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長期以來,我國的中小學教育忽視了培養學生對知識的綜合應用能力以及創造性地解決問題的技能,因而出現了所謂的“高分低能”和書呆子現象。探究性學習正是為了改變這一現狀而推出的有力措施和新的學習模式。探究性學習這一新的學習模式,要求師生改變傳統的“教師、課本、教室三中心”教學觀念,改變傳授型的教學方式,適應以學生發展為本的教學模式。
作為一名初中生物教師,除了在生物課堂上實施探究性學習來引導學生主動參與之外,近年來,為適應探究性活動的需要,我在生物課外科技活動中實施探究性學習的教學方法上也作了一些探索和嘗試。
1、創設探究性問題情境,拓寬探究思路
探究學習的開展源于“探究”契機的出現,即問題情境的創設。創設問題情境的實質在于揭示事物的矛盾或引起主體內心的沖突,從而激發內驅力,使學生進入問題探究者的角色,真正參與學習活動。生物教師創設的生物問題探究情境的適當與否,直接影響學生的探究性學習。生物教師應該在充分考慮學生已有知識和經驗的基礎上,努力創設出與學生的智力和知識水平相適應、真實新穎的探究情境,開闊學生的思維,促進學生探究性學習活動的有效開展,將課改精神真正落到實處。
創設問題情境的途徑。
(1)、利用生物實驗創設問題情境。生物學是一門以實驗為基礎的科學,各種生物實驗以其直觀性、形象性為學生提供了豐富生動的感性材料,能有效地激發學生的好奇心和求知欲。因此利用實驗內容來創設問題情境,可以充分發揮學生的主體性,有利于教師引導學生通過對實驗的觀察、研究和分析去思考問題、探索問題,從而揭示化學現象的本質,探究化學現象的內在規律。
(2)、利用新舊知識的聯系創設問題情境。在新知識的傳授過程中,應該自始至終將解決學生從不知到知,從錯誤、片面、膚淺的認識到正確、全面、本質的認識作為課堂教學的主線,這條主線離不開師生之間提出問題、解決問題的雙邊活動,這就要求我們構建目的明確、價值率高的問題,通過找出教材內容中新舊知識之間的矛盾沖突激發學習興趣來構建問題情境,學生情緒高漲,參與意識非常強烈,學生的思維得到啟發訓練,讓學生在思維的偏差中自找反思,逐漸產生頓悟,順利完成對知識的意義構建。
2、塑造鮮明的探究個性
沒有個性就沒有探究,探究過程往往表現出鮮明的個性。教師應該承認學生的個體差異,尊重學生的不同興趣愛好,同時深入了解每個學生的性格特征、興趣愛好及特長。在此基礎上實施個性教育,引導學生發展具有探究性的人格特性,鼓勵并積極創造條件幫助學生發揮特長,給學生留有更大的選擇余地和自由發展空間,塑造鮮明的探究個性。
(1)、注重科學方法
生物課程標準也明確提出“生物學習要以探究為核心”讓學生“經歷科學、體驗科學、理解科學”去做一個個有典型意義的探究活動。為此,許多的教學方法相繼推出,如啟發式教學、發現式教學、探索法教學等。在這眾多的教學方法中,探究性學習正被人們愈加重視。它以學生發展為本,更顯現學生的學,強調學生的探究和創新。其目標指向學生的創新能力、合作精神、問題意識、人際交往能力、科學精神與科學態度以及關注現實、關注人類發展的意識和責任感的培養,而不是僅僅是知識的傳授和掌握。但是,生物學科方面的探究式教學和實驗研究相對較少,尤其是將兩者相結合進行生物探究式實驗教學者更少。教材的改革中相繼出現一些“培養學生探究素養”的新型教學模式,其中影響較大的是“探究式教學”。
(2)、培養學生動手動腦
創新是人類現代社會發展的前提,是知識經濟時代的主要標志和根本任務,而在創新過程中直接影響創新能力高低的重要因素就是學生的動手能力,所以只有培養好學生的動手能力,才能將學生的創新能力得到發展。
通過這幾年的教學工作,我深深地體會到了這一點,并從以下幾個方面對學生的動手能力與創新能力的培養進行了嘗試.
