基于科学论证发展框架的教学设计*——以“孟德尔的豌豆杂交实验（二）”教学为例

韩艳良 （四川省成都市郫都区第一中学 四川成都 611700）

科学论证是一种特殊的表达方式，是科学教育的本质，它以科学思维为基础，在证据与结论之间通过构建合理的逻辑使结论被接受［1］。可见，科学论证是重要的科学思维方式。如何在生物学教学实践中提升学生的科学论证能力，促进科学思维的发展是迫切需要研究和解决的问题。本文以“孟德尔的豌豆杂交实验（二）”的教学为例，基于生物学科学论证发展框架，对教材“假说-演绎法”的教学逻辑进行重新设计，旨在为教师灵活处理教材和教学的关系提供参考，为培养学生科学论证能力提供实践案例。

1 基于假说-演绎法的教材教学逻辑及其不足之处

1.1 基于假说-演绎法的教材教学逻辑 教材按照科学发现过程的顺序和假说-演绎法的理论框架构建逻辑体系（图1），并按孟德尔的实验过程，由现象到实质，层层深入地展开讨论。在呈现方式上，强调科学史和假说-演绎法，让学生犹如亲历科学家的探究过程，从历史感和科学探究中获取科学知识和对假说演绎法的领悟。

图1 基于假说－演绎法的教材教学逻辑

1.2 教材教学逻辑的不足之处 教材的教学逻辑之美不再赘述，但也并非完美无缺。由于孟德尔豌豆杂交实验（一）和孟德尔豌豆杂交实验（二）的教材教学逻辑几乎完全一致，教学时间上又紧紧相连。学生刚经历了分离定律的科学发现过程，深刻感受了假说-演绎法的精妙，当几乎一样的教学逻辑再次展现时，会出现如下问题：①重复教学逻辑会影响学生学习兴趣。②重复教学逻辑容易使学生产生思维惰性。③重复教学逻辑容易引起学生“轻视”学习过程，不利于知识与概念的构建。④重复教学逻辑容易引起学生思维定式，不利于科学思维的训练和核心素养的培养。

2 基于生物学科学论证发展框架的教学设计

2.1 生物学科学论证的发展框架 科学论证结构包括观点、推理、事实证据、理论依据和反驳。学生面对未知的生物学问题，基于证据和科学推理提出自己的观点后，在已有的知识储备基础上，基于证据进行科学的、实质性的推理，是解决生物学问题的必备素养，利用反驳、论证等方式向他人主张自己观点的合理性和科学性，是其科学思维水平的重要体现。笔者基于科学论证结构，结合生物学学科特点，构建了生物学科学论证的发展框架（图2）。

图2 生物学科学论证的发展框架

2.2 孟德尔的豌豆杂交实验（二）的教学设计 基于生物学科学论证的发展框架，避免与孟德尔豌豆杂交实验（一）教学逻辑的重复，对原有的教学逻辑进行适当的重新构建并形成新的教学设计，具体如图3所示。教学实践中，首先引导学生提出观点、寻找事实证据1、进行推理过程1、找出理论依据和进行反驳后，再引导学生找出论证过程中的逻辑漏洞——将观点作为理论依据进行推理，然后通过小组讨论寻找解决途径——寻找更多的实验证据，再引导学生找出事实证据2 并自主构建推理过程2，进而证明观点具有普遍性和科学性。最后引导学生比较科学论证结构和假说-演绎法的优、缺点，指出二者都不具有逻辑必然性的事实。

图3 基于科学论证发展框架的教学设计

3 教学实践过程简述

3.1 复习分离定律，引导学生提出观点 首先让学生分别写出并展示黄色豌豆（YY） 与绿色豌豆（yy）杂交和圆粒豌豆（RR）与皱粒豌豆（rr）杂交产生F1，F1自交产生F2的遗传图解。再引导学生回顾分离定律的主要内容，然后追问:若用纯种黄色圆粒豌豆与纯种绿色皱粒豌豆作亲本进行杂交产生F1，并让F1自交产生F2。在F1产生配子时，成对的遗传因子（R和r）彼此分离，而不成对的遗传因子（例如R和Y）会发生怎样的行为？ 最后鼓励学生大胆提出观点：在形成配子时，决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合。

3.2 讨论分析2 对相对性状的杂交实验，初步论证观点

3.2.1 事实证据 黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆的杂交实验结果（图4）显示，F2中出现了新的性状组合——黄色皱粒和绿色圆粒，是不同的性状间发生了自由组合的结果，是决定不同性状的遗传因子自由组合的有力证据。

图4 2 对相对性状的杂交实验

3.2.2 推理过程 通过小组讨论，运用演绎推理，构建连接事实证据和观点的逻辑关系：F1在产生的雌配子和雄配子各有4 种：YR、Yr、yR、yr，它们之间的数量比为：1∶1∶1∶1。受精时，雌、雄配子随机结合产生4 种表型：黄色圆粒、绿色圆粒、黄色皱粒、绿色皱粒，它们之间的数量比是：9∶3∶3∶1。具体推理过程如图5所示。

图5 2 对相对性状杂交实验的分析图解

3.2.3 理论依据：遗传因子的分离定律和自由组合定律

3.2.4 反驳：不成对的遗传因子是相互孤立的

3.3 寻找论证漏洞，培养科学思维的严谨性 此时，学生认为成功论证了自己的观点。教师适时提问：你的论证过程是否科学?被论证的观点是否一定正确？通过小组讨论，学生发现运用被论证观点作为论证的主要理论依据是不科学的，逻辑上不严谨，不能证明观点具有普遍性，所以，需要有更多的事实证据进行论证。

3.4 独立分析2 对相对性状的测交实验，再次论证观点

3.4.1 事实证据 学生很快找到了事实依据：孟德尔对F1的黄色圆粒豌豆进行测交实验（图6），F2中同样出现了黄色皱粒和绿色圆粒，再次说明不同的性状间发生了自由自合。

图6 2 对相对性状的测交实验

3.4.2 推理过程 引导学生独立思考，自主构建推理过程（图7）。

图7 2 对相对性状测交实验的分析图解

最后，引导学生总结出以被论证的观点作为理论依据的一部分进行逻辑推理是不严谨的，不具有逻辑的必然性，需要在今后的学习中寻找更多的事实证据予以证明。教师还指出：自由组合定律的发现并不是科学论证的结果，而是运用了假说-演绎法，假说-演绎法也不具有逻辑的必然性。

4 体会

假说-演绎法，基于假说进行演绎推理，通过实验获得事实证据予以证明；而科学论证，基于观点寻找事实证据（可通过实验获得），通过逻辑推理构建观点与事实证据之间的合理逻辑，从而使观点被接受。若前者是“顺序”，则后者为“倒叙”，前者先推理后实验验证更符合科学发现的规律，后者先寻找证据后逻辑推理更符合科学论证的规律，更利于批判思维的培养。基于假说-演绎法“顺序”学习孟德尔豌豆杂交实验（一）后，尝试基于科学论证“倒叙”学习孟德尔豌豆杂交实验（二），丰富了教学形式，提升了学习热情，让假说－演绎法和科学论证这2 种科学思维方法都得到充分的训练，有利于批判思维和创造思维的培养，有利于生物学核心素养的落实。