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【摘要】“假说-演译法”是形成和构造科学理论的一种重要思维方法。让学生正确理解、深刻体会和灵活应用是高中生物新课程教学的重要内容,通过实例教学法培养学生科学思维方式、方法,并能实际用于解决生物学中的探究性试题。
【关键词】假说——演译法思维方法实例教学科学探究试题
“假说—演译法”是科学研究的基本方法之一,是科学发现的基本模式,它是根据已知的科学原理和科学事实对未知的自然现象及其规律作出的一种假说性说明。是生物教学在新课标中的一项重要内容,教学大纲对此要求层次高,近几年的高考题在思想方法上多次利用了假说-演绎这种思维法去解决题目。因此无论从高考角度还是培养学生的科学素养上,在教学中策略性渗透“假说演译法”是非常必要的,以下是我在教学中的体会和认识,供大家参考。
1.准确体会“假说—演绎法” 对培养学生的科学素养的意义及在新课标中位置
假说—演绎法不仅仅是科学家进行科学研究的方法,也是学生认识客观事物、理解客观规律的重要的科学探究方法。假说—演绎法应用于高中生物教学不仅可以帮助学生学习理解相关知识,体验科学研究的过程,还可以锻炼学生的逻辑推理能力。假说—演绎法是形成和构造科学理论的一种重要思维方法。对学生来讲是“授之以渔”的过程重要手段之一。
《普通高中生物课程标准(实验)》的“课程设计思路”部分,关于“遗传与进化”模块的教学价值时指出:该模块有助于学生领悟“假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”。 “假说--演绎法”对于落实“标准”倡导的“提高每个高中学生的生物科学素养”的新课程理念是至关重要的。在新课标中分为“了解、理解、应用”三个水平要求,“分析孟德尔遗传实验的科学方法”属于应用水平,在课程标准必修二模块的前言部分,还特别指出要让学生“体验科学家探索生物生殖、遗传和进化奥秘的过程”,可见引导学生体验科学的过程和方法,是必修二模块的重要任务之一。
2.透彻讲解“假说-演绎法”在高中生物教材中的实例及思维方式
许多学生感到假说—演绎法很抽象。如何引导学生领悟假说—演绎法?
2.1首先应使学生弄清楚其定义,理清假说—演绎法的思路和过程。
“假说—演绎法”的基本特点是:在科学研究过程中,研究者在观察、实验的基础上,对所获得的事实材料进行加工制作,首先提出某种作为理论基本前提的假说;然后以假说作为出发点,逻辑地演绎出可由经验检验的结论,构成一个理论系统。用这个理论系统解释和预见所研究的对象系统的各种现象,并用实验来进行检验和修正。通俗的讲,“假说—演绎法”是在观察和分析基础上提出问题以后,通过推理和想象提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符,就证明假说是正确的,反之,则证明假说是错误的。所以,“假说—演绎法” 的基本思路可以概括为下图。
2.2还要引导学生区别“观察—归纳法”和“假说—演绎法”。前者是从特殊事实中概括出一般原理的推理形式和思维方法,后者是从一般到特殊,根据一类事物都有的一般属性、关系、本质来推断该类中的个别事物所具有的属性、关系和本质的推理形式和思维方法。归纳法从特殊到一般,优点是能体现众多事物的根本规律,且能体现事物的共性;缺点是容易犯不完全归纳的毛病。 演绎法从一般到特殊,优点是由定义根本规律等出发一步步递推,逻辑严密结论可靠,且能体现事物的特性;缺点是缩小了范围,使根本规律的作用得不到充分的展现,二者是互为补充、相辅相成的。从近代科学到现代科学过程中,以观察—归纳为主的方法逐渐让位给以假说—演绎为主的方法。这是因为现代科学从总体上来说,已经不是处在经验材料的收集阶段,而是处于高度的理论概括和演绎的阶段。
2.3教学中运用实例教学法引领学生自我生成“假说—演绎法”的科学思维方式。孟德尔的豌豆杂交实验是高中生物学教学的经典内容。遗传因子分离导致性状分离这一命题,是孟德尔通过豌豆的一对相对性状的杂交实验,运用假说—演绎法,历经“提出问题—构建假说—验证假说—获得结论”建立起来的。因此,这一内容非常适合作为培养学生科学探究能力的素材。
“假说—演绎法”的过程是不能用灌输、堆砌等教育方式的,而需要教师引导,学生自觉认同。在教学中,要使学生体会到孟德尔生活的时代是根本无法看到“遗传因子”的,借助“观察—归纳法”是无法研究出遗传规律的。因此,引导学生从当时的实际情况出发,尝试把自己变成孟德尔,以他的思维方式提出问题,进行分析,形成假说,进行演绎推理,进而引导他们自行设计出测交实验,这种对重要科学史的重现,既能深入理解科学知识,也是培养思维能力和科学方法的重要途径。通过实例教学法,让学生真正领悟和自我生成“假说—演绎法”的科学思维方式。
