核心素養(yǎng)導向下的“假說-演繹法”應用的課堂實踐研究

浙江

在進行遺傳學內(nèi)容的教學過程中很少涉及“假說-演繹法”應用的學法指導。也就是說，目前對于科學方法的處理仍然停留在教、授層面上，在類比、遷移和應用上教學力度不夠，這顯然達不到《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）對育人價值的預期。在高考遺傳題中，若要推出基因所在染色體上的位置要求學生具備“假說”的思想，后續(xù)問題也是基于學生的“假說”進行“演繹”。所以，如果學生對“假說”和“演繹”的剖析不夠，則達不到學以致用的目的。利用好“遺傳題”這一載體，是對所學知識進行應用，以及培養(yǎng)科學思維的有效途徑。

1.課堂實施

筆者通過布置前置性作業(yè)和對三個課堂活動的設(shè)計，循著“認識—內(nèi)化—遷移”的順序，設(shè)計了一堂復習課。嘗試引導學生重新認識“假說-演繹法”，并在新的情境中應用“假說”和“演繹”。以期讓學生在課堂中通過主動參與培養(yǎng)其科學思維。

1.1 回顧孟德爾雜交實驗，剖析“假說-演繹”過程

1.1.1 利用流程圖，回顧孟德爾定律得出過程

高中生物教材中“假說-演繹法”第一次出現(xiàn)是在必修2 第一章“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”中。學生對這部分內(nèi)容的掌握往往停留在實驗結(jié)果上，而對孟德爾的科學研究方法、“假說、演繹”的過程以及兩大遺傳定律的實質(zhì)并不了解，所以首先要讓學生重新認識該方法的流程。筆者利用學案，設(shè)置前置性活動，讓學生在課前回顧分離規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程。前置性活動設(shè)置如圖1 所示。

根據(jù)學生的回答情況，發(fā)現(xiàn)學生的普遍錯誤是在“測交實驗結(jié)果”中寫出了子代的基因型、表現(xiàn)型及比例。這說明很多學生分不清演繹推理和實驗驗證這兩個環(huán)節(jié)，在孟德爾的豌豆雜交實驗中演繹推理這一步只是“紙上談兵”，稱為設(shè)計測交實驗，是在草稿紙上完成的。真正進行測交種植實驗才是實驗驗證，得到的后代表現(xiàn)型和比例才是“測交實驗結(jié)果”，用以驗證設(shè)計的測交實驗（即基于“假說”的“演繹”）是否正確。若實驗結(jié)果與演繹結(jié)果一致，說明假說是正確的，從而將“假說”的核心——“在形成配子即生殖細胞時，成對的遺傳因子發(fā)生分離”定義為分離定律。若不一致，則說明假說是錯誤的，要進行修正。

學生應明確演繹推理和實驗驗證間的邏輯關(guān)系?！凹僬f-演繹”是在作出假說，獲得一般性結(jié)論后，對這一結(jié)論是否適用于另一個特殊現(xiàn)象所進行的推理。通過實際驗證得出推理是正確的，則推導出推理的假說才是正確的。

1.1.2 總結(jié)“假說-演繹法”的一般步驟

根據(jù)學生的回答情況對“根據(jù)假設(shè)進行演繹”和“實踐操作進行驗證”這兩個環(huán)節(jié)進行舉例說明，并引導學生歸納“假說-演繹法”的一般流程，主要是如圖2 所示的五個步驟：

圖2

科學規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和形成常常始于一個偶然的現(xiàn)象，第一個步驟“進行實驗、提出疑問”是孟德爾分離定律發(fā)現(xiàn)的萌芽，即孟德爾對豌豆進行歷經(jīng)八年的實驗，從觀察豌豆的一對相對性狀開始，發(fā)現(xiàn)了親子代之間的遺傳現(xiàn)象，提出了疑問，進而引發(fā)了接下來的研究和驗證。

從最后的結(jié)果來看，孟德爾進行的一系列假說都是正確的。但是為什么孟德爾能提出這么多正確的假說？其實，孟德爾這些正確假說并不是憑空捏造的，一方面他是基于自己已有的知識和經(jīng)驗，另一方面孟德爾其實也做了一些錯誤的假說，只是都被否決和修正了。教材上呈現(xiàn)的只是經(jīng)過修正之后的假說，所以，一個“假說”的得出有時候也是經(jīng)歷了千錘百煉的。

