第一篇：生物科学论文
生物技术
现代生物技术一般包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。
基因工程
基因工程是指在基因水平上，按照人类的需要进行设计，然后按设计方案创建出具有某种新的性状的生物新品系，并能使之稳定地遗传给后代。基因工程采用与工程设计十分类似的方法，明显地既具有理学的特点，同时也具有工程学的特点。
生物学家在了解遗传密码是RNA转录表达以后，还想从分子的水平去干预生物的遗传。1973年，美国斯坦福大学的科恩教授，把两种质粒上不同的抗药基因“裁剪”下来，“拼接”在同一个质粒中。当这种杂合质粒进入大肠杆菌后，这种大肠杆菌就能抵抗两种药物，且其后代都具有双重抗菌性，科恩的重组实验拉开了基因工程的大幕。
DNA重组技术是基因工程的核心技术。重组，顾名思义，就是重新组合，即利用供体生物的遗传物质，或人工合成的基因，经过体外切割后与适当的载体连接起来，形成重组DNA分子，然后将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物，该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。
1、DNA重组技术的物质基础
（1）目的基因
基因工程是一种有预期目的的创造性工作，它的原料就是目的基因。所谓目的基因，是指通过人工方法获得的符合设计者要求的DNA片段，在适当条件下，目的基因将会以蛋白质的形式表达，从而实现设计者改造生物性状的目标。
（2）载体
目的基因一般都不能直接进入另一种生物细胞，它需要与特定的载体结合,才能安全地进入到受体细胞中。目前常用的载体有质粒、噬菌体和病毒。
质粒是在大多数细菌和某些真核生物的细胞中发现的一种环状DNA分子，它位于细胞质中。许多质粒含有在某种环境下可能是必不可少的基因。图4-25是不同构型的质粒。
噬菌体是专门感染细菌的一类病毒，由蛋白质外壳和中心的核酸组成。在感染细菌时，噬菌体把DNA注入到细菌里，以此DNA为模板，复制DNA分子，并合成蛋白质，最后组装成新的噬菌体。当细菌死亡破裂后，大量的噬菌体被释放出来，去感染下一个目标。图4-26，噬菌体侵染细菌的过程。
质粒、噬菌体和病毒的相似之处在于，它们都能把自己的DNA分子注入到宿主细胞中并保持DNA分子的完整，因而，它们成为运载目的基因的合适载体。因此，基因工程中的载体实质上是一些特殊的DNA分子。
（3）工具酶
基因工程需要有一套工具，以便从生物体中分离目的基因，然后选择适合的载体，将目的基因与载体连接起来。DNA分子很小，其直径只有20埃（10-10米），基因工程实际上是一种“超级显微工程”，对DNA的切割、缝合与转运，必须有特殊的工具。
1968年，科学家第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶。限制性内切酶最大的特点是专一性强，能够在DNA上识别特定的核苷酸序列，并在特定切点上切割DNA分子。70年代以来，人们已经分离提取了400多种限制性内切酶。有了它，人们就可以随心所欲地进行DNA分子长链切割了。表4-3是一些限制性内切酶的识别位点
1976年，5个实验室的科学家几乎同时发现并提取出一种酶，作DNA连接酶。从此，DNA连接酶就成了 “粘合”基因的“分子粘合剂”。
1、DNA重组技术的一般操作步骤
一个典型的DNA重组包括五个步骤：
（1）目的基因的获取
目前，获取目的基因的方法主要有三种：反向转录法、从细胞基因组直接分离法和人工合成法。
反向转录法是利用mRNA反转录获得目的基因的方法。现在用这种方法人们已先后合成了家兔、鸭和人的珠蛋白基因、羽毛角蛋白基因等。
从细胞基因组中直接分离目的基因常用“鸟枪法”，因为这种方法犹如用散弹打鸟,所以又称“散弹枪法”。用“鸟枪法”分离目的基因，具有简单、方便和经济等优点。许多病毒和原核生物、一些真核生物的基因，都用这种方法获得了成功的分离。
化学合成目的基因是20世纪70年代以来发展起来的一项新技术。应用化学合成法，可在短时间内合成目的基因。科学家们已相继合成了人的生长激素释放抑制素、胰岛素、干扰素等蛋白质的编码基因。
（2）DNA分子的体外重组
体外重组是把载体与目的基因进行连接。例如，以质粒作为载体时，首先要选择出合适的限制性内切酶，对目的基因和载体进行切割，再以DNA连接酶使切口两端的脱氧核苷酸连接，于是目的基因被镶嵌进质粒DNA，重组形成了一个新的环状DNA分子（杂种DNA分子）（图4-27）。
（3）DNA重组体的导入
把目的基因装在载体上后，就需要把它引入到受体细胞中。导入的方式有多种，主要包括转化、转导、显微注射、微粒轰击和电击穿孔等方式。转化和转导主要适用于细菌一类的原核生物细胞和酵母这样的低等真核生物细胞，其他方式主要应用于高等动植物的细胞。
（4）受体细胞的筛选
由于DNA重组体的转化成功率不是太高，因而，需要在众多的细胞中把成功转入DNA重组体的细胞挑选出来。应事先找到特定的标志，证明导入是否成功。
例如，我们常用抗生素来证明证明导入的成功。（图4-28）
（5）基因表达
目的基因在成功导入受体细胞后，它所携带的遗传信息必须要通过合成新的蛋白质才能表现出来，从而改变受体细胞的遗传性状。目的基因在受体细胞中要表达，需要满足一些条件。例如，目的基因是利用受体细胞的核糖体来合成蛋白质，因此目的基因上必须含有能启动受体细胞核糖体工作的功能片段。
这五个步骤代表了基因工程的一般操作流程。（图4-29）
人们掌握基因工程技术的时间并不长，但已经获得了许多具有实际应用价值的成果，基因工程作为现代生物技术的核心，将在社会生产和实践中发挥越来越重要的作用。
（三）细胞工程
关于细胞工程的定义和范围还没有一个统一的说法，一般认为，细胞工程是根据细胞生物学和分子生物学原理，采用细胞培养技术，在细胞水平进行的遗传操作。细胞工程大体可分染色体工程、细胞质工程和细胞融合工程。
1、细胞培养技术
细胞培养技术是细胞工程的基础技术。所谓细胞培养，就是将生物有机体的某一部分组织取出一小块，进行培养，使之生长、分裂的技术。细胞培养又叫组织培养。近二十年来细胞生物学的一些重要理论研究的进展，例如细胞全能性的揭示，细胞周期及其调控，癌变机理与细胞衰老的研究，基因表达与调控等，都是与细胞培养技术分不开的。
体外细胞培养中，供给离开整体的动植物细胞所需营养的是培养基，培养基中除了含有丰富的营养物质外，一般还含有刺激细胞生长和发育的一些微量物质。培养基一般有固态和液态两种，它必须经灭菌处理后才可使用。此外，温度、光照、振荡频率等也都是影响培养的重要条件。
植物细胞与组织培养的基本过程包括如下几个步骤：
第一步，从健康植株的特定部位或组织，如根、茎、叶、花、果实、花粉等，选择用于培养的起始材料（外植体）。
第二步，用一定的化学药剂（最常用的有次氯酸钠、升汞和酒精等）对外植体表面消毒，建立无菌培养体系。
第三步，形成愈伤组织和器官，由愈伤组织再分化出芽并可进一步诱导形成小植株。
动物细胞培养有两种方式。一种叫非贴壁培养：也就是细胞在培养过程中不贴壁，条件较为复杂，难度也大一些，但是容易同时获得大量的培养细胞。这种方法一般用于淋巴细胞、肿瘤细胞和一些转化细胞的培养。另一种培养方式是贴壁培养：也称为细胞贴壁，贴壁后的细胞呈单层生长，所以此法又叫单层细胞培养。大多数哺乳动物细胞的培养必须采用这种方法。
动物细胞不能采用离体培养，以人的皮肤细胞培养为例，动物细胞培养的主要步骤如下：
第一步，在无菌条件下，从健康动物体内取出适量组织，剪切成小薄片。
第二步，加入适宜浓度的酶与辅助物质进行消化作用使细胞分散。
第三步，将分散的细胞进行洗涤并纯化后，以适宜的浓度加在培养基中，37℃下培养，并适时进行传代。（图4-31）
在细胞培养中，我们经常使用一个词——克隆。克隆一词是由英文clone音译而来，指无性繁殖以及由无性繁殖而得到的细胞群体或生物群体。细胞克隆是指细胞的一个无性繁殖系。自然界早已存在天然的克隆，例如，同卵双胞胎实际上就是一种克隆。
