從科學思維培養的角度談生物課堂優化教學

摘 要：科學思維的培養應該成為課堂教學設計的主線，以《孟德爾豌豆雜交實驗（一）》中的“假說-演繹法”教學為例，透析高中生物教學中“假說-演繹法”訓練的實施環節以及具體策略，找尋思維素養以及科學思維的培養途徑，并且落實到生物課堂當中。

關鍵詞：科學思維;優化教學;假說-演繹法

一、 “假說-演繹法”在能力培養方面的價值

科學思維作為四大生物學科核心素養之一，《普通高中生物學課程標準（2017年版）》當中指出，科學思維應當伴隨著學生的學習逐漸提升，基于生物學的基礎，采取歸納分析、模型構建、演繹推導等多樣性的方法，來討論生物學以及社會學的問題，培養學生的科學素養。“假說-演繹法”是高中生物學習中常用的科學思維方法之一。在高中生物教學中，有意識地對學生進行“假說-演繹法”的訓練，可以讓學生體驗假說演繹在科學研究中的應用，幫助學生打破思想上的禁錮，培養學生運用科學方法分析問題和解決問題的能力，形成科學的世界觀和方法論。

二、 “假說-演繹法”在高中生物教學中的實施現狀

邵志豪和袁孝亭指出，傳統的教學中，主要的教學內容在于理論知識的灌輸式教學，沒有意識到科學思維的重要作用，李紅提及以往的中學生物教學中沒有對“假說-演繹法”等科學思維方法進行形式上的規定，教師的教育理念沒有得到及時的更新，不熟悉科學思維的實質以及具體的培養方式。在實際的教學應用當中，對于“假說-演繹法”等培養科學思維的方法也沒有實現深度的應用。本文將以《孟德爾豌豆雜交實驗（一）》一節為訓練平臺，分析高中生物學教學中對學生進行“假說-演繹法”訓練的過程和方法，總結高中生物教學中教師對學生進行“假說-演繹法”訓練的注意事項。

三、 高中生物教學中對學生進行“假說-演繹法”訓練的過程和方法

（一）訓練學生提出假說的過程

1. 明確提出假說的概念

在積累了一定經驗的前提下，從生物學等領域的基礎知識出發，對已經觀測到的現象提出自身的猜想和分析，就是我們所強調的假說。經驗的積累、理論知識基礎以及具體的實驗和觀察，是假說提出必不可少的組成元素，也要求我們能夠發揮出自身的想象力，本著科學嚴謹的原則提出假說。

2. 以孟德爾提出假說過程為例對學生進行提出假說技能訓練

現以《孟德爾豌豆雜交實驗（一）》一節為例，來分析培養學生提出假說技能訓練的過程（見下表）

（二）訓練學生進行演繹推理的過程

1. 明確演繹推理的概念

演繹推理是根據一類事物都有的一般屬性、關系和本質，來判斷該類中的個別事物所具有的屬性、關系和本質的推理方法和思維形式，即由一般性前提到個別性結論的推理過程。利用已經提出的假說來分析實驗觀察的結果，并且在此基礎上推測其余的實驗結果，這就是演繹推理的實質。像是遺傳當中的分離定律是生物遺傳這類事物的一般屬性、關系和本質，用它來判斷該類事物中的個別事物，如豌豆雜交實驗和測交實驗，所具有的屬性、關系和本質的推理過程，就是演繹推理。

2. 以解釋豌豆雜交實驗為平臺訓練學生演繹推理的過程

孟德爾基于大量的實驗觀察以及天馬行空的想象，一共提出了四點假說：（1）遺傳因子具有顯性和隱性，并且從根本上決定著生物的性狀;（2）遺傳因子一對一對的存于體細胞當中;（3）在生殖配子形成時，遺傳因子會彼此分離，每個配子當中只存有遺傳因子的一個;（4）雌雄配子會在受精時隨機結合。

現展示教師訓練學生運用演繹推理解釋已有實驗結果的過程：

（1）自然狀態下，豌豆為純種，高莖中含有顯性遺傳因子（D），矮莖中含有隱性遺傳因子（d）;再依據假說第二點，遺傳因子成雙存在。由此，純合高莖的遺傳因子為DD，純合矮莖的遺傳因子為dd;

