高中生物学教学中思想实验的探究，本文主要内容关键词为：生物学论文,高中论文,思想论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
奥地利科学家恩斯特·马赫提出，除有形实验外，还有在较高理智水平上使用的“思想实验”。思想实验是指借助于思维的运作作出探索性演绎推理的研究方法，是一种探索性的理性思维活动。伽利略是“思想实验”最初的实践者之一，他曾用巧妙的“思想实验”推翻了亚里士多德“重物体比轻物体下落速度快”的断言。 纵观自然科学史，思想实验产生的科学成就硕果累累。无论是在近现代科学的发展史还是哲学的发展史上，都能见到思想实验的影子。高中生物学教学也涉及大量的思想实验案例。对于这些实验案例，主要通过教师的课堂讲授，然而，也可充分利用思想实验方法让学生建构自己的知识结构，增强科学推理判断能力，体验学习的乐趣。 一、高中生物学教学中思想实验的案例 在高中生物学教材中有很多思想实验的实例，例如DNA双螺旋结构的发现就是大量思想实验的成果：1952年，美国化学家鲍林发表了关于DNA三链α螺旋模型的研究报告。沃森与威尔金斯、富兰克林等讨论了鲍林的模型。沃森看了富兰克林在一年前拍下的DNA的X射线衍射照片，他立即产生了一种思想：DNA不是三链结构而应该是双链结构。继续循着这个思路深入思想探究，根据各方面对DNA研究的信息和自己的研究和分析，沃森和克里克在头脑中推论出一个共识：DNA是一种双链螺旋结构。沃森和克里克通过思想实验推导解决了化学链的匹配与缠绕路径这一关键问题。 可以想象，受当时实验条件的限制，要让DNA双螺旋结构全部依靠实验技术完成，那是不可能的。DNA双螺旋结构的发现再一次告诉人们，生命现象的研究者不应只是实验室里的忠实观察者与记录者，而应该借助人类思辨与智慧的魅力实现创造性地观察、记录与解释，在主、客观两个实验室里同时向科学的深处掘进。此外，细胞膜流动镶嵌模型的提出、酶作用的各种学说、达尔文进化论中的许多观点的提出等，都是基于“思想实验”。 1.科学史型思想实验 科学史型思想实验是由于时间跨度大，经历了几十年甚至上百年的实验探索，并且常由多位科学家共同努力而成的实验。例如，核酸的发现、细胞学说的建立、酶的发现、光合作用的发现、生长素的发现、基因的分离定律和自由组合定律、中心法则的提出和完善、生物群落的演替、染色体结构的认识、线粒体的结构和功能、神经化学递质的研究等就是典型的科学史型思想实验。通过对这类实验，可以使学生掌握知识的发现与形成过程，提高科学素养。 2.技术型思想实验 技术型思想实验是由于技术设备的制约，电子显微镜、放射性同位素等问题而导致在中学生物学实验室中无法进行的实验。例如，细胞的全能性实验、噬菌体侵染细菌的实验、探究DNA复制中DNA的模板作用、细胞核移植实验、探究细胞表面积与体积关系的模拟实验、DNA双螺旋结构模型的建立、减数分裂过程中染色体变化的模拟实验、染色体是遗传物质主要载体的探索历程、细胞分裂间期时间的测定和特点的证明、碘是甲状腺激素原料的证明、研究内分泌腺功能的实验、半保留复制的探究、分泌蛋白的分泌过程等实验就是这种类型的思想实验，有利于培养学生的科学探究能力。 3.推理想象型思想实验 推理想象型思想实验是人们根据已有知识，进行理论的推理，模拟科学探索的历程或知识形成的过程。例如，细胞膜的流动镶嵌学说、有关酶的钥匙和锁假说、内共生起源说、种群增长的“J”曲线、逻辑斯蒂曲线、遗传密码的破译、生长素运输方向的探究、单克隆抗体的制备、巴斯德的微生物发酵实验、重组DNA技术等就是推理想象型思想实验，有利于培养学生的逻辑思维能力和创新能力。 4.其他类型的思想实验 思想实验还有一些由于其他因素而使得一些实验不能在实验室中进行，例如由于空间等的限制不能在实验室进行的达尔文的生物进化论、太空椒的培养等实验就是这种类型的思想实验。 二、思想实验的教育价值 了解思想实验的教育价值，有助于教师在教学过程中更好地应用思想实验方法。 1.激发学生的科学思维 “思想实验”是一种理性的思维活动，其推理过程以逻辑法则为根据，借助对客观现象和过程之间的内在逻辑关系的分析，对科学理论进行证明与反驳。“思想实验”利用结论性知识、概念、原理作为实验材料，对实验材料进行操作时，抽象思维占主要部分；在发现新问题的“思想实验”中，形式逻辑和辩证逻辑并重；科学家更是不断地反思自己的思维过程是否存在错误和漏洞，最后形成科学结论。科学思维是形象思维和抽象思维、聚合思维和发散思维、创造性思维和再造性思维、天马行空的无意想象和受主体意识支配的有意想象之间的最佳结合。高中生正处在思维迅速成熟的时期，高中阶段形成的价值取向和思维习惯直接影响了今后创造能力的发展可能，思想实验能提高学生的科学思维水平。通过对科学史上经典“思想实验”的学习研究，可以帮助学生培养创造性思维的各项品质，在思想上锐意进取，富于变革。 “细胞核功能”一节的实验在现实教学没法进行，可以通过“思想实验”来完成，具体操作如图1所示。通过师生共同讨论实验设计、分析实验结果，尝试得出实验结论，这样环环相扣，通过“思想实验”来完成教学，让学生体会科学研究思想的缜密。这对于正处在发展思维关键时期的高中学生来说，有助于系统全面地发展其科学思维能力。