基因工程中，还有称为分子克隆(molecular cloning)的，是科恩等在 1973年提出的。分子克隆发生在DNA分子水平上，是指从一种细胞中把某种基因提取出来作为外源基因，在体外与载体连接，再将其引入另一受体细胞自主复制而得到的DNA分子无性系。
2、细胞核移植技术
由于克隆是无性繁殖，所以同一克隆内所有成员的遗传构成是完全相同的，这样有利于忠实地保持原有品种的优良特性。人们开始探索用人工的方法来进行高等动物克隆。哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。其中，细胞核移植是发展较晚但富有潜力的一门新技术。
细胞核移植技术属于细胞质工程。所谓细胞核移植技术，是指用机械的办法把一个被称为“供体细胞”的细胞核（含遗传物质）移入另一个除去了细胞核被称为“受体”的细胞中，然后这一重组细胞进一步发育、分化。核移植的原理是基于动物细胞的细胞核的全能性。
采用细胞核移植技术克隆动物的设想，最初由一位德国胚胎学家在1938年提出。从1952年起，科学家们首先采用两栖类动物开展细胞核移植克隆实验，先后获得了蝌蚪和成体蛙。1963年，我国童第周教授领导的科研组，以金鱼等为材料，研究了鱼类胚胎细胞核移植技术，获得成功。到1995年为止，在主要的哺乳动物中，胚胎细胞核移植都获得成功，但成体动物已分化细胞的核移植一直未能取得成功。
1996年，英国爱丁堡罗斯林研究所，伊恩•维尔穆特研究小组成功地利用细胞核移植的方法培养出一只克隆羊——多利，这是世界上首次利用成年哺乳动物的体细胞进行细胞核移植而培养出的克隆动物。图4-33克隆羊示意图。
在核移植中，并不是所有的细胞都可以作为核供体。作为供体的细胞有两种：一种是胚胎细胞，一种是某些体细胞。
研究表明，卵细胞、卵母细胞和受精卵细胞都是合适的受体细胞。
2000年6月，我国西北农林科技大学利用成年山羊体细胞克隆出两只“克隆羊”，这表明我国科学家也掌握了哺乳动物体细胞核移植的尖端技术。
核移植的研究，不仅在探明动物细胞核的全能性、细胞核与细胞质关系等重要理论问题方面具有重要的科学价值，而且在畜牧业生产中有着非常重要的经济价值和应用前景。
3、细胞融合技术
细胞融合技术属于细胞融合工程。细胞融合技术是一种新的获得杂交细胞以改变细胞性能的技术，它是指在离体条件下，利用融合诱导剂，把同种或不同物种的体细胞人为地融合，形成杂合细胞的过程。细胞融合术是细胞遗传学、细胞免疫学、病毒学、肿瘤学等研究的一种重要手段
动物细胞融合的主要步骤是：
第一步，获取亲本细胞。将取样的组织用胰蛋白酶或机械方法分离细胞，分别进行贴壁培养或悬浮培养。
第二步，诱导融合。把两种亲本细胞置于同一培养液中，进行细胞融合。动物细胞的融合过程一般是：两个细胞紧密接触→细胞膜合并→细胞间出现通道或细胞桥→细胞桥数增加扩大通道面积→两细胞融合为一体。
植物细胞融合的主要步骤是：
第一步，制备亲本原生质体。
第二步，诱导融合。
微生物细胞的融合步骤与植物细胞融合基本相同。
从20世纪70年代开始，已经有许多种细胞融合成功，有植物间、动物间、动植物间甚至人体细胞与动植物间的成功融合的新的杂交植物，如 “西红柿马铃薯”、“拟南芥油菜”和“蘑菇白菜”等。（图4-36是利用细胞融合培育杂交植物）从目前的技术水平来看，人们还不能把许多远缘的细胞融合后培养成杂种个体，尤其是动物细胞难度更大。
（四）酶工程、发酵工程与蛋白质工程
1、酶工程
酶工程是指利用酶、细胞或细胞器等具有的特异催化功能，借助生物反应装置和通过一定的工艺手段生产出人类所需要的产品。它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。
酶工程，可以分为两部分。一部分是如何生产酶，一部分是如何应用酶。
酶的生产大致经历了四个发展阶段。最初从动物内脏中提取酶，随着酶工程的进展，人们利用大量培养微生物来获取酶，基因基因工程诞生后，通过基因重组来改造产酶的微生物，近些年来，酶工程又出现了一个新的热门课题，那就是人工合成新酶，也就是人工酶。
酶在使用中也存在着一些缺点。如遇到高温、强酸、强碱时就会失去活性，成本高，价钱贵。实际应用中酶只能使用一次等。利用酶的固定化可以解决这些问题，它被称为是酶工程的中心。
60年代初，科学家发现，许多酶经过固定化以后，活性丝毫未减，稳定性反而有了提高。这一发现是酶的推广应用的转折点，也是酶工程发展的转折点。如今，酶的固定化技术日新月异。它表现在两方面：
一是固定的方法。目前固定的方法有四大类：吸附法、共价键合法、交联法和包埋法。
二是被固定下来的酶，具有多种酶，能催化一系列的反应。
与自然酶相比，固定化酶和固定化细胞具有明显的优点：
1.可以做成各种形状，如颗粒状、管状、膜状，装在反应槽中，便于取出，便于连续、反复使用。
2.稳定性提高，不易失去活性，使用寿命延长。
3.便于自动化操作，实现用电脑控制的连续生产。
如今已有数十个国家采用固定化酶和固定化细胞进行工业生产，产品包括酒精、啤酒、各种氨基酸、各种有机酸以及药品等等。
2、发酵工程
现代的发酵工程。又叫微生物工程，指采用现代生物工程技术手段，利用微生物的某些特定的功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程。
发酵是微生物特有的作用，几千年前就已被人类认识并且用来制造酒、面包等食品。20世纪20年代主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为主。20世纪40年代中期美国抗菌素工业兴起，大规模生产青霉素以及日本谷氨酸盐(味精)发酵成功，大大推动了发酵工业的发展。
20世纪70年代，基因重组技术、细胞融合等生物工程技术的飞速发展，发酵工业进入现代发酵工程的阶段。不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。
从广义上讲，发酵工程由三部分组成：上游工程，发酵工程和下游工程。其中上游工程包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、温度、溶解氧和营养组成）的确定，营养物的准备等。发酵工程主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术。
发酵工程的步骤一般包括：
第一步，菌种的选育。
第二步，培养基的制备和灭菌。
第三步，扩大培养和接种。
第四步，发酵过程。
第五步，分离提纯。
发酵工程在医药工业、食品工业、农业、冶金工业、环境保护等许多领域得到广泛应用。
3、蛋白质工程
在现代生物技术中，蛋白质工程是在20世纪80年代初期出现的。蛋白质工程是指在深入了解蛋白质空间结构以及结构与功能的关系，并在掌握基因操作技术的基础上，用人工合成生产自然界原来没有的、具有新的结构与功能的、对人类生活有用的蛋白质分子。
蛋白质工程的类型主要有两种：
一是从头设计，即完全按照人的意志设计合成蛋白质。从头设计是蛋白质工程中最有意义也是最困难的操作类型，目前技术尚不成熟，已经合成的蛋白质只是一些很小的短肽。
二是定位突变与局部修饰，即在已有的蛋白质基础上，只进行局部的修饰。这种通过造成一个或几个碱基定位突变，以达到修饰蛋白质分子结构目的的技术，称为基因定位突变技术。
蛋白质工程的基本程序是：首先要测定蛋白质中氨基酸的顺序，测定和预测蛋白质的空间结构，建立蛋白质的空间结构模型，然后提出对蛋白质的加工和改造的设想，通过基因定位突变和其它方法获得需要的新蛋白质的基因，进而进行蛋白质合成。（图4-37）
由于蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，在技术方面有很多同基因工程技术相似的地方，因此蛋白质工程也被称为第二代基因工程。