实例教学法:孟德尔“一对相对性状的实验”中“假设—演绎法”的实施及探究:
教学过程的难点是让学生理解孟德尔研究过程中的哪个步骤是演绎。学生看到的是孟德尔提出假说后,就设计测交实验进行检验了,那么哪一步是演绎呢?事实上,实验所检验的常常不是假说本身,而是假说的推论,即从假说中逻辑地推导出来的描述个别现象或事件的推论。如果孟德尔要直接验证他的假说,只能用显微镜观察的方法,确定遗传因子的真实存在和遗传因子的传递方式,这在当时是不可能的。那么,孟德尔设计的测交实验,实际上检验的是“推论”。这个“推论”,就是根据假说对测交实验所进行的演绎推理得到的论题—杂合子生成配子时具有对性关系的遗传因子分离,也就是课本中提到的测交实验结果所要证实的推论:(1)F1究竟是不是杂合子(Dd)?(2)如果是杂合子,测交后代的性状分离比是否为1∶1。
2.4利用教材中“假说——演绎法”实例对学生进行强化训练,拓展提升。在“生物必修2——遗传与进化”模块中的教材设计的核心理念之一:主要就采用了“假说—演绎法”, 涉及假说—演绎方法的内容很多,其中典型有: 案例2:孟德尔在做豌豆两对相对性状的杂交试验;
案例3:摩尔根的果蝇眼色遗传杂交实验;
案例4:DNA分子的复制方式的提出与证实。
在生物课程教学中,教师要结合实例,通过创造条件,把教学过程变成模拟科研过程,让学生建立一般科研程序:提出问题→ 建立假说 → 验证假说 → 得出结论,使学生真正体会和领悟它的思维和方法。同时要充分发挥学生的主动性,让学生在阅读教材的基础上,结合假说—演绎法的思路和过程并积极思考,对每一个实验进行分析、讨论,参照案例1写出每一个实验的过程和具体内容,进一步掌握其核心思维的过程和方法,并能灵活运用。
3.灵活运用“假设—演绎法”的思维和方法破解生物探究型试题
生物探究型试题包括实验探究题和遗传探究题两类主要题型,在高考中占很大比重,而其类型差异较大,呈现的形式灵活多变,提供的信息较为隐晦,常常令学生手足无措,思维混乱,得分甚微。其实,遗传探究题的解题思路不外乎“假设→推断→结果→结论”,其实就是“假设—演绎”的过程。因此,只要掌握了“假设—演绎法”的思维方法,此类问题往往容易迎刃而解。
例:(2011年福建卷)1.火鸡的性别决定方式是ZW型(♀ZW,♂ZZ)。曾有人发现少数雌火鸡(ZW)的卵细胞未与精子结合,也可以发育成二倍体后代。遗传学家推测,该现象产生的原因可能是:卵细胞与其同时产生的三个极体之一结合,形成二倍体后代(WW的胚胎不能存活)。若该推测成立,理论上这种方式产生后代的雌雄比例是()
A.雌∶雄=1∶1B. 雌∶雄=1∶2
C. 雌∶雄=3∶1 D.雌∶雄=4∶1
答案:D
例2:某同学进行实验,甲图为实验开始状态,乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的基础上继续实验,探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。
增添的实验材料:蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。
(1)设计出继续实验的简要步骤:
①;
②。
(2)预测实验现象并作出结论。
答案:(1)①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液,水浴加热(或隔水加热)U型管至适宜温度,观察a、b两管内液面的变化 ②吸取a、b两管内适量液体,分别加入A、B两试管中,并加入斐林试剂,(60~65℃)水浴加热,观察A、B试管内有无砖红色沉淀 (2)如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀,则蔗糖的水解产物能通过半透膜;如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀。
例3:(2006年高考理综全国卷1)从一个自然果绳种群中选出一部分未交配过的灰色和黄色两种体色的果蝇,这两种体色的果蝇数量相等,每种体色的果蝇雌雄各半。已知灰色和黄色这对相对性状受一对等位基因控制,所有果蝇均能正常生活,性状的分离符合遗传的基本定律。现用两个杂交组合:灰色雌蝇×黄色雄蝇、黄色雌蝇×灰色雄蝇,只做一代杂交试验,每个杂交组合选用多对果蝇。推测两个杂交组合的子一代可能出现的性状,并以此为依据,对哪一种体色为显性性状,以及控制体色的基因位于X染色体上还是常染色体上这两个问题,做出相应的推断。
解题思路:
(1)理清条件:自然种群、灰色雌蝇×黄色雄蝇、黄色雌蝇×灰色雄蝇、一代杂交;
(2)明确问题:显性性状?基因位于X染色体上还是常染色体上?