第一、提高對新課程改革理念的理解和把握,注重實踐能力的培養
通過理論與實踐結合,從思想上到教學中都要更新觀念,改革傳統的教學方式,培養學生創新精神和實踐能力.傳統的單一接受式教育,難以讓學生獲得體驗、研究和發現的機會,因此,新課改提倡由單一化的個體學習向獨立自主與合作交流相結合的學習方式轉變.
學生創新精神、實踐能力的培養是在豐富多彩的自主探究活動中實現的.在教學中,要結合具體的教學內容,使之具體化,結合學生的實際來科學地確立教學目標和操作實施過程,使課程真正建立在學生自主探究活動的基礎上,通過學生主體參與與多層次進行探究活動,達到培養學生創新精神和實踐能力發展的目標.
第二、在探究活動中培養學生動腦和動手的能力
為了幫助學生增加感性認識,克服對微觀結構認識的困難或簡化復雜事物、過程,使學生領悟科學研究的方法并學習相關的操作技能,新教材增加了一種新的探究活動——“模型建構”。建構模型的方法,是科學方法和探究能力的要求,模型建構活動可以讓學生充分動腦動手,使他們從實踐的成功中獲得喜悅,理論在實踐中得到檢驗,從而激發學習的熱情,同時也培養了各種技能。
第三、初中生物教學中注意培養學生實驗操作的能力
生物學是一門實驗性科學,觀察和實驗是生物科學的基本研究方法,生物教學課標對學生實驗操作能力作了籠統的規定,即在生物實驗教學中要求學生對有關生物實驗的技能和能力達到初步學會和學會兩個層次.教師可結合具體實驗,教會學生一些基本的實驗研究方法,然后讓他們主動查找資料,弄清實驗原理,選擇合適的實驗材料和實驗方法.這樣,就可使學生加深對實驗全過程的認識,提高實驗課的效率,也可培養他們的興趣和特長.
關鍵詞:生物教學;探究模式;運用;方法
中圖分類號:G632 文獻標識碼:B 文章編號:1002-7661(2016)06-088-01
在實施新課程改革的進程中,探究式教學已被廣泛運用,怎樣更好地提出問題、做出假設、制定計劃、實施計劃、得出結論呢?自己在實踐中運用了以下方法。
一、注重引言設計,激發學生興趣
在導言中采取多種手段進行激趣,能有效地調動學生的學習積極性:
1、利用諺語引言引發學生思考。如,用“九月九燕飛走,三月三燕來鉆”來說明動物的節律行為;用“兔子不吃窩邊草”、“狡兔三窟”來說明生物與環境的關系;用“螳螂捕蟬,黃雀在后”來說明在自然界中生物之間的關系和食物鏈的特點;用“一山不容二虎”來說明能量流動是逐級遞減的;用“龍生龍,鳳生鳳,老鼠的兒子生來會打洞”來說明遺傳現象;用“一豬生九仔,連母十個樣”來說明變異現象等。
2、利用謎語引言活躍課堂氣氛。如在教學蚯蚓的生活習性、形態特點和對人類的益處的內容時,可以引入“兩頭尖尖相貌丑,沒有腳來沒有手,長年累月地里走,施肥松土是能手”的謎語;用“麻屋子,紅帳子,里面住著白胖子”來鞏固果實、種子有關知識等。
3、利用詩詞引言,加強情感教學。如,利用少年時寫的一首“詠蛙”詩詞來導入兩棲綱教學,“獨坐池塘如虎踞,綠蔭樹下養精神。春來我不先開口,那個蟲兒敢作聲”,這樣即生動又形象。再如用古樂府詩:“敕勒川,陰山下,天似穹窿,籠蓋四野。天蒼蒼,野茫茫,風吹草低現牛羊。”來說明古代黃河流域的繁茂景象,再通過與李白的千古名句“黃河之水天上來”進行對比來說明人與環境的關系,具有很強的感染力,有助于學生對知識的理解和記憶。
二、運用問題引路,使學生善于用腦
