中学生物学的科学思想和科学方法

中学生物学的科学思想和方法赵占良2011年10月23日问题的提出生物学中最有价值的内容是什么？学生学完生物课后，最受益的内容是什么？最容易遗忘的内容是什么？知识？能力？。。。。。。什么使中学生物学内容形散而神聚？为什么学生会觉得生物学内容散乱而无序，只能机械记忆？为什么有的生物学家也相信法轮功？一、中学生物学科的科学思想内涵对科学的基本看法对生物学的基本看法对生命的基本看法对生物界的基本看法—生物学的学科思想对自然界的基本看法—其他科学思想对科学、技术、社会的基本看法1.对科学的基本看法什么是科学？科学的本质是什么？科学是否等于正确？科学是否排斥其他的认识事物的方式？怎样科学地认识科学的价值？科学是否超越功利？科学的本质《高中生物课程标准》第二部分课程目标中的有关表述：“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，理解科学、技术、社会的相互关系……”“认识科学和技术的性质，能正确理解科学、技术、社会之间的关系……”科学的本质从知识角度看从发展角度看从方法论角度看从社会学角度看从文化学角度看科学的本质从认知角度看科学是人们一定阶段对自然界的认识，是关于自然界现象、本质、运行机制和发展变化规律的知识体系，这种知识体系具有开放性和相对稳定性。现有的科学知识大都历经检验，被认为具有真理的性质，但又不能否认是相对真理。科学知识是人脑的主观的产物，但是是客观存在。科学的本质科学即基于证据的思想、解释与辩解。科学的本质是探究与解释。科学的本质从历史角度看科学是一个动态发展的过程，证实的同时也在证伪。科学的发展受人类好奇心的驱动，具有内在逻辑意义上的动力（内驱力），也受外界因素的影响（外驱力）自然界的奥秘无穷尽，人类的好奇心无止境，欲望无止境，因此科学的发展无止境。科学发展过程中有争论是正常的，也是必要的。科学在争论中发展。科学的发展无止境。今天所学习的科学并不是终极的绝对的真理。科学永远期待着后来者的努力。科学的本质从方法论角度看科学的基本特点是以怀疑作审视的出发点，以证据作判别的尺度，以逻辑作论辩的武器。其他学问或文化门类，有的不允许怀疑，有的不讲证据，有的不讲究逻辑。眼见为实（显微镜看到细胞），眼见不为实（太阳和地球），不信未见（遗传因子。科学的局限性）。指出眼见不一定为实，使用工具的必要性。使用工具进行的测量，结果一定准确吗？科学的本质从社会学角度看科学是人类共同的探索自然界奥秘的事业。科学由科学家个人的奋斗发展为科学共同体的共同努力。团队合作显示越来越大的作用。科学研究由有闲之士的爱好，发展为社会上一类职业。科学的成果越来越广泛而迅速地与社会结合，导致科学社会化，社会科学化。科学的本质从文化角度看人类社会两大文化：人文文化和科学文化。本质：科学求真人文求善，求美。从科学与人文的发展过程看人文和科学都追求人的完满幸福的生活、人性的完善和发展。科学崇尚工具理性，人文崇尚价值理性人文主义发展的极端是“人类中心主义”；科学可分为理解型的和力量型的，后者发展为强大技术理性，导致出现科学主义思潮，与前者又紧密结合，导致科技和人的异化，人与自然的对立。科学与人文的关系董光璧：伴侣关系相对独立共生互动动态平衡4.为什么要重视科学与人文的结合•教育中文理分开，重理轻文；•重在培养“人力”，而不是“全人”•学生全面发展的需要•学生学习生物学的需要C.P.斯诺：两种文化——人文文化与科学文化的分裂科学文化与人文文化的不平衡高碑店污水处理厂科学≠正确“科学的”往往意味着正确的。正确的未必都是科学的。科学只是人类认识世界的一种方式。人类认识世界还有其他方式。