(3)作出假设:①假设黄色为显性性状且控制体色的基因在常染色体上。
(4)演绎推理:若黄色为显性性状且控制体色的基因在常染色体上,则自然种群中两个杂交组合的基因型分别为:
(aa)灰雌×黄雄(A_) (A_)黄雌×灰雄(aa)
↓ ↓
结果:F1:黄多于灰,且不论黄体色还是灰体色,雌雄比例相等
(5)得出结论:若两个杂交组合的子一代中都是黄色个体多于灰色个体,并且体色的遗传与性别无关,则黄色为显性,基因位于常染色体上。
同理可作出假说:②灰色为显性性状且控制体色的基因在常染色体上;
③黄色为显性性状且控制体色的基因在X染色体上;
④灰色为显性性状且控制体色的基因在X染色体的其余三种假设并推理之。
针对性训练题:果蝇体毛硬而长的毛称为刚毛,一个自然繁殖的直刚毛果蝇种群中,偶然出现了一只卷刚毛雄果蝇。请回答下列问题:
(1)卷刚毛性状是如何产生和遗传的呢?
。
请尝试写出两仲假说:。
(2)已知这只卷刚毛雄果蝇与直刚毛雌果蝇杂交,f1全部为直刚毛,f1雌雄果蝇随机交配,f2的表现型及比例是直刚毛雌果蝇:直刚毛雄果蝇:卷刚毛雄果蝇=2∶1∶1,
此时最合理的假说是:。
依据这一假说进行演绎推理,设计一个简单的实验验证,实验设计思路是: 。请给出验证实验的遗传图解: 。
像这样,用“假设—演绎法”来推理和解决一些实际问题,就可以有效避免了盲目做题和老虎吃天——无从下口的窘境,能大大提高做题的准确性和效率。总之,不管在学生的“假设—演绎法”的生成还是应用过程中,不要忽视学生的能力发展,不能直接地告诉学生应该这样想,那样做;主观认为只要反复地强调了,学生就掌握了。这样,实际上反而剥夺了学生自主学习的权力,让学生失去了体会方法生成的过程,在被动接受中逐渐丧失了思考的动力。所以,教师的引领是至关重要的。尤其体现在平时教学的可利用素材的一点一滴的渗透中,只有引领学生自我建立并会自行运用“假说——演绎法”的思维模式去分析教材,去处理遇到的实际问题,才能收到事半功倍的效果。
【关键词】假说——演译法思维方法实例教学科学探究试题
“假说—演译法”是科学研究的基本方法之一,是科学发现的基本模式,它是根据已知的科学原理和科学事实对未知的自然现象及其规律作出的一种假说性说明。是生物教学在新课标中的一项重要内容,教学大纲对此要求层次高,近几年的高考题在思想方法上多次利用了假说-演绎这种思维法去解决题目。因此无论从高考角度还是培养学生的科学素养上,在教学中策略性渗透“假说演译法”是非常必要的,以下是我在教学中的体会和认识,供大家参考。
1.准确体会“假说—演绎法” 对培养学生的科学素养的意义及在新课标中位置
假说—演绎法不仅仅是科学家进行科学研究的方法,也是学生认识客观事物、理解客观规律的重要的科学探究方法。假说—演绎法应用于高中生物教学不仅可以帮助学生学习理解相关知识,体验科学研究的过程,还可以锻炼学生的逻辑推理能力。假说—演绎法是形成和构造科学理论的一种重要思维方法。对学生来讲是“授之以渔”的过程重要手段之一。
《普通高中生物课程标准(实验)》的“课程设计思路”部分,关于“遗传与进化”模块的教学价值时指出:该模块有助于学生领悟“假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”。 “假说--演绎法”对于落实“标准”倡导的“提高每个高中学生的生物科学素养”的新课程理念是至关重要的。在新课标中分为“了解、理解、应用”三个水平要求,“分析孟德尔遗传实验的科学方法”属于应用水平,在课程标准必修二模块的前言部分,还特别指出要让学生“体验科学家探索生物生殖、遗传和进化奥秘的过程”,可见引导学生体验科学的过程和方法,是必修二模块的重要任务之一。
2.透彻讲解“假说-演绎法”在高中生物教材中的实例及思维方式
许多学生感到假说—演绎法很抽象。如何引导学生领悟假说—演绎法?