（2）根據第三點假說，生殖細胞在生物體內形成過程中，遺傳因子會彼此分離，每一個配子中只有遺傳因子中的一個。

推斷Dd產生D和d兩種配子，dd產生d一種配子。

（3）根據假說第四點，受精時，雌雄配子隨機結合。配子D和配子d結合產生子一代Dd，性狀全部為高莖。

（4）根據第三點假說，生殖細胞在生物體內形成過程中，遺傳因子會彼此分離，每一個配子中只有遺傳因子中的一個。所以，子一代高莖（Dd）產生D和d兩種配子。

（5）根據假說第四點，受精時，雌雄配子隨機結合。雄配子D、d和雌配子D、d隨機結合，產生子二代DD、Dd、dd，且比例為1∶2∶1。這與高莖（DD、Dd）、矮莖（dd）比例為3∶1相一致。

3. 以預測測交實驗為平臺訓練學生演繹推理的過程

孟德爾巧妙地設計了測交實驗，即讓F1與隱性純合子雜交，并預測后代中高莖植株與矮莖植株的比例為1∶1。

教師引導學生進行演繹推理，其具體過程為：（1）根據假說第二點，遺傳因子成雙存在。推斷出親本的遺傳因子組成是Dd和dd。（2）根據第三點假說，生殖細胞在生物體內形成過程中，遺傳因子會彼此分離，每一個配子中只有遺傳因子中的一個。推斷Dd產生D和d兩種配子，dd產生d一種配子。（3）根據假說第四點，受精時，雌雄配子隨機結合。由此推出測交后代Dd和dd比例為1∶1，即高莖與矮莖比例為1∶1。

將雜種子一代高莖豌豆與隱性純合子矮莖豌豆進行雜交，孟德爾一共得到了64株后代，并且其中34株矮莖豌豆，30株高莖豌豆，比例相差不大，通過具體的實驗操作，孟德爾借助實驗結果驗證了他的假說。

四、 教師對學生進行“假說-演繹法”訓練的注意事項

（一）明確對學生進行“假說-演繹法”訓練的要點

要對學生訓練“假說-演繹法”，就需要深度掌握“假說-演繹法”的具體步驟。其中，提出假說和演繹推理是“假說-演繹法”的關鍵步驟。第一，教師要引導學生觀察實驗，找出自身存在的問題，在基于知識架構的基礎上發揮出自身的想象力，提出假說。

教師可運用“提出假設訓練表”對學生進行提出假說技能訓練。第二，教師在對學生進行演繹推理訓練時應注意運用演繹推理解釋已有實驗結果和預測新的實驗結果。

（二）充分利用其他素材對學生進行“假說-演繹法”的訓練

教師應充分利用其他素材對學生進行“假說-演繹法”的訓練，以提高學生的科學思維能力。如在《基因在染色體上》一節教學中，薩頓發現在減數分裂和受精過程中，共存和共變是基因與染色體存在的兩種形式，他們之間存在著內在的聯系性，簡單來說，染色體是“因”，而遺傳因子則是“果”，由此提出假說：基因在染色體上。摩爾根進行了果蠅雜交的實驗，將基因與選定的染色體也就是x染色體進行聯系，驗證了基因在染色體上。例如在《DNA的復制》這一節當中，由沃森和克里克基于DNA分子雙螺旋結構成立后，提出了遺傳物質自我復制的假說：DNA的復制方式為半保留復制。在1958年，科學家通過具體的實驗操作，借助同位素標記法，證實了沃森和克里克提出的假說，DNA的復制方式的確是半保留方式。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]邵志豪，袁孝亭.注重科學思維訓練的地理教學研究[J].東北師大學報（哲學社會科學版），2011（3）：262-264.

[3]李紅.“遺傳與進化”模塊中“假說-演繹法”的教學[J].生物學通報，2007，42（4）：36-38.

作者簡介：

石錦彬，福建省石獅市，福建省石獅市華僑中學。