演繹與推理式科學思維在高中生物學重要概念形成中的體現(xiàn)及實踐研究

李武英 王衛(wèi)芳 閆可 潘瑞珍

科學思維是生物學學科核心素養(yǎng)的四個要素之一。

思考是人與生俱來的。但是，日常思考會摻雜扭曲、片面甚至無知的元素。科學思維并不是與生俱來，需要系統(tǒng)培養(yǎng)。

科學思維不是科學家的專屬，普通人也應該具有科學思維，學校教育更應該培養(yǎng)和發(fā)展學生的科學思維。

偉大的科學家愛因斯坦在紐約州立大學的講演《論教育》中也強調(diào)“教育的核心價值并不在于學科本身傳遞的各種知識，而在于心理技巧的學習，即獲得更好的思維能力。”

庫恩認為，教育的核心在于發(fā)展學生的思維，尤其是科學思維。科學思維是智力發(fā)展的最終目標。

科學思維是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物，解決實際問題的思維習慣和能力。學生應該在學習過程中逐步發(fā)展科學思維，如能夠基于生物學事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、判斷性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學社會議題。

從近代生物科學到現(xiàn)代生物科學，以“觀察—歸納”為主的方法逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴凹僬f—演繹”為主的方法。這是因為現(xiàn)代生物科學已經(jīng)不是處于經(jīng)驗材料的收集階段，而是處于高度的理論概括和演繹階段，人們憑借計算機等科學工具提出假說，然后演繹出理論體系或具體推論，再通過實驗和觀察來檢驗。

《高中生物學（必修1）分子與細胞》側(cè)重于“觀察—歸納”法的應用，《高中生物學（必修2）遺傳與進化》側(cè)重于“假說—演繹”法的應用，特別是在《遺傳因子的發(fā)現(xiàn)》和《基因和染色體的關系》兩章，其他章節(jié)也有涉及。本文以引導學生自主建構(gòu)高中生物學重要概念的具體實例------“基因分離定律”，闡述演繹與推理式科學思維在遺傳學概念形成中的實踐應用，提升學生構(gòu)建概念的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，落實生物學核心素養(yǎng)。

基于事實產(chǎn)生質(zhì)疑：展示一張三代人的全家福，學生辨析，很快根據(jù)年齡和長相等找出親緣關系。

【情境設置策略】設問：如果一家人失散了，比如從小丟失了、遇到意外死亡面貌不清了等，根據(jù)什么確定親子關系？比如溶血實驗、血型和DNA分子雜交哪個更準確？人的相貌特征，比如單眼皮和雙眼皮等，不同的原因是什么？人類什么時期開始研究遺傳現(xiàn)象的？基因是誰給起的名？

展示由融合理論到孟德爾的遺傳因子分離和自由組合定律直至摩爾根鎖定基因在染色體上的“事件樹”，體會科學家在尋求“實證”道路上的艱難求索。接著引領學生從孟德爾的豌豆雜交實驗（一）開始運用邏輯推理進行探究、演繹和實證。孟德爾利用高莖豌豆和矮莖豌豆雜交，如果按當時的融合理論，運用邏輯推理科學思維，子一代莖稈高度如何？

【問題驅(qū)動策略】顯然若按紅墨水和藍墨水融合出現(xiàn)中間新類型而且下一代不會出現(xiàn)高莖和矮莖。然而孟德爾的雜交實驗結(jié)果是子一代不是中間新類型，而是和親本一方一樣的高莖，而且子二代高莖和矮莖都有。而且重復多次，正反交結(jié)果都如此。實踐是檢驗真理的唯一標準，

【實證策略】由此推翻融合理論。需要建立什么新的理論來說明發(fā)現(xiàn)的新問題？

【模型構(gòu)建策略】結(jié)合學生已有認知，引導構(gòu)建分離定律模型。利用邏輯推理的科學思維方法，由子一代表現(xiàn)高莖，子二代出現(xiàn)高莖和矮莖，發(fā)生性狀分離現(xiàn)象，假設性狀受某物質(zhì)控制，子一代中既有控制高莖的物質(zhì)，也有控制矮莖的物質(zhì)，它們不融合，分別傳給子二代，子二代才會出現(xiàn)高莖和矮莖，由此演繹出一套新理論：分離定律。實踐是檢驗真理的唯一標準，分離定律這一理論是否正確，關鍵是實證子一代體內(nèi)是否含有控制高莖的物質(zhì)和控制矮莖的物質(zhì)，怎么證明？引發(fā)學生積極思考和論辯。

正如上述要證明子一代豌豆植株體內(nèi)是否含有控制高莖和矮莖的物質(zhì)，而且它們相互分離獨立傳給子二代，也就是要證明子一代豌豆產(chǎn)生的花粉是否是兩種，即一種含控制高莖的物質(zhì)，另一種含控制矮莖的物質(zhì)，而且卵細胞也應是兩種，一種含控制高莖的物質(zhì)，另一種含控制矮莖的物質(zhì)，這樣，正交和反交結(jié)果才會一樣，子二代才會是3：1。當時條件沒有DNA分子雜交技術，怎樣證明配子有兩種？

【問題驅(qū)動策略】引導學生探討孟德爾的測交實驗，體驗孟德爾嚴密的邏輯思維和實踐創(chuàng)新精神。最后，進行歸納總結(jié)。寫出高莖豌豆和矮莖豌豆雜交實驗及測交實驗的遺傳圖解。

【概念表述策略】體驗假說—演繹的過程，并使邏輯推理的科學思維在每個問題中得到細化和深入。

歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學思維方法在高中生物學重要概念構(gòu)建中的運用，不僅引領學生思維的培養(yǎng)和發(fā)展，更是生物學學科核心素養(yǎng)在課堂教學中落地的實踐。