假說本身是否正確無從考證，但是可以將假說應用于其他的情境中，這就是第三個步驟“演繹”的意義。測交實驗是基于該假說進行的演繹過程，因此假說究竟是否正確，最終需要通過實驗來求證。所以步驟三和步驟四實際上是對測交實驗的理論推導——演繹和測交實驗的實踐——驗證。

1.1.3 剖析“假說”與“演繹”

在“假說-演繹法”中，假說其實就是一種可能正確也可能錯誤的猜想，這種猜想可以是毫無邏輯的，也可以是根據(jù)現(xiàn)有知識推導所得的。在解決實際問題時所列的假說常?？梢园延锌赡艿那闆r都一一列舉，例如在“遺傳題”中判斷基因所在的染色體類型時，提出假說“基因可能位于常染色體上，也可能位于性染色體上”，然后根據(jù)題干條件進行排除。若位于性染色體，則又有三種情況，分別是位于X 染色體的非同源區(qū)段、位于Y 染色體的非同源區(qū)段、位于X、Y 染色體的同源區(qū)段，再根據(jù)題干條件進行排除。所以“假說”這一環(huán)節(jié)為遺傳題的解題提供了思路和模板。

對于“演繹”環(huán)節(jié)，學生常常會將它理解為運用假說解釋雜交實驗過程，但演繹的意思是將假說的內(nèi)容運用于其他的情境當中，例如孟德爾就是將自己的假說運用于測交實驗中。由此，師生同樣可以把“演繹”運用到遺傳題的解題當中。當通過題干確定了基因所在的染色體類型之后（即其中一種假說），用該假說進行后續(xù)的基因型推導、表現(xiàn)型推導以及概率的計算便是演繹過程。

1.2 借助肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，內(nèi)化“假說”和“演繹”

借助肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗設(shè)置課堂活動一，意在幫助學生內(nèi)化“假說”的確定過程和“演繹”過程。

1.2.1 借助格里菲思的活體肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，內(nèi)化“假說”確定過程

根據(jù)格里菲思的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗得出：R 型菌與加熱殺死的S 型菌混合之后有活的S 型菌出現(xiàn)，那么，活的S 型菌從何而來。教師可設(shè)置課堂活動一（如圖3），讓學生大膽地進行猜想，把有可能的假說全部列舉出來。

圖3

學生的答案主要有：由R 型菌變來；由加熱殺死的S型菌變來等。教師可引導學生從“蛋白質(zhì)的熱變性”角度進行思考，排除“由加熱殺死的S 型菌變來”這一假說，從而確定可能性最大的假說“由R 型菌轉(zhuǎn)化而來”。經(jīng)過假說的提出和對假說的修正過程，學生初步學會了“假說法”的應用。

1.2.2 借助艾弗里的離體肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，內(nèi)化“演繹”過程

根據(jù)課堂活動一，學生得出“活的S 型菌由R 型菌轉(zhuǎn)化而來”這一假說，且轉(zhuǎn)化需要借助于加熱殺死的S 型菌，接下去的問題是“S 型菌體內(nèi)的什么物質(zhì)起到了轉(zhuǎn)化作用”。在此問題的驅(qū)動下教師引導學生提出進一步的假說（如圖4）。

圖4

學生的答案主要有：“轉(zhuǎn)化因子是S 型菌的DNA” “轉(zhuǎn)化因子是S 型菌的蛋白質(zhì)” “轉(zhuǎn)化因子是S 型菌的多糖”等。

接下來引導學生設(shè)計實驗驗證自己提出的假說，如果假說成立，則該物質(zhì)單獨與R 型菌共同培養(yǎng)應該能夠得到活的S 型菌。這一推理過程即為基于假說成立情況下的“演繹”過程，經(jīng)過提出假說、設(shè)計實驗、小組合作、分析討論，學生明白了“假說-演繹法”的過程，初步形成了相應的科學思維。

