核心素养导向下的“假说-演绎法”应用的课堂实践研究

浙江

在进行遗传学内容的教学过程中很少涉及“假说-演绎法”应用的学法指导。也就是说，目前对于科学方法的处理仍然停留在教、授层面上，在类比、迁移和应用上教学力度不够，这显然达不到《普通高中生物学课程标准（2017 年版2020 年修订）》（以下简称《课程标准》）对育人价值的预期。在高考遗传题中，若要推出基因所在染色体上的位置要求学生具备“假说”的思想，后续问题也是基于学生的“假说”进行“演绎”。所以，如果学生对“假说”和“演绎”的剖析不够，则达不到学以致用的目的。利用好“遗传题”这一载体，是对所学知识进行应用，以及培养科学思维的有效途径。

1.课堂实施

笔者通过布置前置性作业和对三个课堂活动的设计，循着“认识—内化—迁移”的顺序，设计了一堂复习课。尝试引导学生重新认识“假说-演绎法”，并在新的情境中应用“假说”和“演绎”。以期让学生在课堂中通过主动参与培养其科学思维。

1.1 回顾孟德尔杂交实验，剖析“假说-演绎”过程

1.1.1 利用流程图，回顾孟德尔定律得出过程

高中生物教材中“假说-演绎法”第一次出现是在必修2 第一章“遗传因子的发现”中。学生对这部分内容的掌握往往停留在实验结果上，而对孟德尔的科学研究方法、“假说、演绎”的过程以及两大遗传定律的实质并不了解，所以首先要让学生重新认识该方法的流程。笔者利用学案，设置前置性活动，让学生在课前回顾分离规律的发现过程。前置性活动设置如图1 所示。

根据学生的回答情况，发现学生的普遍错误是在“测交实验结果”中写出了子代的基因型、表现型及比例。这说明很多学生分不清演绎推理和实验验证这两个环节，在孟德尔的豌豆杂交实验中演绎推理这一步只是“纸上谈兵”，称为设计测交实验，是在草稿纸上完成的。真正进行测交种植实验才是实验验证，得到的后代表现型和比例才是“测交实验结果”，用以验证设计的测交实验（即基于“假说”的“演绎”）是否正确。若实验结果与演绎结果一致，说明假说是正确的，从而将“假说”的核心——“在形成配子即生殖细胞时，成对的遗传因子发生分离”定义为分离定律。若不一致，则说明假说是错误的，要进行修正。

学生应明确演绎推理和实验验证间的逻辑关系。“假说-演绎”是在作出假说，获得一般性结论后，对这一结论是否适用于另一个特殊现象所进行的推理。通过实际验证得出推理是正确的，则推导出推理的假说才是正确的。

1.1.2 总结“假说-演绎法”的一般步骤

根据学生的回答情况对“根据假设进行演绎”和“实践操作进行验证”这两个环节进行举例说明，并引导学生归纳“假说-演绎法”的一般流程，主要是如图2 所示的五个步骤：

图2

科学规律的发现和形成常常始于一个偶然的现象，第一个步骤“进行实验、提出疑问”是孟德尔分离定律发现的萌芽，即孟德尔对豌豆进行历经八年的实验，从观察豌豆的一对相对性状开始，发现了亲子代之间的遗传现象，提出了疑问，进而引发了接下来的研究和验证。

从最后的结果来看，孟德尔进行的一系列假说都是正确的。但是为什么孟德尔能提出这么多正确的假说？其实，孟德尔这些正确假说并不是凭空捏造的，一方面他是基于自己已有的知识和经验，另一方面孟德尔其实也做了一些错误的假说，只是都被否决和修正了。教材上呈现的只是经过修正之后的假说，所以，一个“假说”的得出有时候也是经历了千锤百炼的。

假说本身是否正确无从考证，但是可以将假说应用于其他的情境中，这就是第三个步骤“演绎”的意义。测交实验是基于该假说进行的演绎过程，因此假说究竟是否正确，最终需要通过实验来求证。所以步骤三和步骤四实际上是对测交实验的理论推导——演绎和测交实验的实践——验证。

1.1.3 剖析“假说”与“演绎”

在“假说-演绎法”中，假说其实就是一种可能正确也可能错误的猜想，这种猜想可以是毫无逻辑的，也可以是根据现有知识推导所得的。在解决实际问题时所列的假说常常可以把有可能的情况都一一列举，例如在“遗传题”中判断基因所在的染色体类型时，提出假说“基因可能位于常染色体上，也可能位于性染色体上”，然后根据题干条件进行排除。若位于性染色体，则又有三种情况，分别是位于X 染色体的非同源区段、位于Y 染色体的非同源区段、位于X、Y 染色体的同源区段，再根据题干条件进行排除。所以“假说”这一环节为遗传题的解题提供了思路和模板。

对于“演绎”环节，学生常常会将它理解为运用假说解释杂交实验过程，但演绎的意思是将假说的内容运用于其他的情境当中，例如孟德尔就是将自己的假说运用于测交实验中。由此，师生同样可以把“演绎”运用到遗传题的解题当中。当通过题干确定了基因所在的染色体类型之后（即其中一种假说），用该假说进行后续的基因型推导、表现型推导以及概率的计算便是演绎过程。

1.2 借助肺炎双球菌转化实验，内化“假说”和“演绎”