蛋白质工程为改造蛋白质的结构和功能找到了新途径，而且还预示人类能设计和创造自然界不存在的优良蛋白质的可能性，从而具有潜在的巨大社会效益和经济效益。
生物技术的应用
1、生物技术在工业方面的应用
食品方面
首先，生物技术被用来提高生产效率，从而提高食品产量。
其次，生物技术可以提高食品质量。例如，以淀粉为原料采用固定化酶(或含酶菌体)生产高果糖浆来代替蔗糖，这是食糖工业的一场革命。
第三，生物技术还用于开拓食品种类。利用生物技术生产单细胞蛋白为解决蛋白质缺乏问题提供了一条可行之路。目前，全世界单细胞蛋白的产量已经超过3000万吨，质量也有了重大突破，从主要用作饲料发展到走上人们的餐桌。
材料方面
通过生物技术构建新型生物材料，是现代新材料发展的重要途径之一。
首先，生物技术使一些废弃的生物材料变废为宝。例如，利用生物技术可以从虾、蟹等甲壳类动物的甲壳中获取甲壳素。甲壳素是制造手术缝合线的极好材料，它柔软，可加速伤口愈合，还可被人体吸收而免于拆线。
其次，生物技术为大规模生产一些稀缺生物材料提供了可能。例如，蜘蛛丝是一种特殊的蛋白质，其强度大，可塑性高，可用于生产防弹背心、降落伞等用品。利用生物技术可以生产蛛丝蛋白，得到与蜘蛛丝媲美的纤维。
第三，利用生物技术可开发出新的材料类型。例如，一些微生物能产出可降解的生物塑料，避免了“白色污染”。
能源方面
生物技术一方面能提高不可再生能源的开采率，另一方面能开发更多可再生能源。
首先，生物技术提高了石油开采的效率。
其次，生物技术为新能源的利用开辟了道路。
2、生物技术在农业方面的应用
现代生物技术越来越多地运用于农业中，使农业经济达到高产、高质、高效的目的。
农作物和花卉生产
生物技术应用于农作物和花卉生产的目标，主要是提高产量、改良品质和获得抗逆植物。
首先，生物技术既能提高作物产量，还能快速繁殖。
其次，生物技术既能改良作物品质，还能延缓植物的成熟，从而延长了植物食品的保藏期。
第三，生物技术在培育抗逆作物中发挥了重要作用。例如，用基因工程方法培育出的抗虫害作物，不需施用农药，既提高了种植的经济效益，又保护了我们的环境。我国的转基因抗虫棉品种，1999年已经推广200多万亩，创造了巨大的经济效益。
畜禽生产
利用生物技术以获得高产优质的畜禽产品和提高畜禽的抗病能力。
首先，生物技术不仅能加快畜禽的繁殖和生长速度，而且能改良畜禽的品质，提供优质的肉、奶、蛋产品。
其次，生物技术可以培育抗病的畜禽品种，减少饲养业的风险。如利用转基因的方法，培育抗病动物，可以大大减少牲畜瘟疫的发生，保证牲畜健康，也保证人类健康。
农业新领域
基因工程不仅提高了农牧产品的产量和质量。
利用转基因植物生产疫苗是目前的一个研究热点。科研人员希望能用食用植物表达疫苗，人们通过食用这些转基因植物就能达到接种疫苗的目的。目前已经在转基因烟草中表达出了乙型肝炎疫苗。
利用转基因动物生产药用蛋白同样是目前的研究热点。科学家已经培育出多种转基因动物，它们的乳腺能特异性地表达外源目的基因，因此从它们产的奶中能获得所需的蛋白质药物，由于这种转基因牛或羊吃的是草，挤出的奶中含有珍贵的药用蛋白，生产成本低，可以获得巨额的经济效益。
3、生物技术在医药方面的应用
目前，医药卫生领域是现代生物技术应用得最广泛、成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。
疾病预防
利用疫苗对人体进行主动免疫是预防传染性疾病的最有效手段之一。注射或口服疫苗可以激活体内的免疫系统，产生专门针对病原体的特异性抗体。
20世纪70年代以后，人们开始利用基因工程技术来生产疫苗。基因工程疫苗是将病原体的某种蛋白基因重组到细菌或真核细胞内，利用细菌或真核细胞来大量生产病原体的蛋白，把这种蛋白作为疫苗。例如用基因工程制造乙肝疫苗用于乙型肝炎的预防。我国目前生产的基因工程乙肝疫苗，主要采用酵母表达系统产生疫苗。
疾病诊断
生物技术的开发应用，提供了新的诊断技术，特别是单克隆抗体诊断试剂和DNA诊断技术的应用，使许多疾病特别是肿瘤、传染病在早期就能得到准确诊断。
图4-40是单克隆抗体的制备。单克隆抗体以它明显的优越性得到迅速的发展，全世界研制成功的单克隆抗体有上万种，主要用于临床诊断、治疗试剂、特异性杀伤肿瘤细胞等。有的单克隆抗体能与放射性同位素、毒素和化学药品联结在一起，用于癌症治疗，它准确地找到癌变部位，杀死癌细胞，有 “生物导弹”、“肿瘤克星”之称。
DNA诊断技术是利用重组DNA技术，直接从DNA水平作出人类遗传性疾病、肿瘤、传染性疾病等多种疾病的诊断。它具有专一性强、灵敏度高、操作简便等优点。
疾病治疗
生物技术在疾病治疗方面主要包括提供药物、基因治疗和器官移植等方面。
利用基因工程能大量生产一些来源稀少价格昂贵的药物，减轻患者的负担。这些珍贵药物包括生长抑素、胰岛素、干扰素等等。
基因治疗是一种应用基因工程技术和分子遗传学原理对人类疾病进行治疗的新疗法。
世界上第一例成功的基因治疗是对一位4岁的美国女孩进行的，她由于体内缺乏腺苷脱氨酶而完全丧失免疫功能，治疗前只能在无菌室生活，否则会由于感染而死亡。经治疗，这个女孩可进入普通小学上学。截至1997年6月，全世界已批准的临床基因治疗方案有218项，接受基因治疗和基因转移的患者总数已有2557名患者。
1990年，人类基因组计划在美国正式启动，2003年4月14日，中美英日法德六国科学家宣布：人类基因组序列图绘制成功。人类基因组计划的完成，有助于人类认识许多遗传疾病以及癌症的致病机理，将为基因治疗提供更多的理论依据。
器官移植技术向异种移植方向发展，即利用现代生物技术，将人的基因转移到另一个物种上，再将此物种的器官取出来置入人体，代替人的生病的“零件”。另外，还可以利用克隆技术，制造出完全适合于人体的器官，来替代人体“病危”的器官。
4、生物技术在环保方面的应用
污染监测
现代生物技术建立了一类新的快速准确监测与评价环境的有效方法，主要包括利用新的指示生物、利用核酸探针和利用生物传感器。
人们分别用细菌、原生动物、藻类、高等植物和鱼类等作为指示生物，监测它们对环境的反应，便能对环境质量作出评价。
核酸探针技术的出现也为环境监测和评价提供了一条有效途径。例如，用杆菌的核酸探针监测水环境中的大肠杆菌。
近年来，生物传感器在环境监测中的应用发展很快。生物传感器是以微生物、细胞、酶、抗体等具有生物活性的物质作为污染物的识别元件，具有成本低、易制作、使用方便、测定快速等优点。
污染治理
现代生物治理采用纯培养的微生物菌株来降解污染物。
例如科学家利用基因工程技术，将一种昆虫的耐DDT基因转移到细菌体内，培育一种专门“吃”DDT的细菌，大量培养，放到土壤中，土壤中的DDT就会被“吃”得一干二净。
参考文献：《生物技术概论》
生物工程生物技术类》 《
第二篇：科学论文
问渠哪得清如许，唯有“实验”作源头
——浅谈小学科学实验的重要性
【摘要】心理学家皮亚杰说过：要让学生动手做科学，而不是用耳朵听科学或用眼睛看科学。只有实验和实践，才能有所创新。把我们的感受告诉学生，不如让他们在活动中亲身体验。由此可见，实验教学是科学课堂教学的核心，是学生良好科学素养形成的途径，也是学生参与科学探究活动的载体。教师只要坚持让实验走进科学教学课堂，并合理调整实验探究活动内容，合理安排实验活动小组，善于选择有结构的实验材料，组织好有典型意义的探究活动，授学生于“渔”，不但节省教学时间，还会收到良好的教学效果，从而让探究更有效。
【关键词】巧设悬念 遵循规律改进方法建立评价
【正文】
一、巧设悬念，促使学生主动实验
