“想象實(shí)驗(yàn)”是探究科學(xué)知識(shí)的重要方法，其目的是通過“實(shí)驗(yàn)”教給學(xué)生如何探究未知。類似于操作實(shí)驗(yàn)，該類實(shí)驗(yàn)也是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過模仿科學(xué)家科學(xué)探究活動(dòng)的方式獲取科學(xué)知識(shí)，并在這個(gè)過程中學(xué)會(huì)科學(xué)研究的方法和技能、科學(xué)的思維方式，進(jìn)而形成科學(xué)觀念、樹立科學(xué)精神。

“探索遺傳物質(zhì)的過程”是蘇教版必修二第四章《遺傳與進(jìn)化》第一節(jié)的內(nèi)容，該課以科學(xué)史為載體，介紹和分析肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化、噬菌體侵染細(xì)菌兩大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。這兩大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)由于時(shí)間空間等條件的限制無法重復(fù)演示，通常是在教師的引導(dǎo)下，在學(xué)生具有一定實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，對(duì)實(shí)驗(yàn)情境、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一種推測(cè)，這類實(shí)驗(yàn)的教學(xué)就是“想象實(shí)驗(yàn)”教學(xué)。

下面以“探索遺傳物質(zhì)的過程”的教學(xué)為例，談?wù)勗谏锝虒W(xué)中如何應(yīng)用“想象實(shí)驗(yàn)”。

一、 親歷“想象實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)過程，體驗(yàn)科學(xué)思維方法

在教學(xué)“想象實(shí)驗(yàn)”時(shí)要求學(xué)生要親歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（包括實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)等），強(qiáng)調(diào)學(xué)生分組全員參與，并在教師的指導(dǎo)下完成。教學(xué)中可利用插圖、掛圖以及多媒體課件，分步演示實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生置身于實(shí)驗(yàn)探究的全過程。例如，在教學(xué)艾弗里肺炎球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要特別注意引導(dǎo)學(xué)生分析艾弗里的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榻滩奈淖謹(jǐn)⑹錾?，且無插圖。要重點(diǎn)分析以下內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)材料：選用肺炎雙球菌；假設(shè)：DNA是遺傳物質(zhì)；實(shí)驗(yàn)操作：將S型細(xì)菌中的多糖、蛋白質(zhì)、脂類和DNA等提取出來，分別與R型細(xì)菌進(jìn)行混合；預(yù)期結(jié)果：只有DNA與R型細(xì)菌進(jìn)行混合，才能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌；實(shí)驗(yàn)結(jié)果：與預(yù)期結(jié)果吻合；分析結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)。

接下來要進(jìn)一步挖掘?qū)嶒?yàn)細(xì)節(jié)（目的是讓學(xué)生理解轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)）——轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的拓展。提出問題：格里菲思的肺炎球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，注入R型活菌的小鼠會(huì)產(chǎn)生抗體，這種抗體能否對(duì)S型活菌發(fā)生作用呢？以此問題考查學(xué)生對(duì)于探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理解。學(xué)生討論形成小組實(shí)驗(yàn)方案，教師組織交流、修改和完善，并展示一個(gè)參考案例（略）［1］。

另外，教師要鼓勵(lì)學(xué)生課后依據(jù)教材繼續(xù)開發(fā)探究性實(shí)驗(yàn)。通過設(shè)計(jì)系列問題讓學(xué)生運(yùn)用推理性探究活動(dòng)完成思維訓(xùn)練。系列問題有：如何阻止禽流感的傳播？人類是如何完成免疫的？DNA和RNA的復(fù)制方式是什么？如何阻止人流感與禽流感病毒的基因互換？如何阻止禽流感病毒轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆鞲胁《?？為什么禽流感病毒容易變異？DNA和RNA分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的探究。［2］比如，1997年，美國(guó)科學(xué)家Prusiner發(fā)現(xiàn)了一種新型生物——朊病毒，是一組至今沒有查到任何核酸的蛋白質(zhì)顆粒，它是導(dǎo)致瘋牛病和人的克雅氏病的病原體。你能推測(cè)該病毒的遺傳物質(zhì)是什么嗎？

