frogprincess
生物科学实验是以认识生命运动的本质和规律为目标的实践。它不是盲目的行为，而是在理性指导下的变 革现实的实践活动。在每一个实验的过程中，从实验意念的产生到实验方案的设计，从实验结果的分析到实验 报告的完成，每一步都有思维活动，每一步都是思维的结果。所以，生物科学实验有利于把学生带入发现问题 的情境，使学生在分析实验问题之中和在解决实验问题中锻炼思维能力。 科学的思维能力是科学素质的重要方面，而科学素质的培养又是全面实现素质教育的重要内容。本文结合 初中生物实验关于培养学生的思维能力问题谈几点看法。 一、启发学生的思维积极性 兴趣是思维活性的触发剂，求知的需要是学习动机的基础。当学生对某个问题发生兴趣时，就会围绕着这 个问题积极地思考起来。但是，单纯由“实验”表面的“魅力”所引起的，只是直接的兴趣，如果没有更深层 次内涵的吸引，维持不了多久。要想保持学生持久的兴趣，就要善于“创造”种种诱因。比如，从生产实际和 学生生活实际引出实验课题，不断明确实验目的意义，不断提出有趣而又有思考性的问题引起学生思考，等等 。通过这些手段，及时地把学生的直接兴趣发展为间接兴趣。 思维总是在观察和解决问题的过程中进行的。当一个人产生必须排除困难的需要，或要了解某一问题时， 思维就活跃起来。实践证明，有意识地创设发现问题的情境是引导学生积极思维的好方法。我们要善于利用实 验中的〔观察与思考〕、〔讨论〕等栏目中的问题，以及在辅导实验的教学中用有启发性的问题巧妙地引导和 调动学生思维的积极性。 二、帮助学生掌握科学研究的基本过程 科学思维方法的首要问题是明确科学研究的基本过程，即解决问题的程序。 例如，〈观察鼠妇活动〉的实验设计思路。 首先，通过观察发现问题。为什么在花盆下、石块下等处容易找到鼠妇？这些地方有什么特点？ 其次，提出假设（对发现的问题大胆提出猜测和解释）。 鼠妇的活动可能与光照条件有关。 鼠妇的活动还可能和水分，以及其它外界因素有关，等等。 第三步，设计实验，验证假说。在这个阶段，实验的目的任务、方法、材料、装置等等都是根据假设来确 定的。所以，实验的理论依据主要是假设（当然还有赖于学生对有关科学知识的掌握情况）。 先检验“光照”对鼠妇活动有无影响。 为了消除无关变量的干扰，突出自变量，找出自变量和因变量的因果联系，必须创造一个除“光照”以 外其它条件均相同的、只有明暗两处相通的场所。把一定数量的鼠妇放在其中，观察鼠妇在明暗两处的数量分 布情况。 第四步，分析、讨论实验结果，推导结论验证假设的真伪。 通过“鼠妇实验”，要帮助学生感受和理解科学研究的基本过程：问题→假设→实验→结论。初中所有的 生物实验几乎都体现了这条思路，这里不再重复。 需要说明一点，科学的“假设”绝不是无根据的凭空捏造，而是要有科学根据的。这种根据来源于头脑中 已有的知识，或者来源于别人的研究成果，或者来源于对客观实际的观察。例如，在研究“消化”的实验里所 提出的假设：“细胞膜只能透过小分子物质，食物中的大分子物质必须先变成小分子物质才能透过细胞膜。” 这个假设的理论根据是：①人和动物都是由细胞构成的；②生活的细胞需要从外界吸收营养物质；③营养物质 是通过细胞膜进入细胞里的；④人和动物的营养物质来源于食物；⑤食物营养成分中有大分子物质。通过生物 实验使学生理解科学研究的基本过程，经过反复训练，完全可以把这种思考问题的程序内化为学生的思维习惯 。 三、训练学生的思维操作技能 思维操作技能包括分析、综合、比较、抽象和概括等几个步骤。在生物实验中要实现对某生命现象的本质 和规律的认识，就要对实验中的感性材料进行一系列的思维操作才能实现。 首先，是对要研究的事物进行分析。根据系统论的观点，任何一个生命体或一种生命现象都是由部分、层次、要素组成的开放的有序整体。对于这样一个整体如果囫囵吞枣地研究是无法进行的。只有将其分解，才能 一部分一部分地研究，深入其内部，发现其本质。在头脑中把整体分解为部分而进行逐个研究的过程就是分析 。