科学探究学习中，问题是探究的起点，更是贯彻整个探究活动的主线。在小学科学教学中，学生只有产生了问题才会去试图解决问题，为解决问题而建立假设进而制定解决问题的方案；在方案的实施过程中，收集有关证据用来检验假设，因此如何使学生产生有价值的问题，并且在有限的时间里展开有效的探究，是科学教师在课堂教学中的一个重要课题。在《科学 3-6 年级课程标准》中，对设计实验的要求是这样描述的：能提出进行探究活动的大致思路；能对自己或小组提出的探究问题作出书面计划。在新课标征求意见稿中，对实验设计也有如下总要求：需要经过尝试和预测设计研究方案。具体要求有三条：能根据已有的经验和知识对已确定的研究问题提出预测；能设计合理的观察研究方案；能设计较规范的单变量实验方案。由此可见，如何引导学生设计实验方案举足轻重！如果可行给予肯定，如不可行也应赞许学生认真探索的精神。
例如：四年级第一学期《光是怎样传播的》，学生在日常生活中都见到光，但光的传播问题是很少思考的，我设计的悬念如下：假如在投影前放一块板，会产生怎样的情况？学生的回答的结果很多：学生1：屏幕上会有黑影。学生2：不论板移动到哪里，黑影就会移动到哪里。学生3：板前后移动，黑影就会随着移动变大变小，同时板放的越远，黑影也就越淡。学生带着这种种假设和疑问展开了一个个实验去验证。通过这样的带着这样那样的疑问去实
验，学生的探究欲望会更强烈，兴趣也会更浓。又如《声音是怎样产生的》一课，我先放录音，请大家听一些有趣的声音，再提问：在生活中，你们还听过哪些声音，然后让学生尝试着提各种有关声音的问题。最后确定我们要研究的是“声音是怎样产生出来的呢？”这一问题，学生对后面设计的一个个实验都明确了目的。
二、遵循规律，给予学生有效实验
让学生参与实验改进措施实验目标明确后，教师不能直接告诉学生怎样去做，教师应鼓励学生根据自己已有的经验对问题进行思考，给学生提供有结构的材料和必要的指导，以便找到探索的路径，提出解决问题的方案。做好扶放结合按照新《课标》的要求，实验教学仍然要以学生为主体，教师要做好扶放结合工作，着重为学生搭好实验活动的脚手架，确保实验教学真实有效。教师在实验设计时要充分考虑学生的主体地位，让学生在学习过程中能够通过自己的观察、思考、实验得出结论，达到认识周围自然现象的目的。设计实验时要采取多种方式调动他们的各种感官有意识地直接观察事物。如：“绿豆发芽”的实验设计，通过提供实验材料──四颗绿豆、一次性杯子、纸巾等，让学生在观察、比较的基础上，归纳总结出：绿豆发芽需要水、空气和适当的温度。
三、四年级学生年龄小，注意力不容易集中，往往凭一时的兴趣来学习，很不稳定，抓不住事物主要特征。设计实验时要采取多种方式，调动他们的各种感官有意识地直接观察事物。在《水的凝结》实验中，我让学生自带有盖的瓷茶杯和玻璃杯，并为学生提供玻璃片，学生选用了不同的材料。在实验过程中使用玻璃片做盖的学生目睹了水珠渐变过程，用玻璃杯的同学看到了水蒸气蒸腾到玻璃片上凝结成水的全过程，现象反馈的差异也促使学生反思自己的选材与别人选材的优劣。教师适时地对不拘泥于导入实验，创造性地选配实验材料，使实验现象易于观察的学生给予鼓励，从而让学生逐步学会选材。另外，我还尝试将材料向学生开放，让学生参与实验准备工作。
三、改进方法，让学生亲近大自然
让学生亲身经历学习活动是学生学习科学的主要途径。课堂教学应该是真实生活中的问题解决的实验室，大自然是一个天然的科学大课堂，教师要激发孩子对生命宇宙奥秘的探究兴趣。大自然中的花草树木、虫鸟禽兽、山川河流、风霜雨雪都在对孩子的好奇心、探索精神发出声声呼唤。教学中，我们要重视引导学生走进大自然、融入大自然，从而激发起他们强烈的求知欲望。在他们幼小的心中，播下科学意识的种子，提高他们的科学素养。如在教学《植物的茎》时，我课外布置孩子选择小树的树枝来进行“筛管运输养料”的观察实验。于是孩子从选择实验对象到观察实验现象，发现树皮里有运输养料的细管，把树皮割断，过
了一段时间这个地方就膨大起来，大家都明白这个瘤子一样的东西里面是养分。一次六年级的一位小女孩发现洗手间的水龙头在滴水，她主动走过去处理了一下，事后发现还在滴水。后来这个女孩在学校里做了大胆的猜想：若学校里的教学楼所有洗手间的水龙头都没有关紧，将会出现什么情况，经她调查研究，得出了一组惊人地数据。从生活中发现问题，在生活中需求解决问题的方法，这样学生不仅获得的是结果，更重要的是经历了求证的过程，懂得了方法，这是老师仅利用课堂无数次的讲解都无法达到的效果，因此生活才是教育第一课堂。
四、建立评价，增加学生的自信心
苏霍姆林斯基的话：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需求，这就是希望感到自己是一个发现者，研究者，探索者，而在儿童的世界中，这种需求特别强烈。”新的课程标准中，每一门学科都强调培养目标和评价内容的多元化，不仅包括基础知识和基本技能，还包括情感、态度与价值观、学习过程与学习方法。我们知道，学生的答案也许与正确的有些差距，但我们应积极鼓励这种探索精神，更应帮助学生对各种现象、数据进行分析，找出症结所在，必要时可以再观察、再实验。多主体评价对于学生的发展是有利的，学生在“我的探究足迹”和“我运用的科学方法”中十分看重小组的给予红花 和红星，希望得到同伴、家长和老师的认同。在足够的时间里，最终得出学生自己能够接受的结论。在这种实验过程中，不断培养学生实验的信心，为学生的科学素养的提升作铺垫。只有通过每一节课的评价，充分调动学生的积极性，发挥主人翁的作用，让学生学会自我约束，自我管理，自我反思，自我改进，促进学生主动发展，使学生的潜在智慧和创造力得到最大限度发挥。
“实践出真知”，“实践是验证真理的标准”，实践是学生认知的基础，实验中的探究活动是实践的基本形式，也是能力形成的桥梁。切实重视科学课堂演示实验，通过教师规范的操作，学生能否有所发展依赖于是否能充分探究，因此，在实验教学中，教者要抓住在实验教学中的“探究”这一主线，通过提供实验材料，大胆设计实验方案，不断改进实验方法，在实验中探究，在探究中实验，我想学生经历这样的实验探究过程，科学素养及实验动手、动脑能力将得到质的“飞跃”！
《问渠哪得清如许，唯有“实验”作源头》
东 庄 后 江 小 学
张丽梅
第三篇：科学论文
小学科学教学中可以适度改进实验设计
山西省武乡县教学仪器站王华
山西省武乡县五一小学暴丽丽
小学科学是以实验为基础的学科，精心设计实验，能够让学生通过亲身参加实验获得知识。因此可操作的、成功的实验是课堂教学的前提。但随着小学科学课程改革的推进，科学课堂教学发生巨变的今天，一些问题也随之出现，如：学生配套实验包先天不足不可操作；实验设计复杂难以实施；实验抽象难以直观等等。对于这些现象，我们就须应结合我们身边的实际情况进行适当的改进。现就对科学教学中的一些实验设计改进谈谈个人的体会。
一、先天不足的后天来完善
科学来自实践，科学知识都是从科学实验和生产实践中总结发展起来的，小学科学也不例外。为了加深孩子们对科学的感性认识，现如的科学教科书都今配套有学生实验材料包，但这材料包却存在着一些先天的不足，学生实验时可操作性有缺陷，这既浪费了教师学生的精力和时间，更主要的是挫伤学生对科学探究的兴趣。
如在《热是怎样传递的》教学中有两个活动：热在金属条、金属片中的传递。通过实验让学生感知热总是从较热的一端传向较冷的一端。
课文中的实验设计是这样的：要求在一段铁丝上每隔一定距离用蜡粘上一根火柴，将铁丝固定在铁架台上，火柴都向下悬挂，1
用酒精灯给铁丝的一段加热。观察哪端的火柴先掉下来？课文的要求是用蜡粘，课前我让学生进行尝试，学生花了不少的时间，可一上课学生向我抱怨的却很多都说粘不牢，成功的很少，上来展示时颤颤抖抖的又掉落了几根。那么简单的实验为什么会不成功呢？问题究竟出在什么地方？
后来，通过了解和自己亲自动手才明白。虽然日常生活中我们都知道蜡烛燃烧时流下的蜡会在桌上凝固。但由于蜡先要熔化成液体，然后滴在铁丝上，再往上粘火柴。蜡的凝固时间快，且熔化后粘性不大，所以很难粘上去，因此成功的不多。明白了其中的道理后，想了一想，什么东西粘性大呢？修自行车时抹的“黄油”！就赶忙跑到校门口修自行车的摊上要了一些交给学生去尝试，经过一番忙碌，教室里响起了阵阵欢呼声。
二、化复杂为简单
当下社会，我们总是奉行着加法和乘法，其实，人生有一种哲学叫减法：化复杂为简单，化多为少，化粗为精。这句话说得多好啊！在科学的实验里如果我们尝试一下哲学减法，又会怎样呢？
