基于科學論證發(fā)展框架的教學設計*
——以“孟德爾的豌豆雜交實驗（二）”教學為例

韓艷良 （四川省成都市郫都區(qū)第一中學 四川成都 611700）

科學論證是一種特殊的表達方式，是科學教育的本質(zhì)，它以科學思維為基礎(chǔ)，在證據(jù)與結(jié)論之間通過構(gòu)建合理的邏輯使結(jié)論被接受［1］。可見，科學論證是重要的科學思維方式。如何在生物學教學實踐中提升學生的科學論證能力，促進科學思維的發(fā)展是迫切需要研究和解決的問題。本文以“孟德爾的豌豆雜交實驗（二）”的教學為例，基于生物學科學論證發(fā)展框架，對教材“假說-演繹法”的教學邏輯進行重新設計，旨在為教師靈活處理教材和教學的關(guān)系提供參考，為培養(yǎng)學生科學論證能力提供實踐案例。

1 基于假說-演繹法的教材教學邏輯及其不足之處

1.1 基于假說-演繹法的教材教學邏輯 教材按照科學發(fā)現(xiàn)過程的順序和假說-演繹法的理論框架構(gòu)建邏輯體系（圖1），并按孟德爾的實驗過程，由現(xiàn)象到實質(zhì)，層層深入地展開討論。在呈現(xiàn)方式上，強調(diào)科學史和假說-演繹法，讓學生猶如親歷科學家的探究過程，從歷史感和科學探究中獲取科學知識和對假說演繹法的領(lǐng)悟。

圖1 基于假說－演繹法的教材教學邏輯

1.2 教材教學邏輯的不足之處 教材的教學邏輯之美不再贅述，但也并非完美無缺。由于孟德爾豌豆雜交實驗（一）和孟德爾豌豆雜交實驗（二）的教材教學邏輯幾乎完全一致，教學時間上又緊緊相連。學生剛經(jīng)歷了分離定律的科學發(fā)現(xiàn)過程，深刻感受了假說-演繹法的精妙，當幾乎一樣的教學邏輯再次展現(xiàn)時，會出現(xiàn)如下問題：①重復教學邏輯會影響學生學習興趣。②重復教學邏輯容易使學生產(chǎn)生思維惰性。③重復教學邏輯容易引起學生“輕視”學習過程，不利于知識與概念的構(gòu)建。④重復教學邏輯容易引起學生思維定式，不利于科學思維的訓練和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2 基于生物學科學論證發(fā)展框架的教學設計

2.1 生物學科學論證的發(fā)展框架 科學論證結(jié)構(gòu)包括觀點、推理、事實證據(jù)、理論依據(jù)和反駁。學生面對未知的生物學問題，基于證據(jù)和科學推理提出自己的觀點后，在已有的知識儲備基礎(chǔ)上，基于證據(jù)進行科學的、實質(zhì)性的推理，是解決生物學問題的必備素養(yǎng)，利用反駁、論證等方式向他人主張自己觀點的合理性和科學性，是其科學思維水平的重要體現(xiàn)。筆者基于科學論證結(jié)構(gòu)，結(jié)合生物學學科特點，構(gòu)建了生物學科學論證的發(fā)展框架（圖2）。

圖2 生物學科學論證的發(fā)展框架

2.2 孟德爾的豌豆雜交實驗（二）的教學設計 基于生物學科學論證的發(fā)展框架，避免與孟德爾豌豆雜交實驗（一）教學邏輯的重復，對原有的教學邏輯進行適當?shù)闹匦聵?gòu)建并形成新的教學設計，具體如圖3所示。教學實踐中，首先引導學生提出觀點、尋找事實證據(jù)1、進行推理過程1、找出理論依據(jù)和進行反駁后，再引導學生找出論證過程中的邏輯漏洞——將觀點作為理論依據(jù)進行推理，然后通過小組討論尋找解決途徑——尋找更多的實驗證據(jù)，再引導學生找出事實證據(jù)2 并自主構(gòu)建推理過程2，進而證明觀點具有普遍性和科學性。最后引導學生比較科學論證結(jié)構(gòu)和假說-演繹法的優(yōu)、缺點，指出二者都不具有邏輯必然性的事實。