二、 在“想象實(shí)驗(yàn)”探究形式多樣化上求突破，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

教師要充分發(fā)揮自身的聰明才智，通過多種形式將“想象實(shí)驗(yàn)”探究性教學(xué)融入到日常教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

1． 通過設(shè)疑激趣，激發(fā)學(xué)生的探究熱情

教師在分析與處理教材中的實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅要對(duì)其中有疑、有趣的材料進(jìn)行加工與提煉，而且要對(duì)無疑、無趣的內(nèi)容力求設(shè)疑、激趣，使其問題化、情趣化，從而達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探究熱情。例如，在教學(xué)格里菲思的肺炎球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)時(shí)，可結(jié)合教材提供的實(shí)驗(yàn)示意圖設(shè)計(jì)如下系列問題，引導(dǎo)學(xué)生分析探究：①該實(shí)驗(yàn)選擇什么實(shí)驗(yàn)材料？為什么？②該實(shí)驗(yàn)是對(duì)照實(shí)驗(yàn)嗎？如何控制自變量？因變量是什么？③該實(shí)驗(yàn)?zāi)男┦菬o關(guān)變量？如何避免其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾？④該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明誰是遺傳物質(zhì)嗎？……

設(shè)計(jì)的問題難度不能大，要充分考慮學(xué)生的基礎(chǔ)（知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)），以“跳一跳摘得到”的問題為主。只有這樣，學(xué)生的興趣才能被調(diào)動(dòng)起來，學(xué)生的探究熱情才能被激發(fā)出來。

2． 誘發(fā)認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生探究焦點(diǎn)問題

在探究過程中，由于受到經(jīng)驗(yàn)意識(shí)、思維定勢(shì)、知識(shí)混淆等的影響，學(xué)生在認(rèn)知上難免發(fā)生沖突，這是探究性教學(xué)的絕佳機(jī)會(huì)。教師應(yīng)及時(shí)抓住時(shí)機(jī)，有意將矛盾激化形成焦點(diǎn)，讓學(xué)生“借題發(fā)揮”展開討論。例如，在肺炎球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，是大部分R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌，還是少部分R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌？當(dāng)學(xué)生的意見不同時(shí)，教師應(yīng)抓住此時(shí)的認(rèn)知沖突，讓學(xué)生先進(jìn)行摸索和嘗試，然后將學(xué)生嘗試中出現(xiàn)的錯(cuò)誤作為討論的問題，讓學(xué)生在積極探究中解決問題，這樣可以更有效地喚醒學(xué)生的探究欲望和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在比較和鑒別中促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)的提升。類似可以誘發(fā)認(rèn)知沖突的問題有：為什么加熱殺死的S菌和活的R菌混合可以導(dǎo)致小鼠死亡？導(dǎo)致小鼠死亡的直接原因是什么？促進(jìn)活的R菌轉(zhuǎn)變?yōu)镾菌的因素是什么？是否有可能是蛋白質(zhì)？等等。