愛因斯坦曾說過:“提出一個問題往往比解決一個問題更重要?!苯處熞獎撛O寬松、和諧的教學環境,注重保護學生的自尊心,鼓勵他們大膽質疑,敢于挑戰權威,敢于標新立異,這樣利于促使學生形成敢想、敢問、敢說、敢做的心理品質,形成良好的提問習慣。如可以設問:為什么下雨過后蚯蚓會大量爬出洞穴?移栽幼苗的時候為什么要帶土坨?一次施肥過多為什么會造成燒苗?等等,以此來激發學生思考,讓學生處于有問題性的心理狀態,有一種疑惑、好奇感。另外也可以通過演示實驗來激發學生提出問題,還可以鼓勵學生“反判性”地提出問題,質疑教材、質疑教師及新教材的科學史教育。打破學生只正面接受知識的學習定勢,迫使學生產生“逆反意識”。
培養學生的問題意識、質疑精神和創新精神。還應加強課堂問題的設計,教師在課堂中應少些直接提問,多些指導激問;少些批評斥責,多些鼓勵表揚;少些權威專制,多些民主平等;少些直接告訴結果或答案,多讓學生去嘗試成功或失敗來獲取新知。教師要時時引導提問,處處激勵解問。在整個教學過程中,教師要善于置身于引導者的角色,啟發者的角色,而不是說教者的角色;教師要從生物學知識的傳授者轉變為為學生理解和獲得生物學知識的輔導者和促進者;教師要善于為學生學習提供“支架”,幫助學生把當前問題同已有的生物學知識聯系起來,使學習任務處于既適合學生但又具有挑戰性的水平,刺激學生進行思考、善于用腦。
三、激發探究欲望,培養思維方式
教師應利用學生的好奇心強、求知欲強的特點,在教學中巧設問題情境,使學生產生好奇心,激發起他們一探究竟的欲望。例如探究螞蟻的取食行為、魚兒為什么離不開水、蝗蟲用什么部位呼吸、鼠婦的生活習性、影響開花的環境因素、植物吸水和失水的條件等等。還可利用教材上的一些探究性實驗進行改進,如“廢電池浸出液對生物的危害”,可以改為“廢電池浸出液對小魚的危害”,把小魚分成兩組,其中一組加入浸出液,觀察加入少量浸出液后小魚的燥動不安,從而使學生認識到環境保護的重要性。學生在探究的過程中往往會引發出許多需要進一步研究的問題,由此教師可以鼓勵學生進行課外小實驗,培養學生進一步探究和解決問題的能力。
四、完成課外小實驗,使學生產生生活情趣
課外活動對提高學生的素質非常有益,是進行素質教育的重要途徑。從某種意義上說,學生許多技能的形成都是與此活動分不開的。開發課外實驗素材,優化生物學教學,可以從學生的日常生活實際入手,例如“生物學知識在餐食業中的應用”,這樣會使學生感到所學知識是有用的,從而提高學生學習的積極性。另外還可以從生產、生活實踐中挖掘素材來設計實驗方案,例如動物生活習性的觀察、植物物候學的研究、顯微觀察、生態環境調查等等。這些實驗能實現學生的創新與實驗空間由課內向課外延伸,由學校向家庭的拓展,促進學生在探索方法和思維方式上求創新。教師應鼓勵學生去實驗、去探索、去研究,延伸課內,充分利用課外,開展研究性學習,使課內理論性的知識、理論上的解題思路,通過實踐、探索、論證,更好地掌握。學生一旦掌握了科學的觀察方法,對他們今后從事科學研究工作都是非常有益的。
五、引導查找資料,學會終生學習
摘要:高中新課標強調提高學生的科學素養,科學方法正是科學素養的核心內容。文章分析、整理了高中教材中展現的科學方法,研究了課標的指導意義及要求,辨析了相關的科學方法,以期對課堂教學有所幫助。
關鍵詞 :高中生物教材;科學方法
中圖分類號:G633.91 文獻標識碼:A 文章編號:1671-0568(2014)18-0089-02