借助肺炎双球菌转化实验设置课堂活动一，意在帮助学生内化“假说”的确定过程和“演绎”过程。

1.2.1 借助格里菲思的活体肺炎双球菌转化实验，内化“假说”确定过程

根据格里菲思的肺炎双球菌转化实验得出：R 型菌与加热杀死的S 型菌混合之后有活的S 型菌出现，那么，活的S 型菌从何而来。教师可设置课堂活动一（如图3），让学生大胆地进行猜想，把有可能的假说全部列举出来。

图3

学生的答案主要有：由R 型菌变来；由加热杀死的S型菌变来等。教师可引导学生从“蛋白质的热变性”角度进行思考，排除“由加热杀死的S 型菌变来”这一假说，从而确定可能性最大的假说“由R 型菌转化而来”。经过假说的提出和对假说的修正过程，学生初步学会了“假说法”的应用。

1.2.2 借助艾弗里的离体肺炎双球菌转化实验，内化“演绎”过程

根据课堂活动一，学生得出“活的S 型菌由R 型菌转化而来”这一假说，且转化需要借助于加热杀死的S 型菌，接下去的问题是“S 型菌体内的什么物质起到了转化作用”。在此问题的驱动下教师引导学生提出进一步的假说（如图4）。

图4

学生的答案主要有：“转化因子是S 型菌的DNA” “转化因子是S 型菌的蛋白质” “转化因子是S 型菌的多糖”等。

接下来引导学生设计实验验证自己提出的假说，如果假说成立，则该物质单独与R 型菌共同培养应该能够得到活的S 型菌。这一推理过程即为基于假说成立情况下的“演绎”过程，经过提出假说、设计实验、小组合作、分析讨论，学生明白了“假说-演绎法”的过程，初步形成了相应的科学思维。

1.3 借助遗传题应用“假说-演绎法”，进行知识迁移

接下来以2018年4月浙江省学考选考第31题（见例题）为例设置课堂活动三，以期通过具体的题目培养学生知识迁移能力，巩固“假说-演绎法”。

1.3.1 遗传题之“假说”

【例题】某昆虫的红眼与朱红眼、有眼与无眼分别由基因A（a）、B（b）控制，其中有一对基因位于性染色体上，且存在两对隐性基因纯合致死现象。一只红眼雌性个体与一只朱红眼雄性个体交配，F1雌性个体中有红眼和无眼，雄性个体全为红眼。让F1雌雄个体随机交配得F2，F2的表现型及比例如下表。

回答下列问题：

（1）有眼对无眼为___________性，控制有眼与无眼的B（b）的基因位于___________染色体上。

（2）应用“假说法”进行解题过程：

①根据F2的表现型比例确定基因所在的染色体类型。

F2中雌性红眼∶朱红眼=3 ∶1，雄性也是如此，可知控制眼色的基因与性别无关，A（a）位于常染色体上；F2中雌性有眼∶无眼=20 ∶9，雄性全为有眼，可知控制眼睛有无的基因与性别有关，B（b）位于性染色体上。

②进行假说。

B（b）位于性染色体上，有三种可能性：B（b）位于X 染色体上的非同源区段；B（b）位于Y 染色体上的非同源区段；B（b）位于X、Y 染色体上的同源区段。

③根据已知条件修正假说。

若B（b）位于X 染色体上的非同源区段，则F1无眼个体基因型为XbXb，亲本雄性基因型就必须是XbY，应为无眼，与已知条件不符，且F2中的雌性应该只有一种表现型，与已知条件不符；若B（b）位于Y 染色体上的非同源区段，则F2雌性表现型全为无眼，与已知条件不符。所以，得出最可能的假说为B（b）位于X、Y 染色体上的同源区段。

从2018 年4 月浙江省学考选考生物的第31 题第1 小题的解题思路中可以看出，要确定B（b）基因所在的染色体位置，必须先进行假说，再进行排除。而排除的过程刚好就是用假说代入遗传图解，是“假说”的确定过程。解题的关键在于熟练地应用“假说”，要求学生首先有相应的知识储备和迁移能力，这与平时对学生科学思维的培养是分不开的。

1.3.2 遗传题之“演绎”

2018 年4 月浙江省学考选考生物的第31 题第3 小题就是基于“B（b）位于X、Y 染色体上的同源区段”这一假说进行的演绎过程，学生得出这一假说，后面的问题便迎刃而解。

2.反思与总结

笔者借助“遗传规律”这一载体，尝试进行“假说-演绎法”的思维培养，并落脚于科学思维在学考选考遗传题中的应用。初步做到了以下几点。

2.1 巧设环节，内化迁移

课堂循着“认识—内化—迁移”的顺序进行，符合高中生的认知规律。《课程标准》突出强调“科学思维”，其核心关键是“思维”。教学最重要的目的不是讲授知识，而是传授生物学的学科思想和学科思维。笔者以史料为依托，以问题为导向，以新情境的应用为落脚点。通过师生的多元互动，引导学生展开高质量的思考和深层次的思维探究。

2.2 依托科学史，感悟方法

每个科学发现都是一部科学探究史，科学史在激发学生的学习兴趣，培养学生科学的学习方法、科学的研究态度以及正确的价值观等方面都是非常好的素材。教师可以设计探究流程，帮助学生厘清思路、复习回顾。还可以借助科学史创设问题情境，引导学生展开探究，在探究中挖掘科学史的内涵，帮助学生明白知识的形成过程，掌握科学研究的思维和方法，培养科学精神。