3． 滲入科學(xué)猜想，提高學(xué)生思辨是非的能力

在探究問題解決環(huán)節(jié)，學(xué)生在摸索和嘗試時(shí)對(duì)探究方向和可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行推測(cè)和假設(shè)，這就是猜想。它是科學(xué)探究的重要一環(huán)，它為進(jìn)一步制訂探究計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、分析論證指示方向。它是對(duì)事物的本質(zhì)和規(guī)律做出的初步判斷，是一個(gè)創(chuàng)造性思維的過程。如何引導(dǎo)學(xué)生提出科學(xué)的、有價(jià)值的猜想，是值得教師研究的一個(gè)重要課題。猜想的提出通常有以下兩種方式：①結(jié)合“想象實(shí)驗(yàn)”情境提出猜想。學(xué)生的想象力需要教師的引導(dǎo)，在“想象實(shí)驗(yàn)”教學(xué)到某個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)，面對(duì)“想象實(shí)驗(yàn)”情境，教師可以有針對(duì)性地組織學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，啟迪學(xué)生的思維，觸發(fā)學(xué)生的靈感，促使學(xué)生提出科學(xué)的猜想。例如，在講授格里菲思的肺炎球菌第四組實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要結(jié)合實(shí)驗(yàn)情境（實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的與常規(guī)推理不相吻合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果）引導(dǎo)學(xué)生思考：當(dāng)時(shí)格里菲思是如何猜想的呢？請(qǐng)同學(xué)們像科學(xué)家一樣思維，你可能有哪些猜想？此時(shí)將問題拋給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生在課堂上討論。學(xué)生提出的猜想各種各樣，有學(xué)生說可能是R型菌發(fā)生了基因突變，也有學(xué)生說可能是S型菌加熱殺死不徹底，還有學(xué)生說是染色體變異［3］……面對(duì)豐富多彩的猜想，如何證實(shí)與證偽？這是教學(xué)的關(guān)鍵。應(yīng)及時(shí)通過學(xué)生舉例加以證明，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并得到與格里菲思相同的結(jié)論，這就是去偽存真的過程。這種在“想象實(shí)驗(yàn)”情境下，通過教師適時(shí)、恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，學(xué)生的思維被激活了。可見課堂上教師的引導(dǎo)作用非常必要，如果沒有教師的引導(dǎo)，可能學(xué)生只記住了格里菲思的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，而完全沒有體會(huì)到像科學(xué)家一樣的思維。②根據(jù)已有知識(shí)或生活經(jīng)驗(yàn)提出猜想。建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)生的發(fā)展是知識(shí)的不斷構(gòu)建和累積，又是經(jīng)驗(yàn)的不斷拓展和提升。所以在探究新問題時(shí)，教師要精心創(chuàng)設(shè)前科學(xué)概念情境，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已有知識(shí)或生活經(jīng)驗(yàn)，提出猜想。例如，在噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，學(xué)生若沒有噬菌體的基礎(chǔ)知識(shí)、噬菌體侵染細(xì)菌的過程、實(shí)驗(yàn)中的攪拌與離心的目的等知識(shí)，那么學(xué)生很難理解教材中兩組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——放射物集中的部位?？梢?，課堂上要及時(shí)抓住學(xué)生中閃現(xiàn)出來的認(rèn)知矛盾，用已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)做好鋪墊后引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)地、積極地猜想并探究出結(jié)果。這樣有助于學(xué)生對(duì)問題的理解，使學(xué)生對(duì)問題的猜想更快得到證實(shí)。

4． 以“模型法”促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知、能力水平的發(fā)展

模型法是以研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是科學(xué)方法中一種邏輯形式。模型的教育意義需要通過“建構(gòu)”來實(shí)現(xiàn)：在模型建構(gòu)活動(dòng)中往往需要進(jìn)行觀察或?qū)嶒?yàn)，需要假設(shè)演繹。學(xué)生通過親身參與活動(dòng)，在探索思考中體會(huì)到模型建構(gòu)的方法，獲得成功的喜悅，才可能將模型方法內(nèi)化為認(rèn)知圖示，獲得認(rèn)知、能力水平的提升。

（1） 建構(gòu)物理模型

物理模型分為實(shí)物模型和模擬模型兩種。實(shí)物模型指經(jīng)過手工加工的看得見物體，是將實(shí)物按照一定比例放大或縮小制成的模型，其狀態(tài)變量和原實(shí)物基本相同。例如，在教學(xué)“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生制作“噬菌體侵染細(xì)菌的物理模型”，在此制作過程中學(xué)生能將微觀、肉眼難以直接觀察的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，在把握其主要特征的基礎(chǔ)上，將這些特征形象化、具體化，從而獲得直接經(jīng)驗(yàn)。