比如，在研究“影响鼠妇活动的外部条件”时，必须先把“外部条件”分析成光、水、化学物等单个因子， 然后逐一考查和鼠妇活动的关系；在研究“光合作用”时，也是将其分解为原料、条件、产物几部分，而这每 一部分又是由次一级的成分组成。为了便于研究还须进行更深层次的分解。所有的科学实验都离不开分析。 综合，在头脑中把生命体的各部分，把生命现象的各个方面和属性联合起来，形成对生命体和生命现象整 体的认识，这就是综合。比如在了解了细胞膜、细胞质、细胞器、细胞核等构造之后，再把它们联合起来就形 成了一个完整的生活的细胞的概念。分析和综合是相反相成、紧密联系的对立统一的关系。它们是思维活动的 基础。 比较，是把生物各部分构造、功能和某些属性加以对比，并确定它们之间的异同点。这就为进一步认识生 命的本质和规律、进行抽象和概括打下基础。例如，比较各种细胞在形态构造、功能等方面的相同点和不同点 ，比较各种种子的构造，比较淀粉酶在不同条件下对淀粉的作用情况，等等，这些都是比较的过程。 抽象和概括，是找出各种生物体或各种生命现象中共同的本质的属性，或找出各部分构造之间，功能与构 造之间，生物与环境条件之间的因果关系，而抛开次要的、非本质属性和非因果的偶然联系。并且，把抽象出 来的本质属性，必然联系加以综合形成概念和判断，达到对生物现象的本质和规律的认识。比如，在研究了植 物的各种花之后，舍去颜色，形状等次要属性而抽取出都有“花蕊”及担负“有性繁殖”功能这两个最本质的 特征，形成花的一般概念，这就是对花的抽象和概括。 分析、综合、比较、抽象和概括等在同一次思维活动中都是共同参与，紧密结合。一般说来，分析、比较 、综合是抽象和概括的基础，而抽象和概括是思维的核心。只有通过抽象和概括才能认识事物的本质和发展规 律，形成概念和原理，从而达到对事物理性的认识。 四、培养学生思维的逻辑性 思维的逻辑性主要指能正确运用概念、判断、推理的形式进行思维和表达思维的结果。在实验过程中，学 生通过观察获得大量具体的、形象直观的感性材料，对这些材料经过思维，抽象和概括出各种生命现象的本质 属性和必然联系，再以概念、判断、推理的形式表达出来或贮存起来。生物学中的各种基本概念、规律、原理 等都是概念、判断、推理的具体体现。这些就构成了生物学的知识体系。 生物学的基本概念和概念体系是生物科学知识的基础，所以，我们必须重视基本概念的教学。但是，应该 让学生自己通过“劳动”取得这些概念，让学生通过实验、观察、思考形成这些概念，并且能够用科学的语言 把它们表达出来。坚持让学生给概念下定义，让学生推导实验的结论，实际上是训练了学生思维的逻辑能力。 生物实验中经常用到的推理方法主要有归纳推理和演绎推理。这就为培养学生的推理能力创造了有利条件 。 归纳法是从个别事例概括出一般原理的思维形式。它一般又分为完全归纳、简单枚举法和因果归纳。简单 枚举法在中学生物实验中是普遍存在的。比如，一个鼠妇喜暗怕光，二个鼠妇喜暗怕光，……，从多数的鼠妇 喜暗怕光，归纳出所有的鼠妇都喜暗怕光。再比如，花、种子等许多生物学概念均是简单枚举归纳推理的结果 。 因果归纳可有求同法、求异法和剩余法等多种形式。这些方法在设计生物实验时都有所应用。例如在光合 作用实验中就应用了求异法。求异法是研究现象（a）和条件（A）的因果联系。如果当A存在的场合a现象也出 现，当A不存在时a也不出现，则可归纳出a与A有因果联系。光合作用和“光照”条件的关系推理如下表： 处理 光(A) 其它条件(B) 光合作用(a) ①光照 √√√ ②遮光 ×√× 结论 光合作用与光照条件有关 演绎推理，是从一般原理到特殊事例的推理。它有三种类型，其中以“三段论”应用最为广泛。比如，检 验光合作用产物之一——淀粉就应用了“三段论”的思维形式。 大前提 所有遇碘变蓝的物质都是淀粉， 小前提 如果光合作用产物之一遇碘变蓝 