人教版高中生物教材必修一《分子與細胞》“生物膜的流動鑲嵌模型”一節中,講述第一部分的知識點“對生物膜結構的探索歷程”,以科學史的方式講述生物膜的發現過程——歐文頓經過實驗發現溶于脂質的物質比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜得出結論:膜是由脂質組成的。這里展示了歐文頓用觀察法和實驗法得出可供分析的實驗結果,然后運用分析歸納法得出結論。關于細微的看不見的不容易想象的磷脂分子,課本給出了磷脂分子的結構示意圖,這是物理模型法。羅伯特森用實驗法發現了細胞膜“暗—亮—暗”的結構,課本也給出了圖片形式的物理模型,直接展示了羅伯特森所拍到的電鏡照片,可以清楚地看見細胞膜“暗—亮—暗”的三層結構。在細胞膜流動鑲嵌模型這一知識點上,課本首先描述了熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗,利用實驗法并用圖片明確記憶,向學生展示了發現的過程,在給出結論的時候,同時運用了物理模型和概念模型,既有用文字具體描述的流動鑲嵌模型如何存在的概念模型,也有用圖片直接展示出來的物理模型。
上述實驗法、歸納法、物理模型和概念模型等都是科學研究中所運用到的科學方法。在一課時的教材中就蘊含如此多的科學方法,但是,在生物課堂上對于科學方法的教育和培養卻很是缺乏。究其原因,一方面是教師對科學方法概念的理解不到位、范圍不清楚所致;另一方面是課堂上科學方法教育教學策略的欠缺。本文將系統闡述一下科學方法的概念及分類。
一、科學方法的概念及層次
在科學研究過程中,為解決科學問題技術難點所使用的方法稱為科研方法。科研方法分為三個層次:第一層次是適用于各門學科特點的特殊方法,如生物化學中的原子示蹤法、粒子物理中的核—核碰撞實驗方法等;第二層次是各門學科研究的一般方法,是特殊方法的歸納和總結,對各門學科研究具有比較普遍的指導意義,如觀察法、實驗法等;第三層次是最具有普遍意義的哲學方法,是一種世界觀又是一種方法論,最本質上是思維方法,是研究各類科研方法的理論基礎和指導思想。
我們在此處說的科學方法是指第二層次的一般方法。一般方法是特殊方法的歸納和綜合,以哲學方法為指導,對各門學科都具有較普遍的指導意義?!疤岣呱飳W素養”是新課程的基本理念,科學方法則是科學素養中最核心的內容,在初高中階段的各學科基礎知識的教學中,讓學生接觸并了解乃至親身應用這些科學方法,對培養學生縝密的科學思維、提高科學素養具有重大的作用及意義。
科學研究只有建立在大量事實材料的基礎上,通過邏輯思維方法對這些材料進行加工整理才能不斷地發展與進步。所以,科學方法根據科學研究中的步驟可分為獲得數據或事實材料的方法和分析處理材料的方法兩大類。
二、獲得數據或事實材料的方法
獲得數據或事實材料的方法主要有觀察法、實驗法和調查法。觀察法是指人們在自然條件下通過感官或者一定的儀器,有目的、有計劃地觀察研究對象并及時記錄下來以獲得相關科研材料的方法,實驗法是觀察法的補充和發展。當通過觀察提出未知的問題時,可以通過實驗來提取出我們所期望的、可以解答問題的答案。實驗法人為干預自然中的各個因素更有利于揭示自然事物的本質。在大多數情況下,觀察法和實驗法相輔相成、共同作用。如孟德爾的豌豆雜交實驗,孟德爾在做實驗的時候,必須先觀察豌豆的相對性狀,才可以設計出雜交的方案,雜交過程是實驗法,在收獲種子的時候也要觀察好豌豆種子的形狀及數量。調查法是指為了達到某一目的,制定一個計劃全面或者比較全面地收集研究對象某一特定方面的材料,以供我們分析、綜合得到結論的科研方法。調查法比較適合從群落或者系統層次上發現問題,是生態學研究的重要方法。在科學家研究曼徹斯特地區樺尺蠖體色基因頻率的變化中,應用了觀察法和調查法。要先觀察出樺尺蠖體色的相對性狀,然后運用調查法,統計一定數量的樺尺蠖中深色與淺色的數量,對比工業革命之前與之后樺尺蠖體色的數量比,可以明顯看出種群的基因發生率變化。
三、分析處理材料的方法
