21世纪是以知识的创新和应用为重要特征的知识经济时代,创新精神与实践能力成为影响整个民族生存状况的基本因素,而教育在其中将起到核心作用。为此新一轮基础教育课程改革强调新课程的培养目标要使学生具有初步的创新精神、实践能力和科学素养,具有适应终身学习的基础知识、基本技能和方法,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。一句话,关注学生方法的掌握,能力尤其是创新能力的培养,着眼于学生终身发展。众所周知,生物学科中的许多发明、创造都是在不断的实验中获取得,因此生物教学必须加强实验教学,引导学生沿着前人走过的路,学会发现、品尝成功,从而帮助学生掌握发明创造之关键----“方法”。

在西方语言中 “方法”一词表示沿着某种道路前进。从现代科学意义来理解,“方法”是指人们在一切活动领域内从实践上或理论上把握现实,为达到某种目的而采取的途径、手段、工具和方式的总和。故人们常把它比作路、比作桥。“对照法”是众多科学方法中的一种,它是人们认识客观事物的一种重要方法。在中学教学活动中,它正被广泛地应用在各科教学中。在社会学科,如日本的明治维新、中国的戊戌变法和俄国的1861年改革三者之间的对照比较,如不同社会制度之间国家法律的对照比较:在自然学科,如物理上的伽利略比萨斜塔实验,化学上的PH值对照分析等等不胜枚举。本篇拟着重讨论“对照法”在高中生物教材中的体现及在实验设计教学实践中应用和意义。

一、 “对照法”在教材中的实例体现及意义。

“对照法”是人们在认识和分析各种事物时,根据一定的标准,把彼此有某种联系的事物加以对照,从它们的异同之处来分析、判断和处理一种认识方法。对于以实验为基础的生物学科来说,这种方法的运用带来了累累硕果,我们不妨对教材一探。

1、在探究性实验中,“对照法”作出了重大的科学发现。

生长素的发现是历经数十年的发现性实验,它以 1880年达尔文的研究为开始,以1934年荷兰科学家郭葛对生长素的分离鉴定为告一段落。教材对此过程选取精髓,再现这重大的科学发现。精髓部分就是四组对照实验,第五章《遗传和变异》叙述了遗传学的奠基人----孟德尔通过研究豌豆相对性状的传递情况,发现了孟氏第一、第二遗传规律。

在生物的许多探索性实验中, “对照法”曾经作出了众多的重大科学发现,法国微生物学家、化学家巴斯德不也是通过实验对照揭示了食物腐败的主要原因是微生物的作用吗?今天的教育是为了将来,学生在以后的学习、创造生活中,他们也许会用得着前人使用过的方法。

2、在验证性实验中,“对照法”揭示了客观事物的本质与规律。

任何一个事物不仅自身表现出各种各样相互交织的现象,而且还因周围环境的变化而互相作用、相互影响,在这种状态下难以揭示事物的本质与规律。而 “对照法”却可以根据实验目的,通过纯化研究对象(减少或排除某些因素),突出某些主要因素,从而去认识事物的本质属性。

例如,成熟的植物细胞是通过渗透作用吸水的。但细胞是很复杂的,如何说明细胞的渗透作用?教材通过对半透膜两侧溶液浓度的对照,通过实验前后液面高低的对照,揭示了渗透作用的本质是水分子(或其它溶剂分子)通过半透膜的扩散,揭示了植物细胞通过渗透作用失水、吸水的规律。再来看看教材中两个验证性的学生实验《观察植物细胞有质壁分离和复原》《观察根对矿质元素离子的交换吸咐现象》,前者通过三组实验结果的对照,揭示了植物细胞发生质壁分离及复原的原理,后者先用活体染色剂来突出对象,然后设定一组对照实验,揭示了根细胞与矿质元素进行离子交换吸咐的实质。

3、在追溯事物的发展过程中,“对照法”确定了事物发展的顺序。

由于同一对象在不同时期发展、变化的缘故,有亲缘关系的事物之间或者遵循某种共同规律的事物之间存在着相互联系。

试分析关于生物的进化,教材是如何提供证据的。在古生物学方面,它追溯了马的进化历程:始祖马 →三趾马→现代马;在胚胎学方面,它对照了七种脊柱动物和人的早晚期胚胎;在比较解剖学方面,它比较了同源器官:四种脊柱动物的前肢骨和人的上肢骨。如此根据对象的历史发展及表现出的相似性、差异性来证明生物是进化的。再如达尔文是如何解释长颈鹿的进化过程?教材从生活环境的变迁、长颈鹿个体的差异,到生存斗争中的获胜与淘汰、不定向的变异与定向的自然选择通俗明了地为我们演绎了达尔文以自然选择为中心的生物进化学说。