如《空气的性质》一课中，要求把一团纸巾放在一个杯子的杯底，然后将杯子竖直倒扣入水中。预测一下，纸巾会被浸湿吗？
可课前我自己动手的时候就发现实验存在着较大的缺陷：一是纸巾容易浸湿，影响实验效果。二是后续实验即水进来把空气赶跑的现象不够直观，四年级学生理解起来有困难。三是一堂课下来桌上堆满了纸巾，浪费严重。
怎么改进呢？用大号漏斗和小块塑料泡沫（涂上红色）代替纸团和杯子做实验。实验时，先用手按住漏斗上的小孔，再用漏
斗把泡沫垂直扣入水中，泡沫球就停留在水底，表明空气占据了漏斗的空间，水就进不去了。然后放开按住漏斗的小孔，空气从小孔中逃出，泡沫球就浮上来，表明水就进来占据了原先空气占据的空间。改进后的实验材料即可以重复使用，又克服了原先实验的缺陷，还使空气占据空间与空间水被替换的现象更加明显。
三、化抽象为形象直观
“任何思维，不论是多么抽象和多么理论的，都是从分析材料开始„„”教师可以放手让学生自己去发现规律、总结法则，但在这过程中必须提供丰富具体的物质载体，作为学生，分析、综合、比较、抽象、概括的例证。小学儿童的思维正处于从具体形象思维向抽象逻辑思维的过渡中，但仍以具体形象思维为主。因此，在教学中，我们应采取形象生动的教学，提供足够的有结构材料，来培养学生的创新思维。
如《植物怎样生存》，有一个实验，是让学生通过观察认识气孔，但对叶的光合作用的认识却很简单、抽象，大都由教师的讲解来认识的。
教师再怎么生动形象的讲，语言的表达，总归让学生对叶的光合作用认识不足、理解不易。
于是，我就开始思考，想办法，怎么样让学生可以更加直观的看到呢？先取两个1000毫升的玻璃烧杯，分别放入同样多的水草，再在两个烧杯里分别倒入适量同样多的水。取两个口径稍小于烧杯口径的短柄玻璃漏斗，分别倒置在两个烧杯中，再将两支大号口径玻璃试管装满水，分别倒过来扣在两个盛满水的水槽中，连接好导管，用排水集气法收集氧气。一个装置放在阳光下，另
一个放在光线很暗的地方。过些时候，阳光下的水草就会不断地冒泡，而暗处的水草却不易冒泡，再过一段时间，你会发现，套在阳光下水草上的试管内的空气比套在光线较暗的水草上的试管内的空气要多得多，说明植物光合作用需要阳光，在不同光照条件下的光合强度是不同的。最后盖住试管口，把试管轻轻拿出来，将一根带有火星的木条伸进试管，木条就会猛烈地燃烧，发出耀眼的光芒，证明水草光合作用产生了氧气。这个实验材料容易准备，操作简单，效果明显，是帮助学生认识光合作用的有效手段。
“我做过了，便真正理解了”,在教学的过程当中，就是要培养学生们对实验的兴趣，激起学生对科学探究的欲望，而好的实验设计思想、设计办法便是其中的捷径。在以后的教学中，我将继续摸索前行。
第四篇：科学论文
关于小学科学课程教学的几点思考
[摘要] 小学科学课程是以培养小学生科学探究素养的启蒙课程。通过实验教学，激发学生探索科学兴趣，培养学生问题意识，科学创新意识，培养学生学习兴趣、动手操作能力、观察能力、思维能力和创新能力，才能最终实现提高每个学生的科学素养。
[关键词] 情景设计 问题意识 认知冲突 激励
小学科学课是一门以实验为基础的学科，它是以培养小学生科学素养为宗旨的科学启蒙课程。为了让孩子们从小学科学、爱科学、用科学，并在学习中认识大自然，喜爱大自然，主动到大自然中去观察、发现、分析、研究他们感兴趣的事物和问题，那么科学合理的引导儿童对周围世界固有的强烈的好奇心和探究欲望，培养他们乐于动手操作具体形象的物体的能力，使我们的教学真正贴近自然、贴近经验、贴近生活、充满生命的活力，是如何上好小学《科学》课应该思考和探讨的问题。
一、激发学生探究科学
课前情境的设计和演示，可在课堂教学中要向全体学生提供充分的探究机会，使他们在快乐的探究过程中体验学习科学的乐趣，增长科学探究能力，获取科学知识。教学实践中，课前创设一定的教学情景导入新课，对引发学生探究兴趣，激发儿童学习的好奇心和上好本节课会起到事半功倍的效果。也是引发学生进行科学探究活动的不竭动力。因此，教师备课要精心设计好导入激趣这一环节，通过猜谜语、故事和游戏等活动，给学生以悬念和激情，吸引学生的注意力，调动学生的思考力和想象力，探究活动就开好了头。如上《种子的萌发》一课在导入时让学生猜谜语：“叶子圆圆个儿小，全身长满小镰刀，镰刀外面长毛毛，镰刀里面藏宝宝。”学生猜后，就明确知道了本节课我们所需要研究的问题了。对种子的探究就会引发许多兴趣和问题，探究教学的氛围营造得更浓厚。接着老师设置疑问：种子里面有什么？为什么能生根、发芽长成新的植物呢？这样就激发了学生进行科学探究的兴趣，引入了本节课所探究新知的教学过程。
二、培养学生发现问题的意识
问题是科学研究的出发点，是开启任何一门科学的钥匙。新课标也指出：问题意识是学生进行学习，特别是发现学习，探究学习，研究性学习的重要心理因素。没有问题也就难以诱发和激起学生的求知欲；没有问题，学生也就不会去深入思考；没有问题，难以激发学生认识的冲动和思维的活跃。那如何培养学生的问题意识呢？
1、营造民主“土壤”，强化问题意识氛围
学生问题意识淡薄的原因是多方面的，而教师在教学中民主意识的缺乏，课堂教学气氛的不融洽是一个主要的因素。因此，强化学生的问题意识，我们首先做的工作就是要求教师在教学中营造民主的气氛。小学生好奇心强，求知欲旺盛，这正是问题意识的表现，教师在教学活动中要充分爱护和尊重学生的问题意识，师生之间要营造融洽、宽松、平等、合作的民主平台，以消除学生在学习中、课堂上的紧张感、压抑感和焦虑感，学生的问题意识就可以获得充分发挥和显示，各种奇思异想、独立见解就会层出不穷。由于旧的教育思想的影响，学生多数迷信书本，迷信老师，主动提出问题怕出丑，不敢大胆提问。在这种情况下，我们可告诉学生，老师喜欢有问题，爱提问的孩子，并常鼓励学生敢于思考，敢说，敢问，对于大胆提问的学生，不论问题的质量如何都给予鼓励。学生渴望成功，成功将更能激发他们的问题意识，所以，教师要善于运用有效的激励手段，通过精心设计符合不同知识基础和能力水平的问题，为每个学生的成功创造条件和机会，假如学生有时提出了不合理的问题，也要首先肯定学生思考问题的主动性、积极性，然后共同分析思维不合理的原因，让学生自悟自明，获得成功的喜悦。
2、创设问题情境，激发问题意识形成
认知冲突，即学生原有知识经验与新的学习任务之间的矛盾冲突是问题产生的根本原因。认知冲突造成学生认知心理的不平衡，从而使学生产生解决这一冲突实现新的平衡的需求，激发学生的好奇心与求知欲，从而激发问题意识形成。思维通常是由问题情境产生的，而且是以解决问题情境为目的的。因此，教师无论教学的整体过程，还是在教学过程中的某些
微观环节，都应十分重视问题情境的创设。如果教师不精心创设一定的问题情境，不讲究提问的艺术：只是问学生：“想研究什么”，其结果常常是泛泛而提。如：我在第一个班上《磁铁》这课时，问：对于磁铁，你了解什么？你还想知道什么？学生提了很多问题：“磁铁为什么能吸铁的东西”；“磁铁是怎样来的”；“磁铁为什么能指方向”„„有的在课堂上不可能解决，有的是不着边际的与探究活动无关的问题，绕了很大一个圈后我不得不告诉学生要研究的问题。在第二个班上这课时，我重新设计了提出问题这一环节：我先演示了小鸭在水池中停下来时，头总朝着南方这一现象。学生们急于想揭开其中的奥秘，当他们发现小鸭的底下有一个磁铁时，自然而然就产生了问题：为什么有一个磁铁就让小鸭的头总朝一个方向？磁铁能指方向吗？这样，探究问题在情境中自然诞生，使探究活动成为学生的一种心理需求。
3、在探究中生成问题，养成问题意识习惯
科学教学不能“以问题开始，以答案结束”，而要“以问题开始，以问题结束”。教学中，要让学生通过问题来学习，再通过学习生成问题。爱因斯坦曾说过：“发现一个问题，比解决一个问题更重要。” 一堂课结束时，让学生提出新的问题，给课堂留个“小尾巴”，这会在学生心理造成一种悬而未决但又急于解决的求知状态，激发起学生勇于探索、创造和追求真理的科学精神，从而积极主动的投入学习。