1.3 借助遺傳題應用“假說-演繹法”，進行知識遷移

接下來以2018年4月浙江省學考選考第31題（見例題）為例設(shè)置課堂活動三，以期通過具體的題目培養(yǎng)學生知識遷移能力，鞏固“假說-演繹法”。

1.3.1 遺傳題之“假說”

【例題】某昆蟲的紅眼與朱紅眼、有眼與無眼分別由基因A（a）、B（b）控制，其中有一對基因位于性染色體上，且存在兩對隱性基因純合致死現(xiàn)象。一只紅眼雌性個體與一只朱紅眼雄性個體交配，F(xiàn)1雌性個體中有紅眼和無眼，雄性個體全為紅眼。讓F1雌雄個體隨機交配得F2，F(xiàn)2的表現(xiàn)型及比例如下表。

回答下列問題：

（1）有眼對無眼為___________性，控制有眼與無眼的B（b）的基因位于___________染色體上。

（2）應用“假說法”進行解題過程：

①根據(jù)F2的表現(xiàn)型比例確定基因所在的染色體類型。

F2中雌性紅眼∶朱紅眼=3 ∶1，雄性也是如此，可知控制眼色的基因與性別無關(guān)，A（a）位于常染色體上；F2中雌性有眼∶無眼=20 ∶9，雄性全為有眼，可知控制眼睛有無的基因與性別有關(guān)，B（b）位于性染色體上。

②進行假說。

B（b）位于性染色體上，有三種可能性：B（b）位于X 染色體上的非同源區(qū)段；B（b）位于Y 染色體上的非同源區(qū)段；B（b）位于X、Y 染色體上的同源區(qū)段。

③根據(jù)已知條件修正假說。

若B（b）位于X 染色體上的非同源區(qū)段，則F1無眼個體基因型為XbXb，親本雄性基因型就必須是XbY，應為無眼，與已知條件不符，且F2中的雌性應該只有一種表現(xiàn)型，與已知條件不符；若B（b）位于Y 染色體上的非同源區(qū)段，則F2雌性表現(xiàn)型全為無眼，與已知條件不符。所以，得出最可能的假說為B（b）位于X、Y 染色體上的同源區(qū)段。

從2018 年4 月浙江省學考選考生物的第31 題第1 小題的解題思路中可以看出，要確定B（b）基因所在的染色體位置，必須先進行假說，再進行排除。而排除的過程剛好就是用假說代入遺傳圖解，是“假說”的確定過程。解題的關(guān)鍵在于熟練地應用“假說”，要求學生首先有相應的知識儲備和遷移能力，這與平時對學生科學思維的培養(yǎng)是分不開的。

1.3.2 遺傳題之“演繹”

2018 年4 月浙江省學考選考生物的第31 題第3 小題就是基于“B（b）位于X、Y 染色體上的同源區(qū)段”這一假說進行的演繹過程，學生得出這一假說，后面的問題便迎刃而解。

2.反思與總結(jié)

筆者借助“遺傳規(guī)律”這一載體，嘗試進行“假說-演繹法”的思維培養(yǎng)，并落腳于科學思維在學考選考遺傳題中的應用。初步做到了以下幾點。

2.1 巧設(shè)環(huán)節(jié)，內(nèi)化遷移

課堂循著“認識—內(nèi)化—遷移”的順序進行，符合高中生的認知規(guī)律。《課程標準》突出強調(diào)“科學思維”，其核心關(guān)鍵是“思維”。教學最重要的目的不是講授知識，而是傳授生物學的學科思想和學科思維。筆者以史料為依托，以問題為導向，以新情境的應用為落腳點。通過師生的多元互動，引導學生展開高質(zhì)量的思考和深層次的思維探究。

2.2 依托科學史，感悟方法

每個科學發(fā)現(xiàn)都是一部科學探究史，科學史在激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生科學的學習方法、科學的研究態(tài)度以及正確的價值觀等方面都是非常好的素材。教師可以設(shè)計探究流程，幫助學生厘清思路、復習回顧。還可以借助科學史創(chuàng)設(shè)問題情境，引導學生展開探究，在探究中挖掘科學史的內(nèi)涵，幫助學生明白知識的形成過程，掌握科學研究的思維和方法，培養(yǎng)科學精神。