教材的众多实例告诉我们,无论是发现性实验还是验证性实验, “对照法”都发挥了其重要作用,一位作者曾这么说“对照法是科学研究中最有力的推理设计之一”。

二、 “对照法”在学科的实验设计教学中的应用及意义

在大力推行素质教育的今天,人们已将实验教学作为教学中的重要组成部分。翻一翻今年启用的高中新教材,不难悟出其中贯穿着这样一种教学思想;能动(实验)的尽量动(动手实践)起来。而所有的实验(包括模拟实验)都涉及到实验设计的问题。在实验设计中经常要使用 “对照法”,那么使用“对照法”有什么原则呢?

1、实验设计中“对照法”的使用原则。

要正确地进行对照,必须遵循一些基本原则。其一,客观对照原则,即客观事物之间有可比性。实验设计时,要为比较的事物提供 “等量”、“等同”条件,从而来表现事物差异性的结果。其二,本质对照原则。实验设计时要纯化某些实验对象,突出主要因素,揭示事物之间的本质区别。

2、“对照法”的实践应用及意义。

( 1)设立对照组的对照实验设计。

例如,设计实验验证甲状腺激素能促进幼小动物的个体发育。本实验涉及材料的选择、方法步骤的设计,根据实验的现象、结果来得出要验证的结论。方法固然多样,但在此设立对照组进行对照实验设计不失为一种简洁易行的好方法,

两组个体:甲乙容器

投放饲料两种

观察记载

现象结论

实验设计中应注意 “等量”概念的使用,如甲、乙容器内蝌蚪的数目、个体大小、生活环境(水、温度等)均应基本相同。在基本条件相同的前提下,揭示含甲状腺制剂的饲料与正常的饲料对幼体发育不同影响的本质。

例如,江苏省 2000年理科综合能力测试的第25题(题略),该题为实验步骤的设计,所给的第一步骤已传递出设定对照组进行对照实验的信息,故而在答题时也应注意两原则的正确运用

第二步、家兔、酒精棉、注射器、取血液

第三步、血液注入 [“等量”]

第四步、 CaCl 2 溶液----

( 2)独立成系的对照实验设计。

例如, 2000年全国普通高等学校招生统一考试(上海生物学试卷)中最后一题为实验设计题,摘录如下:

请根据下述条件设计一实验,鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液,写出实验步骤并分析结果。一瓶 10%的蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液、250ml烧杯一只、半透膜制成的透析袋一只、刻度玻璃管一支、细线一根、支架一个。(1)实验步骤;(2)结果分析。

本题是一道出自教材(前面谈到)的变化题,它可以检测学生对渗透作用知识的掌握程度及灵活运用的能力。参考答案如下:

( 1)实验步骤:A、将一瓶中的溶液倒入烧杯中。B、将另一瓶中的溶液装满透析袋,刻度玻璃管插入袋内溶液中,用线将袋口和玻璃管扎紧。C、将此透析袋放入有溶液的烧杯中,垂直固定于支架上,记录玻璃管液面刻度。D、一段时间后,观察玻璃管液面刻度,确定液面是升还是降。

( 2)结果分析:如液面升高,则透析袋中的溶液是30%的蔗糖溶液;烧杯中的溶液为10%的蔗糖溶液;如液面降低,则相反。

从以上几个例题来看,实验设计既是综合运用知识、经验的过程,又是一种创造性活动;既能培养学生对知识的积累能力,又能培养学生的应变能力,还能培养学生的思索、创造能力。

马克思的《资本论》中有这样一段名言: “蜜蜂建筑蜂房的本领使人间许多建筑师感到惭愧,但是,最蹩脚的建筑师从一开始就比最灵巧的蜜蜂高明的地方,是他在用蜂蜡建筑蜂房以前,已经在自己的头脑中把它建成了”。是的,“建筑师”们在头脑中进行先行设计的这种复杂的智力活动,蜜蜂是永远不能做到的。

所以,实验教学不是简单的实验重复,不能满足于知识传授,而应致力于学生方法的掌握、能力的培养,让学生学会发现,学会创造。