陳秀全 吳光華

生物學的概念、原理和規(guī)律都是由實驗推導和論證的，所以實驗教學非常重要。而對于中學教材中有很多的生物技術實驗，教師上課時只能根據其理論性知識進行講解，但是學生無法形成具體的物化實驗認識，因此在生物教學中很有必要增加實驗教學，以提高學生的探究能力，而要具體來做如細胞核移植、細胞融合等生物科技實驗，那是不可能的，因此新的實驗思想——思想實驗就發(fā)揮了其作用。針對思想實驗，筆者查閱了相關資料，進行了系統(tǒng)的理論學習，并在教學過程中，把“思想實驗”與生物教學結合起來進行了嘗試，發(fā)現效果頗佳，能在一定程度上彌補只有理論無法實驗的生物技術實踐知識的講授。

1 “思想實驗”的內涵

“思想實驗”一詞最早由奧地利科學家恩斯特·馬赫提出：除有形實驗（physica1 experiments）外，還有在較高理智水平上使用的其他實驗，即“思想實驗”?！八枷雽嶒灐笔怯袆e于真實實驗的一種探索性的理性思維活動。其具體內容是使用想像力去進行的實驗，所做的都是在現實中無法做到（或現實未做到）的實驗。生物學是一門重視實驗的自然科學，“思想實驗”是提高科學認識的一種最基本的方法之一。為了克服、超越物化實驗的各種限制，科學家在自己的認知活動中常常利用思想實驗來解決問題。

沃森和克里克提出的DNA的雙螺旋結構模型是“思想實驗”的典范之一。沃森和克里克當時受到威爾金斯、富蘭克林和鮑林等研究結果的啟發(fā)，他們用“思想實驗”的方法，假想DNA是三螺旋或是雙螺旋，假想磷酸、脫氧核糖、堿基擺放在不同位置，然后與X射線下的晶體衍射圖相對比，以推導和思辨的方式解決了堿基化學鍵的匹配和DNA鏈的纏繞問題，最終提出了DNA雙螺旋結構模型。提醒人們對生命科學的研究，不僅要忠實記錄實驗室里的客觀現象，更要在主觀的“思想實驗”室里創(chuàng)造性地開展探索。此外，細胞膜流動鑲嵌模型的提出、酶作用的各種學說、達爾文進化論中的許多觀點的提出等，都是基于“思想實驗”。因此，在生物教學中采用“思想實驗”教學很有必要。

2 “思想實驗”在生物教學中的嘗試

生物教材中有大量知識蘊含有實驗，但是實驗室里不是沒有先進的設備，就是沒有必備的藥品，因此這些生物科技知識的實驗不能在實驗室中完成操作，筆者運用“思想實驗”與生物知識結合起來進行教學，較好地彌補了空洞的理論教學，在設計“思想實驗”時與探究性學習相結合，在一定程度上起到培養(yǎng)學生的科學探究能力的作用。例析如下。

2.1 “細胞核功能”思想實驗的教學實踐

“細胞核功能”一節(jié)的教學實驗現實教學沒法進行，可以通過“思想實驗”來完成，具體操作如圖1所示。

通過這樣的資料分析，就把我們不能用實驗得出的結論，很簡單很清晰地在學生大腦留下深刻的印象。

2.2 植物生長素的發(fā)現

植物生長素的發(fā)現，教師也可以通過“思想實驗”來完成教學，通過演繹經典的實驗來引導實驗設計的思路和方法（圖2）。

這樣環(huán)環(huán)相扣，逐步推進的教學設計，收到很好的教學效果，也讓學生體會到科學研究思想的縝密。

“思想實驗”是建立在時間空間等條件的限制，無法在實驗室完成的基礎上，通過實踐發(fā)現“思想實驗”的設計能增進學生的交流合作，并且通過思想探究能讓學生建構自己的認知結構，使學生體驗到學習的樂趣。

3 “思想實驗”教學對學生能力的培養(yǎng)

經過“思想實驗”教學的嘗試后發(fā)現，“思想實驗”教學在培養(yǎng)學生能力方面起到比較重要的作用。

3.1 “思想實驗”能激發(fā)學生的科學思維

高中生正處在思維迅速成熟的時期，高中階段形成的價值取向和思維習慣直接影響了今后創(chuàng)造能力的發(fā)展可能。思想實驗能提高學生的科學思維水平?？茖W思維是形象思維和抽象思維、聚合思維和發(fā)散思維、創(chuàng)造性思維和再造性思維、天馬行空的無意想象和受主體意識支配的有意想象之間的最佳結合。

3.1.1 “思想實驗”的實施能培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維

沃森和克里克則從鮑林、威爾金斯、富蘭克林等人的研究結果中尋找到了確立DNA雙螺旋結構的靈感。達爾文更是冒天下之大不韙，提出了自然選擇學說?？茖W大師的“思想實驗”，是人類最閃亮的智慧火花。因此，通過對科學史上經典“思想實驗”的學習研究，可以幫助學生培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的各項品質，在思想上銳意進取，富于變革。