三、给学生探究问题的空间。
实验教学是培养学生学习兴趣、动手操作能力、观察能力、思维能力和表达能力的重要途径。教师要鼓励学生亲身经历以探究为主的学习活动，为学生创设一片自主学习的天地，真正使学生成为科学探究的主体，使学生的创造力得到锻炼。如：笔者在教学五年级上册《种子发芽实验》这部分内容时，学生们知道了种子发芽与水有关，就有学生提出这样的问题：种子发芽与阳光、温度等条件有关吗？这时，教师不需作任何解释，而是鼓励学生自己去找答案，让他们把种植的绿豆种子一盆放在明亮有阳光的地方，一盆放在黑暗处，几天后，学生发现绿豆种子发芽不仅需要水，还需要阳光、温度，空气等条件。通过学生自己实验找到了提出的问题答
案，在实验中发现问题、解决问题，学生不但获得了知识，而且提高了实验技能，还培养了自己的创新精神和实践能力。再如：在教学四年级下册第一单元第二课《点亮小灯泡》一课时，我一开始简单介绍了电池、电线、灯泡后，没有讲明怎样做才会让小灯泡发光，而且提出问疑问：“谁能让小灯泡发光。”在学生认识仪器的基础上充分调动学生敢于思考，通过亲自实践，小灯泡亮了，学生在愉快的气氛中获得了知识，这样，激发了学生的兴趣，又培养了学生的创新精神和实践能力
四、培养学生科学创新意识
质疑是发现的设想、探究的动力、创新的前提。在科学探究活动中，探究者所具有的良好的质疑意识无疑是探究活动的催化剂。从一定程度上说，培养学生的质疑意识比培养学生的解疑能力更为重要。因此，培养学生的质疑意识，应该从激发和培养学生的质疑动机入手，通过启发引导，精心设置质疑情境，让他们自己产生强烈的质疑意识，进而培养创新意识。胡适先生谈及考古学曾言，要大胆假设，小心求证。这在科学发现上，同样适用。
1．激发学习兴趣，使学生愿意质疑。如在教学《淀粉的踪迹》时，首先以小魔术的形式演示“白纸显字”的小实验，教学《混合身边的物质》部分时，演示“清水变牛奶”的小实验等等，使学生感到十分新奇，纷纷质疑“怎么回事”，个别学生甚至怀疑有假。老师则趁势鼓励学生大胆质疑，进而引导学生对自己产生的疑问展开探究。这样，学生的学习兴趣大增，自然而然地也就产生了质疑意向。教学中，还可以充分利用课本上的小资料、“阅读与拓展”材料等，适当结合进一些课外资料，引导学生了解科学家敏锐的质疑意识对推动科学发展的重要作用，潜移默化地影响学生，帮助他们认识到培养自己质疑意识的重要性，增加他们学习探究科学的兴趣。
2．突破思维禁锢，使学生敢于质疑。如在《动物和植物》一课中探讨“植物是否能够运动”时，有一些学生就植物不会运动的观点向教师质疑：“向日葵不是会转动吗？”“有些植物还会吃动物呢！”“太阳花不是会见了太阳就开花，太阳落山就闭拢吗？”这时，学生还可能会找来有
关的书本资料。对这种情况，老师不能含糊应对，而应在充分查找了相关资料后，向学生认真解释了有关植物的这些现象，并进一步拿动物的运动器官与之对比，消释学生的疑问。对于这些敢于向老师质疑的学生，我们应该充分肯定他们的精神。
3．创设质疑情境，使学生能够质疑。质疑的产生应源于学生对某一事物的观察和感知。怎样才能使学生积极地投入到感知活动中去呢？这时，我们就应该认真研究教材，精心设计教学步骤，利用探究式教学模式，巧设疑问，以趣激疑、以问设疑、以疑导思，诱发学生质疑、解疑。如《了解空气》一课，可以演示“纸的奇遇”实验，当学生看到烧杯中的纸团被压到水下却并没有如他们预期中的被浸湿时，顿时被激起了求知欲，这时适时提问：“是谁保护了杯中的纸团不被浸湿呢？”学生根据实验事实，初步推断出可能与空气有关，那么究竟是不是空气呢，由于课堂一开头就引起了学生的探究兴趣，自然也就产生了如我们怎样才能看到空气、摸到空气等等一连串的疑问。把课堂让给学生，让学生带着质疑走进教室，带着更多的质疑走出教室。这些新疑问出现的意义，不仅在于它能够使教学活动无止境地进行下去，而且更重要的还在于它能最终把学生引上创新之路，进而成为创新者。
五、缤纷多样的激励策略
科学课程的教学评价，其主要目的是了解学生实际的学习和发展状况，以利于改进教学、促进学习，最终实现课程宗旨，提高每个学生的科学素养。所以对于学生的实验操作，教师态度应谨慎，不要轻易否定，要给出合理、公正的评价；课外，教师还可以安排一些思考性、研究性、实用性的实验，延续探究；也可以组织学生成立科学兴趣小组，交流科学小论文和科技小发明，鼓励他们向竞赛活动投稿，递交作品。只有在老师多种方法激励下,才能让他们始终保持这种热情，让实验探究成为一种习惯。
科学课程的教学，简单说就是不断激发培养小学生的好奇心和探究欲望，教师要通过精心设计教学过程，引导学生通过动手实验，来自己解决问题。培养他们问题意识和创新能力，在提出问题、解决问题的反复过程中，提高他们的科学素养。
参考书目：
1、全日制义务教育《科学（3～6年级）课程标准》（实验稿）
2、《透视科学探究性学习》 罗星凯
3、《探究性学习》
4、《小学自然课改革探索》 刘默耕
第五篇：科学论文
试论小学科学教学中课程资源的开发和利用
一、小学科学教学的特点
小学科学教学以培养学生科学素养为宗旨，积极倡导让学生走出课本、走出校园、走向大自然，真正以探究学习为核心，经历科学家的发现过程，培养学生的好奇心和探究欲，发展他们对科学本质的理解。
1、开放性。《小学科学课程标准》中基本理念之一就是“科学课程应具有开放性”。小学科学教学要培养学生的科学素养，而科学素养的提升就要在丰富的科学探究活动中，给学生提供开放的材料、开放的探究空间，引导学生在学校、家庭、社会中学习科学，将学生的科学学习置于开放的背景之中，帮助他们不断扩展对周围世界的科学体验，丰富科学探究经历。
2、实践性。科学这门课程与语文、数学课程不同，在教与学的同时都兼顾着实践性。要求学生以动手实践为核心，以操作有结构的材料为基础，发现科学的真谛，从而学习常见的科学知识，体验学科学的过程与方法，发展良好的科学情感，形成积极的态度。因此，在不断实践的过程中，就要有丰富的资源作为载体，完成科学探究活动。
3、探究性。“探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。”[2],小学科学教学倡导学生亲身经历以探究为核心的学习活动，像科学家那样进行科学探究活动，在探究过程中长智明理。这就需要我们科学教师提供探究的机会、探究的资源，让学生真正成为探究的主体。
二、科学课程资源的内涵
说起课程资源，其概念是非常丰富的。它是指形成课程的因素来源与必要而直接的实施条件，它可以分为广义性课程资源和狭义性的课程资源：
1、从广义来看：只要有助于课程目标达成和学生发展之物，无论校内还是校外，也无论是物质的还是精神的，均为课程资源。如知识、技能、经验、活动方式与方法、情感态度和价值观以及培养目标、对于课程的认识状况等因素等。
2、从狭义来看：指可以直接为课程实施服务之物。《小学科学课程标准》在“课程资源的开发与利用”中详细列举了教科书之外的科学课程资源，包括纸介质的书报杂志、影视、音像、计算机、网络等媒体，演讲、辩论、讨论、表演等形式，博物馆、纪念馆、风景名胜等场所，以及日常生活、重要文件等都可以成为科学课程的资源。即科学课程内容无时不有、无处不在。
三、科学教学中开发和利用科学课程资源的必要性。
1、科学教学目标落实的需要。新课标指出小学科学教育目标就是提升广大学生的科学素养，而科学素养的提升需要丰富的探究活动、可探究的科学资源作载体，这就要求小学科学教学要走出课堂，走向生活。以课堂为桥梁，淡化教材，以生活为基点，重视应用，发展小学生的科学能力，开发和利用各种有效的科学资源，为全面提升学生的科学素养服务。
2、转变儿童学习方式的需要。新课程提倡学生进行“自主、探究、合作”的学习方式，其中学习方式的呈现不能空手说白话，没有真实有效的科学资源，学生怎么自主？更谈不上探究和合作了，这就需要有可操作的材料提高给学生，让学生与文本、学生与科学资源之间进行有效对话学习，真正实现科学探究的自主性、探究性和合作化。因此，在转变儿童学习方式的同时，挖掘有效的科学资源是关键。