分析處理材料主要有邏輯思維(包括歸納與演繹、分析與綜合、類比)、非邏輯思維(包含形象思維和直覺與靈感)、模型方法和系統方法等。
1.邏輯思維是人們在認識過程中借助于概念、判斷、推理反映事實的過程。歸納和演繹是一對思維方向相反的推理形式和思維方法,歸納是從特殊事實中概括出一般原理或規律,演繹是從普遍性結論或一般性事理推導出個別性結論,二者互為補充、相輔相成。孟德爾在豌豆雜交試驗中,通過實驗數據歸納出性狀是由基因控制的,所有具有相對性狀的生物都符合基因分離定律這一普遍性的規律,這是運用歸納法由個別結果推測普遍規律。為了驗證這一假說的正確性,孟德爾預測了豌豆測交的結果,通過第二年測交實驗驗證了預測的正確,測交實驗是孟德爾運用了演繹法通過一般規律推測個別結論。分析與綜合也是互為表里的一對思維方法,分析是將研究對象整體分解為一個個部分來研究,綜合是將研究對象的各個部分整合起來從整體上去認識和把握。如上面曼徹斯特樺尺蠖種族基因頻率與環境污染間的關系,就有運用這兩種方法。最初科學家只是統計調查出深色樺尺蠖所站的比例越來越大,并不清楚這種變化的原因,這是和大環境割裂開來只分析生物的原因。與環境綜合起來對比,就很容易發現樺尺蠖體色的變化和曼徹斯特地區的污染息息相關。類比是指由兩個對象的某些相同或相似的方面來推斷它們在其它性質上也有可能相同或相似,是從特殊到特殊,從一般到一般的推理。薩頓的關于基因位于染色體上的推理就是典型的類比推理。
2.非邏輯思維包括形象思維和直覺與靈感。形象思維指人們在認識事物過程中對事物表象進行取舍時形成的,只用直觀形象的表象解決問題的思維方法。形象思維包括表象的再現、想象和聯想。而直覺和靈感是當問題無法解決,是大腦不加思考而產生的想法,不具有邏輯性和必然性,對錯與否也要經過證明,但是卻是創新能力形成的重要因素。
3.模型方法是以研究模型來揭示原型的形態、特征和本質的方法,是邏輯方法的一種特有形式。模型舍去了原型的一些次要細節、非本質的聯系,以簡化和理想化的形式去再現原型的各種復雜結構、功能和聯系,是連接理論和應用的橋梁。模型主要分為數學模型、物理模型和概念模型。數學模型是指用數學的方法來描述兩件事物之間的聯系;物理模型是指以實物或者圖片等形式直觀地表達認識對象的特征;概念模型是指以文字對真實世界中的問題或者理論的描述。在教材展示的孟德爾豌豆雜交實驗中,這三種模型都有用到。教材中用概念圖的形式清楚地展示了雜交的過程以及母本和子代的形狀,這是圖片形式的物理模型,有助于形象記憶。而子代的性狀以及數量比例都可以運用數學中的概率計算得出,這是一種數學模型,用一種數學式表達集中因素之間的關系。最后孟德爾得出的文字描述的遺傳第一定律與第二定律,這是一種概念模型。
4.系統方法是指在明確系統邊界后,在分析組成系統各要素、層次結構的基礎上分析系統內各組分間關系的方法。系統方法適用于生態學方面,樺尺蠖的研究也在一定程度上應用了系統方法。以曼徹斯特地區的大環境為系統,系統中對樺尺蠖體色有影響的關鍵因素有樹干、樹干上的地衣,捕食樺尺蠖的鳥兒以及環境污染。工業革命之前,曼徹斯特森林茂密沒有污染,所以樹干上長滿淺色的地衣,樺尺蠖趴在樹干上,深色的容易被鳥兒看見吃掉,所以淺色個體占大多數。工業革命之后,污染嚴重,地衣死亡,煤灰將樹干染成黑色,深色的樺尺蠖容易躲過鳥兒的眼睛而存活下來,所以深色個體占絕對優勢。這是以系統整體分析各個要素、層次的系統方法。
在教材中通過教學將科學方法滲透給學生,是培養學生嚴謹科學思維、提高科學素養的絕佳素材。
參考文獻:
[1]張偉剛.科學研究方法導論[M].北京:科學出版社,2009.