（2） 建構(gòu)數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型是用來描述系統(tǒng)或它的本質(zhì)和性質(zhì)的一系列數(shù)學(xué)形式。例如，在肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，將加熱殺死的S型細(xì)菌與R型活細(xì)菌相混合后，注射到小鼠體內(nèi)，在小鼠體內(nèi)S型和R型細(xì)菌含量變化情況則可以用數(shù)學(xué)模型來表達(dá)（如圖1所示）。

5． 運(yùn)用比較、歸納等邏輯思維方法，引導(dǎo)學(xué)生分析探究性實(shí)驗(yàn)之間的異同

比較是通過對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上對(duì)象進(jìn)行求同和求異兩個(gè)方面的對(duì)照分析而加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解和獲得新知識(shí)的一種邏輯思維方法。比較研究法在生物學(xué)教學(xué)中最為常見的領(lǐng)域在于概念辨析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析［4］。在不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中可以通過比較分析相同、不同的特征。例如，在教學(xué)“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”和“噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”后引導(dǎo)學(xué)生分析這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的異同點(diǎn)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象、方法及所處的時(shí)代背景都不同，但都證明了DNA是遺傳物質(zhì)，從而認(rèn)同科學(xué)結(jié)論的獲得最基本的方法是實(shí)證法。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路有共同之處——設(shè)法將DNA和蛋白質(zhì)分開，然后單獨(dú)地、直接地觀察每種物質(zhì)的作用。在掌握兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的異同后，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出科學(xué)探究的一般性結(jié)論（歸納法）：實(shí)驗(yàn)事實(shí)→理論推斷（提出假說）→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（實(shí)驗(yàn)思路）→修改或否定原假說，提出新理論→進(jìn)一步探究→得出結(jié)論（統(tǒng)一認(rèn)識(shí)）。

通過比較、歸納等邏輯思維方法的運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生站在科學(xué)家的位置進(jìn)行思維探究，從而培養(yǎng)學(xué)生獲取科學(xué)知識(shí)的能力并提高實(shí)驗(yàn)技能。

三、 通過解題理解“想象實(shí)驗(yàn)”，錘煉生物研究方法

“想象實(shí)驗(yàn)”教學(xué)的最終目的無非是提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，而在高中生物教學(xué)中一個(gè)重要的落腳點(diǎn)就是訓(xùn)練學(xué)生解題和運(yùn)用知識(shí)的能力。這也是近年來生物高考命題者命題的一個(gè)方向。如2011年全國(guó)卷第33題、天津卷第8題、重慶卷第30題的Ⅱ題等均屬于“想象實(shí)驗(yàn)”類試題，這類試題要求學(xué)生能靈活運(yùn)用已學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，達(dá)到鞏固知識(shí)、培養(yǎng)能力的目的。學(xué)生在具備扎實(shí)的基本功、一定的實(shí)驗(yàn)表象儲(chǔ)備和豐富的想象能力的基礎(chǔ)上，是不難擬定出實(shí)驗(yàn)方案。在平時(shí)教學(xué)中教師要通過設(shè)計(jì)例題引導(dǎo)學(xué)生從“想象實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)的角度，挖掘科學(xué)研究方法的合理因素，幫助學(xué)生歸納科學(xué)方法的基本過程，并加深對(duì)這些過程的理解。

參考文獻(xiàn)：

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［3］ 許東升. 滲入科學(xué)猜想提高思維能力［J］. 中學(xué)生物教學(xué)，2011（7）:14.

［4］ 吳舉紅.淺談生物教學(xué)中邏輯思維能力的培養(yǎng)［J］. 中學(xué)生物教學(xué)，2011（4）:6.