3、提高科学教学质量的需要。科教兴国，科学教学质量是关键，科学教师就要抓好每一堂科学课，彻底打破封闭式的教学结构，引导学生跳出书本的框框，让学生经历科学家的发现过程，体验研究科学的快乐，为此，科学教学必须提供探究的空间和科学资源，让学生在每节课中都能围绕科学探究的每一环节，进行有效的探究活动，长期下来，学生沉浸在探究科学的美好氛围中，科学素养的提升，科学教学质量的提高就不言而喻了。
四、开发和利用科学课程资源的对策
那么如何开发利用有效的科学课程资源呢？我在教育教学过程中有几点粗浅的体会和尝试：
1、师生资源的开发和利用。
教师和学生在课程实施过程中，既是教与学的主体，又是课程资源的开发者，因为师生都是活生生的个体，教育需要具有强烈生命意识的个体来创造和交流，最终获得心灵的震撼。
（1）利用学生之间差异实施分层教学。把学生视为宝贵的课程资源，是因为每个学生之间都有一定的差异，有的学习方式不同、有的智能表现不同，如美国心理学家加德纳教授就认为每个学生都是不同智能的个体，都有发展空间，或语言智能、或音乐智能、或动作智能、或交往认识智能，或拥有多项智能，科学学习也是如此，学生在搞科学的同时也有自己的优势智能和弱势智能，如有的学生爱问，有的学生爱动手等，教师要及时有效地了解每一个学生的智能势态，把学生智能上的“优势和弱势”转化为自己的教学资源。例如在学生分组探究时，就可让有不同智能的学生分在一组，爱动的学生注重动手技能，爱问的注重质疑，在共同完成探究任务的同时，相互学习，相互同化，取长补短。另外利用个体多元智能，还是转化后进学生的催化剂，后进学生在语数外学习上感到吃力，教师可利用在科学课上的优势智能，大放光彩，增加学习的动力和在同学中的威信，各门学科成绩大步上升，我们用此法已转化10对后进生，实践证明是有效的。教师要根据学生的差异设计有层次的探究内容，调控课堂。（2）利用教师自身素养开展有效教学。教师是最重要的科学课程资源，因为科学教师在整个课程资源尤其是素材性资源的开发和利用过程中，起着决定和主导的作用。教师自身就是科学课程资源组成部分之一，教师个人的科学素养决定着科学课程资源的识别能力、开发和利用程度以及发挥效益的水平，教师的创新能力将在资源的开发于利用中起着重要的作用。如两位教师在引导学生进行有关垃圾场的调查，第一位教师就布置布置学生进行调查，后进行大组交流；第二位老师先对本地的教育资源进行调查和勘探，明确本地垃圾场的形成原因，而后指导学生有目的地调查，比较两位教师的教育方法，可以鲜明地看出第二位教师善于对本地的课程资源进行了解和调查，做到心中有数，对本地垃圾场的预先调查，就是对科学课程资源的有效利用和开发，因此教师在开发科学课程资源的过程中，既是开发者，又是一种极为重要的资源。
2、文本资源的开发与拓展
实施新课程以来，最大的感受就是科学教材难教，难教的是教材中文字叙述较少，引导探究的图片较多，形象感知丰富，这使得教师根本不可以像以前那样拿着书本教书了，必须动脑筋收集材料丰富教学活动。这样的教材特点正好是科学新课程的理念所倡导的，科学学习应以探究为核心，学生的学习更是经历过程而并非学书本。探究活动的载体便是适合学生可探究的资源，教师不仅要用好科学教材，更要以教材为依托创造性的整合身边的科学课程资源，以丰富学生的探究活动。
（1）“增”。即是在原有文本提供的科学探究内容的基础上根据学生的不同特点适当增加一些探究内容，学生在探究过程中有时感到“吃不饱”，这时教师就根据学生认知特点和探究内容的需要增加部分内容，以达到巩固和补充科学知识和能力的目的。让学生能比较丰富地进行科学探究活动。如教学六年上册《显微镜下的世界》学生虽然对老师调好的显微镜进行观察而且兴趣较浓，但大部分学生对预先调好的显微镜感到没有多大挑战力，最好自己手把手地调试，这时教师可以根据学生的需要增加教学内容，练习显微镜的使用和调配，在教师示范的基础上个个学生兴趣高涨，都学会了显微镜的使用，既认识了微观世界，又学会使用精密的仪器，一举两得，丰富了学生科学探究的活动。
（2）“替”。即是略去一些不太适合学生的生活实际，或是不合时、不合地、不合情的探究内容，替换成同类的但是却能贴近学生生活的内容。如科学教材中有一课《种油菜》，目的是让学生体验生命的生长过程，获得科学研究的第一手资料，但都是城市学生，种油菜的周期长，有一定的难度，我在教学时就把这一内容替换成《种青菜》，因为青菜是学生熟悉的生活材料，而且我校学生大都是城郊农民子女，对种青菜有一定的经验，开展活动以来，学生在种青菜、管理青菜、思青菜、用青菜的过程中，表现除了无比喜悦的举动，他们时而记录，时而交流种青菜的感受，并写下了一片片优美的日记和一张张小报，轰动了校园。可见，利用符合学生生活经验的科学教学资源是比较重要的。
（3）“链”。则是为了让学生更清楚地明白科学探究中的内容，可以链接一些与探究内容相关的材料，让学生更深层次地学习科学，如教学“认识地球的表面”这一内容后，学生对地球表面的形态分布、做地球表面模型图，基本了解后，这时教师可以链接一些资料丰富学生对地球表面的真实认识，在教学时，就可以链接一些家乡的地形特征，如天目湖的地表分布情况，让学生分析、探究，画出地形图等，有时课上来不及，可以作为课后作业，丰富学生对地球表面形态的研究。这样学生在收集天目湖地形资料，访问有关老专家的过程中，画出了一幅幅比较标准的天目湖地形图，既增强了科学探究内容的丰富性，又提升了热爱家乡的情感，一箭双雕。作为科学教师，在进行科学活动设计时，就要多层次、全方位地链接一些与探究内容相关的资料，真正实现“用教材教”。
3、生成资源的发现和捕捉
课堂教学是一个变量，科学学习也是如此，学生在建构新经验的过程中，随着活动情景的需要，不断生成新的目标或者是新的感兴趣的主题，这时课堂教学所要调控的是教师要以参与者的身份，耐心倾听学生的发现，敏锐地观察有价值的观点，作为课堂教学的学习资源。我们的操作是教师准备一本问题本，把学生在上课动态生成的问题及时地记录下来，对活动状态及时作出判断，随机灵活的调整指导策略：
（1）集体性生成资源。有的动态生成资源是全体学生质疑、反驳、争论的结果，代表着全班同学的困惑焦点和思维深度，像这些资源就要及时改变教学目标，抛给全班学生探究，如学生在研究蜗牛时都感觉到蜗牛蜷缩在壳里，有什么办法弄它出来呢？这时及时改变原来要探究的蜗牛吃饭、形态等内容，建议全班同学研究怎样把蜗牛弄出来，结果学生通过反复讨论实验，终于得出用温水可以是蜗牛从壳里出来，学生个个喜气扬扬，你看虽然改变了教学计划，却得到了生命的自由和能动，张扬了个性，尊重了学生的选择。
（2）异步分层性资源。有的生成资源只有一部分学生有能力探究，这就要进行异步分层实验，将生成的资源抛给学有余力的小组进行深层次的探究，其余小组还是预定目标进行探究。如学生在连接电路的活动中，有的学生在连接了简单电路的同时，也发现另外一种连接方法也能使灯泡亮起来（复杂电路），这时教师就可以抓住这一资源，根据学生需要，及时调整教学目标，让一部分人继续研究简单电路，让另一部分同学研究复杂电路，进一步提高探究能力。这样既尊重了学生的需求，又发展了学生的科学探究深层次的能力。
（3）拓展性生成资源。还有一些有用的生成资源，课堂没有余地解决，可以留到课外，合理开展综合实践活动，这样就含而不露地让学生感兴趣的问题进行深究，把科学探究活动延续到生活之中乃至终身，如学生在研究“振动产生声音”时，又提出了振动能产生能源：马路上每天人、车与地面的振动产生的能源应合理利用，为此我让他们先设计了实验方案（该方案在江苏省科技竞赛方案设计中荣获一等奖），学生兴奋之极，个个表示长大了一定要把这个项目研究出来，服务于社会，你看，一个不经意的设想竟荡起了层层涟漪，创新的火花四射，科学的态度、社会的责任感就流露出来了，我们在教学时也就真正实现了科学与生活的有机结合。
4、生活社会资源的挖掘和深化