[2]李建珊.科學方法概覽[M].北京:科學出版社,2002.
問題提出的背景:大蒜( A l l i u ms a t i v u mL.( G a r l i c)百合科蔥屬,又叫蒜頭、大蒜頭、胡蒜、葫、獨蒜、獨頭蒜,大蒜呈扁球形或短圓錐形,外面有灰白色或淡棕色膜質鱗皮,剝去鱗葉,內有6~1 0個蒜瓣,輪生于花莖的周圍,莖基部盤狀,生有多數須根。每一蒜瓣外包薄膜,剝去薄膜,即見白色、肥厚的鱗片。有濃烈的蒜臭,味辛辣。
在江蘇蘇北農村,大蒜是重要的蔬菜作物,種植和栽培十分普及和容易,經濟效益遠在其它糧食作物之上。學生對栽培大蒜,有一定的生活經驗和直接感受,比較熟悉。探究大蒜鱗莖在土壤中的位置對大蒜發芽率的影響,易于喚醒其動手的興趣,易于得到家庭、家長的支持和幫助,因此,開展此項探究實驗,可以培養學生科學探究的能力,提高生物科學素養。
一.提出問題
在江蘇蘇北農村,大蒜的的播種季節一般在八月上旬。暑假中,教師帶領學生到田間地頭,參觀、觀察農民栽培大蒜。在施足基肥、澆足水后,農民開行種植大蒜。大蒜在適宜的溫度、濕度、土壤肥沃、酸堿度適宜的條件下,大蒜就會萌發,生長。由于種植面積一般較大,他們不是一顆一顆地種,而是循行隨機撒種。詢問蒜農,大蒜播種時,大蒜瓣在土壤中的位置關系,是否影響到大蒜瓣的發芽率,他們都說不知道。由此,學生們在教師引導下,提出一個值得探究的問題:大蒜瓣在土壤中的位置關系,是否會影響到大蒜的發芽率?
二.作出假設
實驗假設是對實驗結果的預測,它建立在觀察和以往的知識、經驗的基礎上。同學們在參觀了農民種植大蒜的現場之后,對提出的問題作出了下列一系列假設:
1.大蒜瓣在土壤中的不同位置影響大蒜的發芽率;
2.大蒜瓣在土壤中的不同位置不影響大蒜的發芽率;
3.大蒜瓣在土壤中有的位置對大蒜的發芽率有影響;
三;實驗設計
設計實驗的目的,在于驗證假設。設計實驗需要學習前人的知識和經驗,需要掌握一定的實驗技能和技術。實驗中,最重要的是變量的控制,在這次探究活動中,在老師的引導、同學們的熱烈討論、征詢蒜農的前提下,同學們認定:①種植的土壤要求:肥沃、疏松、酸堿度適宜、施足基肥。②氣溫要求:平均氣溫在2 0~2 8℃。③大蒜瓣的要求:新鮮飽滿、無蟲害病害、當年收獲。陳年的大蒜瓣不用。播種深度: 4 c m。④每組實驗用大蒜瓣數量: 1 0 0個。⑤大蒜瓣的位置:對照組( A)大蒜瓣的尖端均朝上,實驗組共四組: ( B)組尖端朝下; ( C)組尖端朝前; ( D)尖端朝后; ( E)尖端斜向下。實驗結果所用表格如下:
大蒜瓣在土壤中的不同位置對發芽率的影響記錄表
四.實施實驗:
實施實驗是科學探究的重要階段,按照實驗設計的要求,同學們認真進行實驗,小組內分工明確,合作協調,很快種植好大蒜,對結果的統計十分熱心和積極。
五.分析證據:
在嚴格細致地收集實驗數據的基礎上,學生們很快地處理好了實驗結果:
大蒜瓣在土壤中的不同位置對發芽率的影響記錄表
六.得出結論:
1.經典實驗——肺炎雙球菌的轉化實驗“剩余法”的應用
1928年格里菲斯肺炎栓球菌轉化實驗推斷:S型肺炎雙球菌含有轉化因子。那么轉化因子到底是什么物質?