3.1.2 “思想實驗”的實施能培養(yǎng)學生的全面發(fā)展思維能力

通過對“思想實驗”思維特征的考察發(fā)現，“思想實驗”是一種理性的思維活動，其推理過程以邏輯法則為根據，借助對客觀現象和過程之間的內在邏輯關系的分析，對科學理論進行證明與反駁。“思想實驗”利用結論性知識、概念、原理作為實驗材料，對實驗材料進行操作時，抽象思維占主要部分；在發(fā)現新問題的“思想實驗”中，形式邏輯和辯證邏輯并重；科學家更是不斷反思自己的思維過程是否存在錯誤和漏洞。因此，對于正處在發(fā)展思維關鍵時期的高中學生來說，長期科學的“思想實驗”訓練，有助于系統(tǒng)全面地發(fā)展學生的思維能力。

3.2 “思想實驗”的實施能促進探究性學習

從目的來看，探究性學習是學生以類似或模擬科學探究的方式進行的一種學習。它不是科學家進行科學探究，而是在思想、內容、過程和方法等方面與科學探究存在相似性，或者說探究性學習模擬了科學探究活動，因此，教育領域的探究性學習是以學科知識為背景，通過學生主動的有意義的構建知識體系，達到培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力的目的。

從學習途徑來看，大部分的探究性學習都通過探究性的思維活動獲得知識和結論。探究性學習不一定在實驗室中進行，因為受到學習時間、實驗室條件等多種客觀因素的制約。即使在實驗室內，如果實驗是按部就班的實驗操作，也沒有多少探究的價值?！八枷雽嶒灐庇捎诰哂休^多的創(chuàng)造性思維參與，幾乎不受時空等客觀實驗條件的限制，從內容上看，“思想實驗”的材料多具有較強的探究性，比如以科學史為背景的“思想實驗”就是科學家經典的探究過程。所以“思想實驗”是實施探究性學習的有效而節(jié)省資源的方式。

3.3 “思想實驗”的實施有助于學生設計實驗能力的培養(yǎng)

高中生物教學中的實驗有別于科學研究實驗，而更具有“思想實驗”的特點：

（1） 教學中的實驗不以獲得準確的數據和科學結論為主要目的，通過實驗教學更重要的是培養(yǎng)學生進行科學探究的能力，培養(yǎng)實事求是的科學精神，嚴謹創(chuàng)新的科學思維，以適應未來社會生活和滿足終生學習的需要。所以，生物教學中的實驗往往是對科學實驗的模仿，體驗和學習前人創(chuàng)造性地解決問題的智慧和方法，從中汲取營養(yǎng)。從這一點上看與使用“思想實驗”的方式對學生進行思維訓練有很多的共同之處。

（2） 心理學中關于技能的學習過程也告訴人們認知階段（在頭腦中形成完整動作的目標表象和目標期望）是動作技能學習的第一階段。實驗教學往往需要學生或師生一起設計實驗，確定實驗方案，熟悉操作步驟，再在實驗室里進行現實的操作。也就是說，“思想實驗”是有形實驗的先導，“思想實驗”和有形實驗是緊密相聯系的。

（3） 高中生物教學中涉及的復雜生物技術問題以及關于倫理道德討論的開放性問題的探究不能在實驗室中呈現，更適合用“思想實驗”來進行。比如“基因工程的操作步驟”就屬于復雜的生物技術問題，學生按照已有的知識能力和條件是不能完成的；再如“人工輔助生殖技術（如人工受精、試管嬰兒技術）的應用對人類的影響”等內容涉及到倫理道德，更適合用“思想實驗”而不是有形實驗來進行。

3.4 “思想實驗”有助于學生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)

“思想實驗”的一個重要特征就是具有深刻的創(chuàng)造性?？茖W家進行“思想實驗”為了揭示事物內部的規(guī)律性，因此其探索是前無先例的，帶有高度的創(chuàng)造性?！八枷雽嶒灐笔且环N理性的思維活動。但不是脫離實際的主觀臆想，而是以實踐為基礎，按照實驗的格式展開，對實際過程做出更深入一層的抽象分析，其推理過程是以一定的邏輯法則為根據的。

4 展望

“思想實驗”是一種特殊形式的實驗方式，要發(fā)揮豐富的想象力，并且要有很強的邏輯推理，要提出合理的假說、進行合理的分析、準確的判斷與恰當的推理。中學教材中的不能操作的實驗都可以通過思想探究實驗的方法來解決，合理地運用“思想實驗”不僅提高了教學效率，關鍵在于培養(yǎng)了學生的探究精神和創(chuàng)新意識，真正地促使學生可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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