导小组成员、子课题负责人，承担了多项重点科研项目的攻关任务，在国内创建了高能天体物理实验室并主持开展了高空气球运载的高能天文观测，提出了银河系伽马射线源的统计模型并获国际共识，建立了寻找超高能天体的计算公式，目前已成为国际学术界宇宙线和高能天体物理数据分析的一个标准方法，建立了对象重建的直接解调方法，获得日益广泛的应用，先后在国内外重要学术期刊数十篇。
受父亲影响，李惕碚选择实验核物理专业
李惕碚是湖南攸县人，他之所以走上充满艰辛和坎坷的科学研究之路，并在这条崎岖的“山路”上跋涉至今，在很大程度上是受了他父亲李乐元的影响。
李惕碚的父亲李乐元1932年从北平大学化学系毕业后，由中国科学社社长任鸿隽推荐，来到位于重庆北碚的中国西部科学院做研究员，先后担任理化所主任、中国西部博物馆馆长、西部科学院总干事兼院长，为20世纪三四十年代中国科学组织和科学普及工作做出了很大的贡献。
在山城重庆枇杷山脚下，矗立着一座3层的灰色建筑物，这就是重庆市博物馆。它的前身是西南人民科学馆，而西南人民科学馆的前身便是中国西部科学院和中国西部博物馆。抗战的烽火燃烧起来后，重庆成了大后方。为了让中国的科学家不致因战争而中断科学研究事业，当时重庆民生轮船公司总经理、著名的民族资本家卢作孚出资创建了中国西部科学院并亲任院长，吸引了一批化学、地质、生物等学科的著名科学家前去从事科学研究，使处于战火中的中国科研事业得以延续，作为总干事兼院长的李乐元，则全面担负了该院的科研组织与管理工作。后来，李乐元又筹资建设了中国西部自然博物馆。重庆解放初期，中国人民的高级将领、邓小平、等曾经走进这座博物馆。当他们看到馆内正在举办的“从猿到人”的人类进化史大型油画展览时，都很惊讶，他们没有想到在当时的中国竟会有唯物主义历史观如此鲜明、展品如此精美考究的自然科学展览。
李乐元对科学事业的热爱与追求，深深感染和熏陶了他的几个子女，其中尤以老三李惕碚最为突出。李惕碚读高中时，冷战使核物理研究风行一时，各个国家都在下大力气研究这一关系国家安全与国际地位的前沿科学。本来是化学家的李乐元，竟然也开始自学原子物理理论，通读了两卷本的《原子物理学》。他越学越感到这一学科太有趣也太重要了，因此对李惕碚说，你要能学好这一门科学，那就太好了，现在国家特别需要研究这一学科的人才。在父亲的影响下，李惕碚高中毕业以优异成绩考入清华大学时，毫不犹豫地选择了工程物理系实验核物理专业，从此开始了他长达40多年的物理研究，并做出了重要的贡献。
据李惕碚的弟弟李惕新回忆说，当年父亲坐在椅子上，手上夹着烟卷，只要提到三哥，双眼便格外光亮起来，父亲脸上的那种笑容呵，他实在没法形容。三哥每次从北京回到家，总是和父亲朋友般地长谈到深夜，内容涉及自然科学和社会科学。李惕新当时只恨自己年纪小，不能参与这个两代科学人的精神会餐。三哥渊博的科学知识总是让他感到惊讶。
茫茫宇宙探奥秘，极目长空察“天机”
1963年，李惕碚从清华大学工程物理系毕业后，分配到中国科学院原子能研究所（即今高能物理研究所的前身）工作。
为了有效和长期对宇宙射线进行观测，各国都相继建立了观测站。1954年，中科院在云南东川市海拔3200米的落雪山建造了第一个高山宇宙线实验室。李惕碚分配到中科院的第二年，便来到了这个实验设备先进、生活条件却相当艰苦的云南高山站，进行宇宙线观测与研究。在海拔3000多米的高山站，虽然高山反应可以通过慢慢的适应而逐渐减轻，但生活的艰苦却是无法改变的。所有的生活物资，都需要从山下运上来，极不容易，而一到冰雪封山的季节，这个现代化的观测站就孤零零地矗立在冰雪之中，工作人员只能靠储藏的食品维持生活。除了条件艰苦，最难受的还是生活的孤单与工作的枯燥。在高山站的工作人员，多的时候20多人，少的时候只有几个人，长年孤孤单单地住在高山上，面对那些冰冷的仪器设备，没有社交，缺乏朋友，这对于一个20多岁的小伙子来说，其寂寞难受不言而喻。而每天三班倒不停顿地进行宇宙线的观测，其枯燥乏味也是可想而知的。