科学是以自然为研究对象，学习科学从观察自然生活开始，又回到自然之中，为此我们的科学教育也应该引导学生回归生活世界，了解社会，学习生活中的科学，充分利用校内外的自然资源进行主动建构。
（1）建设班级生物角，带动校园生态网。学生学习科学不仅要改变学习方式，还要拓宽学习活动的空间，形成科学就在身边的意识。班级生物角和校园生态网就是学生随机搞科学的有效途径，我们的操作是各班生物角的开辟与少先队阵地建设相挂钩：A低年级提兴趣，如以科学画报，图片展览为主；B中年级打基础，如以常见简单的生物观察为主，如饲养小金鱼、小乌龟等来获得初步的科学研究的方法和情趣；C高年级搞特色，如有的搞制作宣传、有的搞动植物饲养并作长期研究；有的立足环保、气象、材料科学等，这样的生物角精彩分层，充满活力。在此基础上大队部可根据各班搞生物角的态度，初步效果来评分,最后精选各班最拿手的生物角项目组成校园生态网。如我校的校园生态网在原操场上开辟一块地方由六（1）中队的家禽饲养、六（2）中队的气象观察站、四（1）中队的植物盆景雕刻等组成，每期更换内容。这样从班级生态角到校园生态网，都是学生亲手实践、亲身体验的结果。
（2）根据地理优势，活用校外资源。我校是一首城郊结合部学校，大部分科教机构（环保局、气象站）、农田、城郊村庄都在学校附近，我们利用这些有效的地理资源进行教学收到了很好的效果。
首先，直接将校外资源活用为第一课堂实现真正的科学见习。如苏教版三年级上册科学教材中的“天气单元”的教学，就可联系学校后面的气象站，让学生直接去观察各种气象仪器、访问气象专家、亲自在气象站测量气温、风速、风力等探究活动，把气象站当作课堂，结果个个同学对气象仪器的识别、气温、风向风力的测量,还在专家的指导下画气温变化的曲线图等，你看，学生在真实的环境中真刀真枪地接触到了社会生活中的科学技术，像科学家那样进行见习活动，既提高了探究活动的效率，又受到了心灵的震撼，教师也就真正“用教材教了”。
其次，利用城郊特色，聘请家长参与，形成有指导性的专题研究。学生课余虽能基本独立进行课题研究但还是离不开有效的指导，这时老师不在身边怎么办？有效的途径便是向家长请教，得到支持。这里大部分学校家长忙于工作，力不从心，但由于我校是城郊结合部学校，大部分家长利用城郊菜田进行种小菜，搞栽培等经济项目，这就可以利用家长现成的技术，聘请他们当辅导老师，自然而然地把农业栽培技术渗透给孩子。如我校的张明同学和同伴们一起聘请他的爸爸当老师，进行日本富士蕃茄的栽培和嫁接实验，他们不断地观察，不断地和爸爸一起交流实践，终于成功地长出了五个不像样的富士蕃茄，他们在实验报告中详细地记录了和爸爸的交流，以及有关栽培蕃茄的20页稿纸，并且声称一定要研究为什么我们溧阳长的富士蕃茄没有日本的圆。你看，在不经意 的家庭小实验却给同学们的课外生活增添了无限的生机，学生的科学素养、创新精神得到了充分的凸现，这足以说明张明的实验离不开他爸爸的指导，所以利用城郊农民家长的技术优势来填补学生课余研究无老师指导的空白，是一条有效途径。
需要说明的是，大部分学校虽然不是城郊结合部，但是各有各的地理优势，只要我们老师细心地观察其周围的资源，还是源源不断的。
5、网络资源的引入与利用
随着网络和多媒体技术的飞速发展，教材的概念大大扩展，形成了以教科书为核心的信息课程资源。其中，电脑网络以它的图象、动画、高度的交互性、共享性、内容的丰富性吸引了越来越多的学生。为此我们要善于引导学生利用网络信息资源进行动态的意义建构，操作策略有二：
（1）教师与教师之间的资源共享。教师是一种很重要的课程资源，每个老师的信息水平有高有低，如果能把科学老师的智慧集中起来，那就是资源，而网络就给了我们这样的方便，教师的备课系统可以在网上相互交流，相互讨论，丰富课堂教学。
（2）学生利用网上资源进行有目的地探究。在这里我们分三步操作：
一是教给学生网上搜索的方法，指导网上搜索的方向。首先在校园网上进行训练，先搜索老师预先搜集的学习资料，帮助他们拓宽知识面。如学习《常见材料》一课，教师预先上网收集课本之外的各种材料如能源材料、高分子材料、纳米材料等做好网址让学生点击收集，学生收集后个个振奋人心，想不到科学技术是那么的发达，光学书本是远远不够的！从而逐步培养收集信息的兴趣和本领。
二是自收资料，资源共享，逐步建立资源库。这步操作是有深远意义的，不仅可以利用自己的劳动成果进行探究活动，而且可以成为老师教学资源的一大支柱，因为这毕竟是学生根据需要和经验自己得来的，富有儿童情趣。
三是利用学到的网络知识进行网上课题研究。如对家乡城市人口的组成来源进行调查探究活动，可引导他们访问政府人口网址，同伴间的交流来完成。所以学生在这本无言书中可以尽情遨游，对信息的检索、信息的收集整理以及信息意识的培养有着不可替代的作用。
6、评价资源的应用与落实
评价是一种手段，通过评价最终来提升学生的科学素养，同时在科学教学中运用评价功能也是一种重要的课程资源，称为评价资源，因为新课程的评价方法不是为了评价而评价，而要鼓励教师做好评价工作，把评价工作穿插在学生学习活动之中，时不时地监控学生的学习行为和学习质量，因此运用评价方法是否得当，直接影响了教与学的质量，评价性资源应该时刻伴随在科学教学之中。
（1）即时评价。根据学生在科学研究中的各项表现，给予即时评定，可以用各种手段，如一句评价性的语言“你做得太认真了”，或用一个动作、符号记录学生在研究过程中的良好表现，让他们在研究过程中即时地得到老师和同学的肯定，从而推动科学学习的质量。
（2）评定量表。对于一个值得研究的科学专题，除了即时评价学生的行为，还要设计以评价主体多元化为目标的评价活动，从整体上评定学生的表现和成果，如《做酸奶》这个科学专题，我们就设计了包含动作技能和情感态度为一体的评定量表，充分展示学生专题研究成果和成功的欢乐。通过自评、组评、家长评来展示自己的研究过程和心里感受，达成三维目标，学生的探究动力被不断激发，形成不断建构的源泉。因此合理有效地开发和利用评价资源，可以有效地推动学生科学学习质量的提高，最终提升学生整体的科学素养。
五、开发和利用科学课程资源的注意点：
不管是课本资源，网络资源还是社会资源，都是科学教学中不可缺少的，如何有效开发和利用，才是关键所在。所以我们在开发与利用课程资源的同时应该注意以下四方面：
1、调查与分析。我认为在开发和利用课程资源的前提工作中，教师就要作一个有心人，在新学期的教学计划中就要针对科学教学内容进行调查与分析，本学期大致需要哪些课程资源，如四年级科学课中有“岩石”单元，在起初就针对家乡特色资源，到溧阳横涧地区进行各种岩石的调查，最终确定横涧地区的各种岩石对学生探究岩石特种很有用，为本单元的教学作了铺垫。：
2、甄选与鉴别。我们往往发现同一类的资源可能会不止一种，而且似乎都能派上用场，但是哪一种是最为密切相关的呢，这就要我们科学教师针对教学内容和教学目标进行甄选与鉴别了，如所选用的资源指向非常明确，同你所要达到的目标也高度一致，效果较好，当然是选这一种了。
3、组合与变通。对于多种科学资源，我们还需要进行有效的组合与变通，进一步提高资源利用的价值，如对零散的资源进行组合，使它们具有一定的系统性和教育性，另外对传统科学资源进行变通与激活，为新的科学课程所用。
4、反思与总结。这是开发和利用科学资源的重点，科学资源用过以后要进行及时有效的反思：怎么用？效果怎样？等。最终提高科学课程资源开发和利用的力度。如带学生到南山竹海考察横涧地区的岩石，学习过程随好，但学生难管理，要考虑学生安全性等问题，为此我们经过反思总结后，决定用拍录像、采集标本等形式展示和探究家乡的各种岩石，全面提高教学效果。
小学科学课程资源的开发和利用是科学新课程改革的必然产物，没有课程资源的支持，最好的科学课程也是空架子，我们科学教师在开发和利用科学课程资源的同时，必须不断实践、不断积累，努力提升自己的专业素养和理论水平，这是科学课程资源开发和利用的首要任务。
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