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林建春:科学本质与高中生物课堂教学  

2014-04-01 08:57:39|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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主讲:林建春老师 2013年10月15日 厦门同安一中

一、科学本质观

(一)问卷调查的结果——中国理科教师的科学本质观总体总处于朴素水平

以问卷调查中科学世界观、科学探究活动及科学事业等三个方面的调查问卷中的内容入手,显示调查结果:理科教师的科学本质观总体总处于朴素水平。

   由中国科协和国家科委等有关部门共同组织问卷调查(1992),将中国国民与美国国民在“科学知识”、“科学过程”、“科学作用”、“科学素养”等四个方面进行比较。得出结论:中国公民科学素养亟待提高。

      根据中国“2049计划”(类似美国“2061计划”),科学界专家提出1999-2009《全民科学素质行动计划》


科学本质与高中生物课堂教学(主讲:林建春老师 2013年10月15日 厦门同安一中) - 帆帆小老师 - 学海无止境

1.传统科学本质观的哲学范式是逻辑实证主义。

1)科学知识是客观真理,科学知识的产生方式以观察为基础;

2)科学研究过程就是以客观的眼光观察自然现象通过归纳发现某些规则,进而在头脑中形成某种假设。

3)科学是客观的真理

2.现代的科学本质观的哲学范式是建构主义。

科学知识的获得是科学家根据现有的理论来建构的,强调科学知识是暂时性的,主观的,建构性的,它会不断地被修正和推翻。建构主义认为,科学知识是被描述的。科学知识作为可变的东西不能体现科学的真正本质

(二)科学本质观——1.科学认识是以实验事实为基础的。

1案例:DNA分子的半保留复制

1953年,沃森和克里克构建DNA双螺旋结构的模型,一个月后,他们根据这个模型结构特点,提出DNA分子半保留复制的预测。1958年,被梅塞尔和斯塔尔等人的实验(DNA半保留复制的实验)所支持。

案例:细胞膜的流动镶嵌模型的建立

再如欧文顿一万多次的实验,发现凡溶解于脂质的能够通过,不溶解脂质的不能通过。根据此现象,他提出假设:脂质是构成膜的成分。后经几十年后红细胞膜的提出,经化学成分鉴定,得以验证假设。

【欧文顿是尝试对事实现象用“相似相溶”解释——提出假设】

3案例:光合作用原理的认识历程(本例还说明科学知识的暂定性)

 

(二)科学本质观——2.实验中有观察和推论,知道的并不是考到的

案例:比较过氧化氢在不同条件下的分解

2004年版本:上述实验中酶的活性(过氧化氢的分解速率来表示)就是因变量

2007年版:上述实验中过氧化氢分解速率就是因变量

   可以通过观察“单位时间内生成氧气的量”推导“单位时间内过氧化氢分解的量”,进而推导酶的活性。

理科思维是基于实证的逻辑推理,在这里因变量是可观察、可测量的。04版中的酶的活性是依据过氧化氢的分解速率来体现,因此其不能作为因变量,在07版则将其删去。

 让学生理解什么是观察的证据,什么是推导的结论(区别观察和推论)

案例:光照强度对光合作用强度的影响

因变量:二氧化碳的吸收速率/氧气的释放量/干重的增加速率

在某个光照强度光合轻度最高,这可以通过观测的因变量推导出来。

观测指标是此实验的因变量(一个自变量可以选择多个观测指标)

案例:必修一P100 叶绿体的功能(恩格尔曼的实验)

观测指标:是否有好氧细菌聚集

根据实验观察推导实验结论:叶绿体在光下产生氧气。

(二)科学本质观——3.科学定律和科学理论是有区别的

1)规律是对观察现象加的关系的描述性陈述;科学定律的产生范式是归纳式;

2)理论是对观察现象或这些现象中的规律提出的假设,对规律进行解释;科学理论的产生范式是建构式。

案例:生物进化的规律与生物进化的理论

在这里生物进化的规律是由科学家观察不同地质年代的化石得出“生物进化的规律”:生物由低等到高等、由简单到复杂、由水生到陆生。而生物进化的理论则是对规律进行解释,如为什么从简单到复杂?

案例:“酶的专一性”(规律)和“诱导契合假说”(理论)

案例:热胀冷缩(规律)←(解释)←分子的热力学理论

(二)科学本质观——4.科学知识的想象性和创造性

科学认识的结果,并不是纯粹客观,是想象出来的。

案例:DNA双螺旋结构的建立

案例:蛋白质的合成(翻译过程)——目前还未观察到翻译的过程

(二)科学本质观—5.科学知识的暂定性

正确的未必都是科学的(如中医、管理)

科学知识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。

案例:生物进化论(必修2   P126

案例:中心法则的不断完善

案例:疟原病因的探究过程

(二)科学本质观——6.科学的观察中承载理论

案例:促胰液素的发现

原有的理论支撑着沃泰默的实验,在原有理论的束缚下,沃泰默无法发现新的领域,而两个不懂生物的化学家另辟蹊径,开创出新的理论。

(二)科学本质观——7.科学和技术相互影响

科学与技术同样以自然界为对象,自然科学研究的目的是认识自然,揭示自然现象的内在规律和相互联系,而技术侧重改造自然以适应人的生活需要。技术上的进步,总体来说基于科学的发展,新技术的发展又促进我们认识自然的实验手段不断提高,从而推动科学的进一步发展。

 科学               技术              科学

光学原理  ————  显微镜——— ——细胞学说

光合作用 ————提高农作物产量的方法——经济发展促进科学研究

(二)科学本质观——8.科学思想受社会和历史背景的影响    

科学是人类社会系统中一项巨大而有力的事业,受到历史、宗教、文化和社会优先权等的大量的社会力量很好的影响。

案例:克隆技术受到社会伦理观念的影响与限制以及一些国家的法律限制等,说明科学与社会文化背景紧密联系。

二、科学本质的课程教学——明示(明显)教学方法

从科学史、科学哲学等多种角度去诠释科学本质,并通过课堂讨论,阅读相关资料。

1.科学知识的想象性和创造性

案例:《DNA分子结构》教学

教学标题1DNA分子双螺旋的发现过程

教学标题2DNA分子双螺旋的构建过程

2.科学教育应当帮助学生认清科学发展的真实面貌

  (1)细胞膜的流动镶嵌模型是以一定的事实为基础而建构的。

科学本质与高中生物课堂教学(主讲:林建春老师 2013年10月15日 厦门同安一中) - 帆帆小老师 - 学海无止境

2)科学本质观:科学是 建立在事实上的;知道的并不是观察到的;在观察和推论之间有明显区别;科学理论产生式是建构式;科学理论之所以被人结合搜,是因为它能够较为满意的。不要以现在所接受的范式去对科学的过去作出正确与错误的判断

3.定律与理论学习的不同用语

定律:语言应为:“从大量的事实可以归纳出……”

理论:“……提出的……理论可以很好的解释……”

4.重视培养学生发现问题的能力

长期以来的中学科学教育,对发现有价值的问题并提出深刻的问题的能力是忽视的,例如,教师习惯以问题的思维的起点,用一连串的问题串展开教学,这样的做法却是能有效地培养与发展学生问题、解决问题的能力。究其原因,与高考纸笔测验的模式有关。

本文转载自帆帆小老师《科学本质与高中生物课堂教学(主讲:林建春老师 2013年10月15日 厦门同安一中)》

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