但是，李惕碚对此却不以为苦，因为他喜欢自己的专业，热爱自己的事业。面对着茫茫宇宙，他为自己能够探测宇宙的奥秘、洞察宇宙的“天机”而感到极大的满足，在高山站坚持干了10多年，一直到高山站撤销，他才完全撤回北京的中科院原子能研究所。
李惕碚来到高山站的当年，便参加了当时世界上最大的云雾室的安装、调试工作，并利用云雾室进行了高山宇宙线电磁簇射的研究工作，随后在高山站的宇宙线研究工作中，取得了一系列重要成果，其中一项成果获得了1978年全国科学大会奖及中国科学院重大成果奖。
勇于创新，敢于挑战
1975年，欧洲发射了一颗伽马天文卫星CoS―B，这颗天文卫星的发射，标志着国际高能天体物理研究进入了一个新阶段。20世纪70年代末，CoS―B组宣布发现了包括一批强烈发射高能伽马源在内的宇宙伽马源表。
1981年7月，第17届国际宇宙线会议在法国巴黎举行。会上，一位中国科学家根据他的银河伽马射线产生模型和对CoS-B数据的重新分析，向世界各国的同行们发表了他对CoS-B组公布的宇宙伽马源表的看法：CoS-B卫星探测到的一些银河伽马源并不是真正的分立源，而是弥散的星际分子云。因此，应将宇宙伽马源表中一半左右的源从表中删去。此话一出，四座皆惊。CoS-B组的一位数据分析负责人当即对此提出质疑并与这位中国科学家激烈争论起来，使报告难以正常进行下去。然而，事隔数年，正是这个持激烈反对意见的CoS―B组在后来举行的第21届国际宇宙线会议及其他国际会议上宣布：经过数年的观测和分析，证实了这位中国科学家的结论是正确的，并最终将一半伽马源从宇宙伽马源表中删去。随后，20世纪90年代，美国大型伽马天文卫星康普顿天文台CGRo的观测，也证实了该学者的模型及其结论的正确性。
这位中国科学家就是李惕碚。他提出的在数据处理中必须正确估计弥散背景的意见，现在已被普遍接受并在所有伽马天文卫星数据分析中被采用。
勇于创新，敢于挑战权威，这是李惕碚从事科研的最大特点。他的一些重要工作，开始都不被人接受，甚至受到许多人强烈的反对，经过10年左右的时间才能得到普遍承认。例如，20世纪60年代以来，超高能宇宙线探测和空间高能天体物理实验观测发展迅速，但对于实验观测数据的处理分析没有一个统一的方法。1969年，美国哈佛大学的一位学者提出相对斯然方法，它普遍地被国际宇宙线物理和高能天文界接受。1982年，李惕碚指出相对斯然法是错误的，它缺乏可靠的理论基础，对于实验观测结果可靠性的估计有严重的系统误差。李惕碚审查了包括相对斯然法在内的为宇宙线物理和高能天文工作采用过的各种分析方法，分别指出了它们的错误所在，并利用数理统计学的假设检验理论，推导出计算背景――对象模式实验观测结果显著性的新公式。李惕碚的同事马宇倩用蒙特卡罗模拟计算证实了公式的正确性。这一新方法1985年在美国召开的第国际宇宙线会议上引起热烈争论，并为此召开了伽马天文分析方法的专题讨论会。到20世纪80年代末，该方法被世界各国实验室广泛应用于宇宙线物理、X天文、伽马天文、高能谱线天文等学科的实验研究，用于高能和超高能天体的搜寻、伽马谱线的寻找、流强和背景估计等，被称为李――马公式、李――马统计量或李――马准则，成为估计宇宙线物理和高能天体物理实验结果统计可靠性和找寻超高能天体的标准分析方法。
让中国的“张衡天文台”尽早飞入太空，实现基础科学前沿的跨越式发展