任何认识方式都有局限性，归根结底是人的大脑有局限性。≠巴斯德、李比希这样的伟大的科学家，认识也有局限性。科学与正确鲁迅文中：“这孩子要死的！”这句话科学，但说这句话的行为就不正确。早晨醒来吸第一支烟的时间与肺癌患病率的关系。这项调查的过程和结论未必科学，但对劝导烟民少吸烟，其动机和结果都是正确的。科学的本质之一：价值中立。Scienceaimstodiscoverfacts,butleavesusfreetodiscoverourownvalues.科学的目的是发现事实，但是留给我们选择自己价值观的自由。对生物学的基本看法科学的属性学科的特点什么是生物学生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学。百年不变的定义，差强人意。生物学研究的基本问题生命的结构是什么？——结构生物学各种生命结构的功能是什么？——功能生物学生命的过去、现在和未来是怎样的？——进化生物学生物学的学科特点古老而年轻研究的对象是活的体系庞杂没有统一的逻辑起点，没有严密的逻辑体系，因此很难用数理逻辑预测未来的生命现象，知识体系中许多内容之间没有严格的逻辑顺序。以物理、化学等为基础，带动物理化学等发展，并且形成许多交叉学科。生物学规律的特点规律借助概念表述，而生物学的概念大都不够精致。（如有性生殖，消费者和分解者）生物是复杂系统，因此生物学的规律大都是统计意义上的规律，不是因果决定论的规律。“生物学只有一条定律没有例外，那就是所有定律都有例外。”必修2P30思维拓展：从细菌到人类，性状都受基因控制。是否所有生物的基因，都遵循孟德尔遗传规律？为什么？细菌是例外，数量性状遗传是例外，基因的连锁互换是例外，细胞质基因的遗传是例外。提示学生摒弃线性决定论观点，启迪学生的复杂性思维。“从简单到复杂，从低等到高等，从水生到陆生。”——进化规律（粗放）。“除病毒以外，生物体都是由细胞构成的”（规律的前提是将例外排除）“十分之一定律”（只是大约为10%～20%，单向流动也有例外）2000年高考题能量也有逆向流动时生命的本质什么是生命？至今没有统一的定义。课标中相关要求必修1的设计思路：“生物1：分子与细胞”模块有助于学生较深入地认识生命的物质基础和结构基础，理解生命活动中物质的变化、能量的转换和信息的传递；……科学地理解生命的本质，形成辩证唯物主义自然观。“生物3：稳态与环境”模块有助于学生认识发生在生物体内部和生物与环境之间的相互作用，理解生命系统的稳态，认识生命系统结构和功能的整体性……必修1P6练习题：人工合成脊髓灰质炎病毒，是否就是人工制造了生命？人工合成病毒的研究，应该肯定还是应该否定？为什么？此题涉及生命的定义、人工生命的定义。答案不唯一。意在引导学生思考生命的本质，并且摒弃二元对立、非此即彼的思维方式。生命的本质物理科学思维模式下的生命本质观机械论的生命观——动物是机器还原论的生命观——生命现象可以还原为物理运动和化学反应信息论的生命观——生命的信息定义生命的本质生物科学思维模式下的生命本质观生命的本质特征：化学成分的统一性、结构层次性和有序性、新陈代谢、应激性、稳态、生长发育、生殖、遗传和进化、适应。迈尔论生命的本质：生命体由独特的大分子构成；生命系统中的重要现象是质的而不是量的；所有层次的生命系统由高度可变的独特个体的群体组成；所有的有机体拥有历史上进化来的遗传程序；有机体是自然选择的产物；生命过程特别难以预料。生命的本质系统科学思维模式下的生命本质观贝塔朗菲：生命有机体是一个自组织、自我复制的开放的系统。现代系统科学：生命系统是远离平衡态的复杂的巨系统。生物学的学科思想生物学最核心思想是进化思想和生态学思想。