圖3 基于科學論證發(fā)展框架的教學設計

3 教學實踐過程簡述

3.1 復習分離定律，引導學生提出觀點 首先讓學生分別寫出并展示黃色豌豆（YY） 與綠色豌豆（yy）雜交和圓粒豌豆（RR）與皺粒豌豆（rr）雜交產(chǎn)生F1，F(xiàn)1自交產(chǎn)生F2的遺傳圖解。再引導學生回顧分離定律的主要內(nèi)容，然后追問:若用純種黃色圓粒豌豆與純種綠色皺粒豌豆作親本進行雜交產(chǎn)生F1，并讓F1自交產(chǎn)生F2。在F1產(chǎn)生配子時，成對的遺傳因子（R和r）彼此分離，而不成對的遺傳因子（例如R和Y）會發(fā)生怎樣的行為？ 最后鼓勵學生大膽提出觀點：在形成配子時，決定同一性狀的成對的遺傳因子彼此分離，決定不同性狀的遺傳因子自由組合。

3.2 討論分析2 對相對性狀的雜交實驗，初步論證觀點

3.2.1 事實證據(jù) 黃色圓粒豌豆和綠色皺粒豌豆的雜交實驗結(jié)果（圖4）顯示，F(xiàn)2中出現(xiàn)了新的性狀組合——黃色皺粒和綠色圓粒，是不同的性狀間發(fā)生了自由組合的結(jié)果，是決定不同性狀的遺傳因子自由組合的有力證據(jù)。

圖4 2 對相對性狀的雜交實驗

3.2.2 推理過程 通過小組討論，運用演繹推理，構(gòu)建連接事實證據(jù)和觀點的邏輯關(guān)系：F1在產(chǎn)生的雌配子和雄配子各有4 種：YR、Yr、yR、yr，它們之間的數(shù)量比為：1∶1∶1∶1。受精時，雌、雄配子隨機結(jié)合產(chǎn)生4 種表型：黃色圓粒、綠色圓粒、黃色皺粒、綠色皺粒，它們之間的數(shù)量比是：9∶3∶3∶1。具體推理過程如圖5所示。

圖5 2 對相對性狀雜交實驗的分析圖解

3.2.3 理論依據(jù)：遺傳因子的分離定律和自由組合定律

3.2.4 反駁：不成對的遺傳因子是相互孤立的

3.3 尋找論證漏洞，培養(yǎng)科學思維的嚴謹性 此時，學生認為成功論證了自己的觀點。教師適時提問：你的論證過程是否科學?被論證的觀點是否一定正確？通過小組討論，學生發(fā)現(xiàn)運用被論證觀點作為論證的主要理論依據(jù)是不科學的，邏輯上不嚴謹，不能證明觀點具有普遍性，所以，需要有更多的事實證據(jù)進行論證。

3.4 獨立分析2 對相對性狀的測交實驗，再次論證觀點

3.4.1 事實證據(jù) 學生很快找到了事實依據(jù)：孟德爾對F1的黃色圓粒豌豆進行測交實驗（圖6），F(xiàn)2中同樣出現(xiàn)了黃色皺粒和綠色圓粒，再次說明不同的性狀間發(fā)生了自由自合。

圖6 2 對相對性狀的測交實驗

3.4.2 推理過程 引導學生獨立思考，自主構(gòu)建推理過程（圖7）。

圖7 2 對相對性狀測交實驗的分析圖解

最后，引導學生總結(jié)出以被論證的觀點作為理論依據(jù)的一部分進行邏輯推理是不嚴謹?shù)模痪哂羞壿嫷谋厝恍裕枰诮窈蟮膶W習中尋找更多的事實證據(jù)予以證明。教師還指出：自由組合定律的發(fā)現(xiàn)并不是科學論證的結(jié)果，而是運用了假說-演繹法，假說-演繹法也不具有邏輯的必然性。

4 體會

假說-演繹法，基于假說進行演繹推理，通過實驗獲得事實證據(jù)予以證明；而科學論證，基于觀點尋找事實證據(jù)（可通過實驗獲得），通過邏輯推理構(gòu)建觀點與事實證據(jù)之間的合理邏輯，從而使觀點被接受。若前者是“順序”，則后者為“倒敘”，前者先推理后實驗驗證更符合科學發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，后者先尋找證據(jù)后邏輯推理更符合科學論證的規(guī)律，更利于批判思維的培養(yǎng)。基于假說-演繹法“順序”學習孟德爾豌豆雜交實驗（一）后，嘗試基于科學論證“倒敘”學習孟德爾豌豆雜交實驗（二），豐富了教學形式，提升了學習熱情，讓假說－演繹法和科學論證這2 種科學思維方法都得到充分的訓練，有利于批判思維和創(chuàng)造思維的培養(yǎng)，有利于生物學核心素養(yǎng)的落實。