20世纪60年代以前，中国没有自己的高能物理研究机构，中国的科学家要到苏联去做高能物理研究。为了能使中国自己的高能物理研究尽快起步，李惕碚与方守贤、何祚庥共同倡议建立高能物理研究所，开展前沿交叉学科宇宙线天体物理和空间高能天体物理研究。1976年6月，李惕碚起草的《关于筹建高能物理研究领导机构的建议》放在了当时主管国防科工工作的聂荣臻的案头。同年7月，聂荣臻批示，同意采纳李惕碚等人的建议，成立高能物理科研机构的筹建处。至此，我国高能物理研究才有了专门的机构与研究基地。李惕碚作为建议设立我国高能物理研究机构的发起人之一，以对科学高度负责的精神，为中国科研架构体系的完善尽了一个科学家的义务。
高能天体物理是一门重要的前沿交叉学科。1970年，美国发射X射线天文卫星“自由号”，实现了空间X射线巡天，开拓了人类探索宇宙的新窗口。1972年，在我国第一次高能物理工作会议上，李惕碚就做了“宇宙射线与天体物理”的报告，积极倡议开展宇宙线天体物理和空间高能天体物理研究。1977年，在没有专门的人造卫星进行研究的条件下，李惕碚根据学科发展需要和我国国情，倡议发展中国的高空科学气球系统，组建并领导高能天体物理实验室。李惕碚、顾逸东等科研人员经过10多年的努力，研制和发放成功亚洲最大的高空科学气球，开辟了北半球最长距离的长时间气球飞行路线，为我国多学科研究提供了重要的高空运输手段。
随后，李惕碚主持发展了球载硬X射线望远镜系列，于1984年首次实现了中国对天体高能辐射的空间观测，并于1991年研制成功世界上第一台球载大型复合型硬X射线望远镜Hapi-4。
在李惕碚的带领下，通过走适合国情的发展道路，使高能天体物理实验室集运载工具的研制与开发、探测系统研制、数据分析和物理研究于一体，形成了一支精干配套的空间科技队伍和技术支持系统，实现了气球工程与学科研究、实验探测与理论分析密切配合和相互促进，在技术和方法方面都有着重要的创新，为我国实测高能天体物理研究的进一步发展打下了良好的基础。
空间高能天体物理研究确实需要较好的设备、较好的条件，但李惕碚认为，这并不意味着设备、条件相对不足的中国，就不能搞出领先世界的成果。他及时抓住学科发展的机遇，在实验技术和科学思想创新的基础上，努力开辟适合中国国情的科学研究与发展道路。
早在20世纪80年代，李惕碚就敏锐地抓住国际空间高能天文数据走向开放的趋势，倡议并组织建设高能天体物理数据库及其分析系统，发展新的分析技术，在独到的物理思想指导下，从国外开放的数据中取得新发现。迄今已建成国内最完全的空间高能天体物理数据库，形成分析队伍，并在数据分析工作中取得了重要成果，出版了专著《实验的数学处理》（该著作获1977～1981年全国优秀科技图书奖）。
在高能天体物理研究中，硬X射线由于成像技术困难，人类一直未能实现硬X射线的成像巡天。20世纪90年代初，李惕碚和他的同事吴枚研究创立了图像重建的直接调解方法，此方法比传统技术能更充分利用信息和有效地抑制噪声，显著提高了低信噪比、低统计和低分辨数据成像的灵敏度和分辨能力，可以克服硬X射线成像的困难。为推进硬X射线成像巡天等天体物理研究,李惕碚领衔国家（973）基础科学前沿项目“天体高能辐射的空间观测与研究”，并担任该项目首席科学家，该项目获得中国科学院知识创新工程项目的支持。该项目将建造一台世界最高灵敏度和最高分辨本领的硬X射线调制望远镜HXmt,实现人类历史上首次硬X射线成像巡天和对活动星系核、黑洞双星等高能天体的高灵敏度定向观测，发现了一批新天体和天体高能辐射新现象，推进了人类对天体极端物理条件下高能过程的了解。正是由于该方法和项目的创新性及重要性，在其提出的10年后已得到国际学术界的普遍承认与高度重视。
2002年7月，为了培训新世纪空间科学的骨干人才，欧洲空间局等国际组织在意大利举办空间科学暑期讲习班，邀请李惕碚担任教员讲授“直接解调方法”。同年，李惕碚还应邀在国际天文学联合会天体物理中的高能过程和高能现象会议、环太平洋区域恒星天体物理会议等国际会议上作了该项目的报告，得到国内外学者的高度评价。