进化思想的主要内容：生物是怎么来的？生物是不断进化的，现存的所有生物之间都有亲缘关系，它们有着共同的祖先；生物是怎样进化的（进化的过程是从简单到复杂，从低等到高等，从水生到陆生；进化的机制主要解释为现代生物进化理论；进化的结果表现为分子的进化、物种的进化、生态系统的进化）。进化的方向是多元的，进化的结果是不完美的。基因就是这样被选择的——基因的进化进化的结果是占领更多的生态位，不一定适应能力更强。生物学的学科思想生态学思想的主要内容生物都生存在一定的环境中；生物的生存依赖于一定的环境，受到环境中各种因素的影响；生物在适应环境的同时影响环境；生物与环境之间相互作用，相互依存，因而形成有机的整体——生态系统；生态系统是一个功能系统——物质流、能量流和信息流；生态系统是一个通过自我调节维持动态平衡的系统；不同自然条件下形成不同的生态系统；生态系统之间相互作用，形成地球上最大的生态系统——生物圈；生态系统（包括生物圈）是不断演化的。生物学思想的体现进化思想不仅体现在进化论的内容中，还体现在分子、细胞、个体、生态系统等各层次生命系统的研究中。生态学思想也如是。如将人体的细胞作为主体，细胞外液特别是组织液就是它的环境。细胞与内环境之间相互作用，构成一个统一的整体——人体。人体通过自我调节维持稳态。进化思想与生态学思想纵横交错，浑然一体。进化思想在“细胞”中的体现进化思想在“遗传”中的体现生物学的基本观点生物学思想是由生物学基本观点支撑的。生物学基本观点：生命的物质性观点生物体的结构和功能相统一的观点生命系统的物质、能量、信息变化相统一的观点生物体的局部与整体相统一的观点生物的多样性与共同性相统一的观点生物进化观点生态学观点其他科学思想系统论思想控制论思想适度与平衡人与自然的关系辩证唯物主义思想科学、技术和社会的关系科学认识世界技术改造世界科学的产品是关于自然界的知识，技术的产品是自然界本没有的东西，因而具有反自然的性质科学通过技术转化为生产力，技术是科学在社会中应用的桥梁。科学催生技术，技术推动科学进步本章内容充分体现科学催生新技术，技术的应用提高生产力；社会需求是科学发展的外驱力科学、技术和社会的关系科学与技术相互支持、相互制约科学的发展有来自科学内部的驱动力，也有来自社会的外驱力科学技术广泛应用于社会，对经济发展、社会进步、个人生活质量的提高起到巨大的推动作用，但是也可能产生负面影响或冲击。科学丰富人们的精神生活，提高人们的审美境界，影响人们的思想观念和思维方式。二、中学生物学的科学方法生物学的科学方法科学方法有三个层次：哲学的方法、科学研究的一般方法、学科内的特殊方法。高中生物教学侧重在科学研究的一般方法高中生物教材中的科学方法体系详见拙文《人教版高中生物课标教材中的科学方法体系》（生物学通报2007年第3期，人教网高中生物栏目）人教版高中生物教材科学方法体系观察法实验法调查法模拟法逻辑思维形象思维直觉和灵感数学方法模型方法获取经验性材料的方法理性思维的方法归纳演绎分析综合类比数学模型物理模型概念模型系统方法各模块科学方法侧重点《分子与细胞》——观察和实验1.各模块科学方法侧重点《分子与细胞》——观察和实验《遗传与进化》——假说—演绎1.各模块科学方法侧重点《分子与细胞》——观察和实验《遗传与进化》——假说—演绎《稳态与环境》——系统分析、建立数学模型结语科学思想和科学方法教育是生物学教育的重要内容，也是学科价值的体现。课标对此有明确要求，教材对此高度重视，提供了丰富的资源（显性和隐性资源）。中学生物学教学在重视基础知识教学各基本技能的同时，应大力彰显生物学的科学思想和方法，使教学提升到新境界，让学生终身受益！谢谢大家！