(1)是蛋白質嗎?當時,人們已經認識到蛋白質是由多種(20種)氨基酸連接而成的生物大分子,各種氨基酸可以按照不同的方式排列,形成不同的結構多樣性的蛋白質,決定了蛋白質功能多樣。由于蛋白質本身是生命的體現者,更多的科學家聯想到:氨基酸多種多樣的排列順序,如果因此蘊含遺傳信息,作為遺傳物質的可能性很大。
(2)是糖類嗎?多糖類的莢膜,是s型肺炎雙球菌毒性的直接原因,是否是遺傳物質?
(3)是DNA嗎?而對含量較少的DNA的分子結構不甚了解,只知道,它是由4種不同的脫氧核苷酸組成,想象不出DNA怎么可以攜帶海量的遺傳信息。
綜上推測蛋白質為遺傳物質的觀點占主導地位。
……
1944年,艾弗里驗證遺傳物質的實驗思路就是把S型肺炎雙球菌的DNA、蛋白質、RNA、糖類等那些可能是遺傳物質的先行條件(物質)分別分離提取,觀察其對R型活菌的轉化效果,發現只有DNA具有轉化能力,其他物質均沒有轉化能力。而且隨著DNA純度越高,轉化效率就越有效;如果用DNA酶分解s型活菌的DNA形成脫氧核苷酸,就不能使R型菌發生轉化。顯然,DNA是遺傳物質,其他物質均不是。
在這個實驗中艾弗里應用了邏輯方法“剩余法”。
2.穆勒的“剩余法”
它是探求因果聯系的方法之一。已知被研究的某一復雜現象由某種復雜情況引起,將其中已確認有因果聯系的部分除開,則剩余的部分也有因果聯系。
把各種先行條件逐一加以分析,那些與被研究現象無關的因素(蛋白質、糖類、RNA、DNA+DNA酶)一一加以排除,而剩下的某一先行條件(DNA),則是被研究現象s型肺炎雙球菌轉化具有轉化能力的原因,再設計實驗確證。
剩余法的邏輯形式是:已知被研究的復合現象a、b、c、d的復合原因是A、B、C、D;已知B是b的原因,C是c的原因,D是d的原因,所以,A是a的原因。“剩余法”相對較復雜,因為它往往綜合應用了穆勒其他邏輯歸納法。
上述艾弗里“剩余法”實際上還綜合運用了其他四種邏輯歸納法,以證實DNA是肺炎雙球菌的轉化因子,是遺傳物質。
①求同法:契合法(即求同法)。
所有S型肺炎雙球菌的DNA出現場合,R型活菌均能轉化成s型肺炎雙球菌。或所有s型肺炎雙球菌DNA的沒有出現場合,R型活菌均不能能轉化成S型肺炎雙球菌。
契合法(即求同法)為:如果做了若干次實驗,出現了某種共同的生物現象,而在研究這幾次實驗中,只有一種因素是共同的,其余因素均不相同,那么這個共同的因素與被研究的生物現象之間存在因果聯系,若以A、B、C、D、E、F、G分別表示不同的因素,a是所要研究的現象,“契合法”可以用表1表示
所以,A與a有因果關系。
特點:異中求同。不過特別要注意各場合有無其他的共同情況,還要注意這些場合的研究共同現象是否關鍵。所以要注意以下兩點:
結論的可靠性和考查的場合數量有關。考察的場合越多,結論的可靠性越高;
有時在被研究的各個場合中,共同的因素并不只一個,因此,在觀察中就應當通過具體分析排除與被研究現象不相關的共同因素。
②求異法。