蚂蚁的观察论文 蚂蚁整天忙忙碌碌爬个不停，它们有时分头行动，有时成群结队，像有人在无声地指挥。 我发现，不论什么时候，蚂蚁头上的两根触角总是不停地左右晃动，不论是单个蚂蚁在寻找食物，还是几只蚂蚁在搬运食物，它们的触角总是在不停地晃呀晃，真有意思。那么它们的触角有什么功能呢？我对它产生了兴趣。 经我多次观察，我发现，蚂蚁在找到食物后，在路上碰到伙伴时，两只蚂蚁的触角都摆动得特别频繁，好像在亲切交谈。不一会儿，它们就从洞穴中搬来大队兵马，向着有食物的地方进发。蚂蚁不会说话，怎么通过触角的摆动就传递信息呢？蚂蚁的某些腺体在不同的情况下，能释放出不同的化学物质，弥散在空气中，产生不同的气味，而蚂蚁的触角上长着灵敏的嗅觉器官，通过触角的不停摆动，使蚂蚁感受到充分的气味信息。原来，他们是在用气味语言交谈的，太妙了！原来，蚂蚁寻找食物时，触角的左摇右摆，是在感受空气中食物的气味。 蚂蚁认路的本领很强，别看它们那么细小，可有时能远征到几十米，它们也不会迷路，蚂蚁认路是不是也靠触角呢？我做了这样的实验，把正在归途中的蚂蚁从地上捉起来，小心地剪掉它的两个触角，再把它放回原地。蚂蚁在地上盲目地转了几圈后，就呆在一个地方不动了，即使蚁巢离它很近，它也回不到巢里，为什么没了触角，蚂蚁就会失去认路的本领呢？我翻阅了有关资料后得知，蚂蚁走过的地方会留下一种称为示踪激素的化学物质，蚂蚁就是靠触角上的嗅觉感受器来感受这种化学物质的气味而认路的，怪不得我在蚂蚁走过的地方滴几滴风油精，蚂蚁回来时经过的那条路所留下的气味被打断，只得像没头的苍蝇乱转，找不到原路了。 蚂蚁没有耳朵，靠什么听声音呢？我抓了一些蚂蚁，分别装在两只透明的瓶子中，其中一个瓶子里的蚂蚁触角都被剪掉了，当两只瓶子中的蚂蚁都爬得不愿动时，我在瓶子边拍了几下巴掌。一个瓶子里的蚂蚁被惊得满瓶子乱爬，而那些剪了触角的蚂蚁却充“耳”不闻，毫无反应，即使在旁边放鞭炮，它们也无动于衷。由此看来，蚂蚁的听觉器官是长在触角上，没有了触角，它们就成了聋子。为了验证蚂蚁的听觉有多灵敏，我把一根缝衣针轻轻地掉在有触角的蚂蚁的瓶子里，结果，蚂蚁都被惊动了。 蚂蚁的触角又怎么能听到声音呢？我挑了几只个头特别大的蚂蚁拿到放大镜下观察，原来蚂蚁的触角并不是光溜溜的，在触角鞭节上长着一圈很密的，极为纤细的长毛，一有声音，这些长毛就能引起反应，频频振动，这不就是听觉毛吗？ 由于经常抓蚂蚁在手上观察，我还发现了一个奇怪的问题：完好无损的蚂蚁在我手上爬几下后会勇敢地从我手上跳下去，而失去触角的蚂蚁却会变得特别胆小，在我手掌中总是爬来爬去，盲目兜圈子，没有一只敢往下跳，好像要摔死似的。我想，这是不是说明蚂蚁的触角有维持平衡、感觉空间位置、主管运动的功能呢？ 蚂蚁能预知天气，如果要下雨，它们会成群地往高处搬家。那究竟蚂蚁靠什么预报天气？我从生物百科知识书中寻找答案后得知，天要下雨了，空气中的水蒸气浓度加大了，被蚂蚁触角的灵敏感受器感受到，从而能预知未来的天气。 经过长期的观察和分析，我认为蚂蚁触角的主要功能如下：1、高度灵敏的嗅觉功能，因寻找食物、认路、和同伴传递信息都得靠蚂蚁的触角。2、敏锐的听觉功能，它可帮助蚂蚁接受外界的信息，躲避危险。3、运动功能，感受自己的空间位置，维持身体平衡，没有触角的蚂蚁即使在平地上也寸步难行。 总之，蚂蚁的触角是它生活中最重要的器官，它比眼睛等其他任何器官都重要。它的两根触角，就像电视机的两根天线，时刻不停地接受外界信息。 小小的蚂蚁，细微的触角，却蕴涵着如此深奥的学问，真叫人佩服，也叫人深思，这对于人类有何作用呢？ 人们根据蝙蝠能发射并能接收超声波的原理，发明了千里眼——雷达。那么，我们不也可以模仿蚂蚁触角而发明一种新的测试仪吗？现在，各种探测和计算系统越来越趋向小型化、微型化。希望有更纤细的接收或发生元件能在很小的范围内探测并储存大量的信息。蚂蚁的触角不就是一种多功能的超小型元件吗？如果我们模仿蚂蚁触角的生物物理和生物化学机制，研制出更好的设备，这对于我们的航天、航海事业及军事领域，以至我们的日常学习、工作、生活等领域，不是有着广泛的前景吗？