S型肺炎雙球菌的DNA存在時,具有轉化能力(出現S型肺炎雙球菌后代);S型肺炎雙球菌的DNA不存在時(蛋白質/RNA/糖類/DNA水解產物等物質),不具有轉化能力(不出現S型肺炎雙球菌后代)。結論:DNA是轉化因子,DNA是遺傳物質。
求異法的一般邏輯思路為:
在被研究的現象出現場合與不出現的兩個對比場合之間只有一個因素不同,如果這個唯一不同的情況在被研究現象出現的場合中存在著,而在另一個場合中沒有這種因素作用的場合不存在,那么,這個因素與被研究的現象之間存在因果聯系,可用表2表示。
表2說明因素A與a現象之間存在因果關系。
特點:同中求異。求異法比求同法更可靠,相對其他探因類的邏輯歸納法簡便,在各類實驗中用得最多。
③共變法。
S型肺炎雙球菌的DNA的濃度越高,轉化效率越高。結論:DNA是轉化因子,DNA是遺傳物質。
共變法歸納原理可表述為:在某一現象(因素)發生一定程度的變化,另一現象也隨之發生一定程度的正相關或負相關性相關性變化,那么這兩個現象之間就存在因果關系。
設A1、A2、A3……是現象(因素)A的不同狀態,a1、a2、a3……是另一現象a的不同狀態,共變法可以用表3表示。
從表中不難看出A(自變量)與現象或因素a(因變量)之間存在因果關系。
④求同求異并用法。利用求同求異并用法例子見表4。
求同求異并用法:如果在被研究現象的若干場合(正事例組)中,只有一個共同的情況,而在被研究現象不出現的若干場合(負事例組)中,卻沒有這個情況,那么,這個情況就與被研究的現象之間有因果聯系。公式可表示為圖1所示。
3.DIY,利用“剩余法”進行生活實際的生物學探究性課題中因果聯系的嘗試
在生活中,經常要對復雜狀況不明原因的進行探究,機械故障、病因探查,不妨用“剩余法”破解。例如,有次生物課上學生蘇童左腮下部有疼痛感,自述食欲不佳……后來看了兩個醫生,一個醫生診斷為“扁桃體發炎”,配了數百元的殺菌藥;另一個專家診斷為感冒類病毒感染,又配了數百元的抑制感冒病毒的藥。家長吩咐,兩種藥都服用試試。
蘇童患的是感冒還是扁桃體發炎或左腮部炎癥,還是其他什么原因?
課后,師生一起觀察蘇童的左腮下部,皮膚外表面沒什么異樣;扁桃體也沒有紅腫現象,用高溫蒸煮殺菌過的筷子輕點扁桃體,也沒有疼痛感,若傷口上撒鹽,肯定會有痛感,所以沾取幾粒鹽輕點扁桃體,還是沒有疼痛感,說明扁桃體沒有炎性。學生發現其左邊臼齒為齲齒,是不是齲齒部發炎?再次用消毒后的筷子輕壓齲齒牙齦部,沒有疼痛感,沾取幾粒鹽粒也沒有疼痛感,可見也不是齲齒引起的發炎。看來可以不用服用殺菌藥了!
當天,蘇童沒有打噴嚏、流鼻涕、發熱等感冒癥狀,其他癥狀很不明顯。
第二天早晨,蘇童回校,其他學生發現他左腮下部略有腫大,會不會是流行性腮腺炎(俗稱“田雞鼓”)?聯想到班上陸續有學生得了流行陛腮腺炎而停課回家休息了,看來很可能是此病。咨詢了相關醫生后,確診是該病。建議蘇童回家隔離治療。在這個過程中,筆者不知不覺中與學生一起利用“剩余法”對生活實際中的生物學因果聯系進行了探究嘗試,。