2.1首先应使学生弄清楚其定义,理清假说—演绎法的思路和过程。
“假说—演绎法”的基本特点是:在科学研究过程中,研究者在观察、实验的基础上,对所获得的事实材料进行加工制作,首先提出某种作为理论基本前提的假说;然后以假说作为出发点,逻辑地演绎出可由经验检验的结论,构成一个理论系统。用这个理论系统解释和预见所研究的对象系统的各种现象,并用实验来进行检验和修正。通俗的讲,“假说—演绎法”是在观察和分析基础上提出问题以后,通过推理和想象提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符,就证明假说是正确的,反之,则证明假说是错误的。所以,“假说—演绎法” 的基本思路可以概括为下图。
2.2还要引导学生区别“观察—归纳法”和“假说—演绎法”。前者是从特殊事实中概括出一般原理的推理形式和思维方法,后者是从一般到特殊,根据一类事物都有的一般属性、关系、本质来推断该类中的个别事物所具有的属性、关系和本质的推理形式和思维方法。归纳法从特殊到一般,优点是能体现众多事物的根本规律,且能体现事物的共性;缺点是容易犯不完全归纳的毛病。 演绎法从一般到特殊,优点是由定义根本规律等出发一步步递推,逻辑严密结论可靠,且能体现事物的特性;缺点是缩小了范围,使根本规律的作用得不到充分的展现,二者是互为补充、相辅相成的。从近代科学到现代科学过程中,以观察—归纳为主的方法逐渐让位给以假说—演绎为主的方法。这是因为现代科学从总体上来说,已经不是处在经验材料的收集阶段,而是处于高度的理论概括和演绎的阶段。
2.3教学中运用实例教学法引领学生自我生成“假说—演绎法”的科学思维方式。孟德尔的豌豆杂交实验是高中生物学教学的经典内容。遗传因子分离导致性状分离这一命题,是孟德尔通过豌豆的一对相对性状的杂交实验,运用假说—演绎法,历经“提出问题—构建假说—验证假说—获得结论”建立起来的。因此,这一内容非常适合作为培养学生科学探究能力的素材。
“假说—演绎法”的过程是不能用灌输、堆砌等教育方式的,而需要教师引导,学生自觉认同。在教学中,要使学生体会到孟德尔生活的时代是根本无法看到“遗传因子”的,借助“观察—归纳法”是无法研究出遗传规律的。因此,引导学生从当时的实际情况出发,尝试把自己变成孟德尔,以他的思维方式提出问题,进行分析,形成假说,进行演绎推理,进而引导他们自行设计出测交实验,这种对重要科学史的重现,既能深入理解科学知识,也是培养思维能力和科学方法的重要途径。通过实例教学法,让学生真正领悟和自我生成“假说—演绎法”的科学思维方式。
实例教学法:孟德尔“一对相对性状的实验”中“假设—演绎法”的实施及探究:
教学过程的难点是让学生理解孟德尔研究过程中的哪个步骤是演绎。学生看到的是孟德尔提出假说后,就设计测交实验进行检验了,那么哪一步是演绎呢?事实上,实验所检验的常常不是假说本身,而是假说的推论,即从假说中逻辑地推导出来的描述个别现象或事件的推论。如果孟德尔要直接验证他的假说,只能用显微镜观察的方法,确定遗传因子的真实存在和遗传因子的传递方式,这在当时是不可能的。那么,孟德尔设计的测交实验,实际上检验的是“推论”。这个“推论”,就是根据假说对测交实验所进行的演绎推理得到的论题—杂合子生成配子时具有对性关系的遗传因子分离,也就是课本中提到的测交实验结果所要证实的推论:(1)F1究竟是不是杂合子(Dd)?(2)如果是杂合子,测交后代的性状分离比是否为1∶1。
2.4利用教材中“假说——演绎法”实例对学生进行强化训练,拓展提升。在“生物必修2——遗传与进化”模块中的教材设计的核心理念之一:主要就采用了“假说—演绎法”, 涉及假说—演绎方法的内容很多,其中典型有: 案例2:孟德尔在做豌豆两对相对性状的杂交试验;
案例3:摩尔根的果蝇眼色遗传杂交实验;
案例4:DNA分子的复制方式的提出与证实。
在生物课程教学中,教师要结合实例,通过创造条件,把教学过程变成模拟科研过程,让学生建立一般科研程序:提出问题→ 建立假说 → 验证假说 → 得出结论,使学生真正体会和领悟它的思维和方法。同时要充分发挥学生的主动性,让学生在阅读教材的基础上,结合假说—演绎法的思路和过程并积极思考,对每一个实验进行分析、讨论,参照案例1写出每一个实验的过程和具体内容,进一步掌握其核心思维的过程和方法,并能灵活运用。
3.灵活运用“假设—演绎法”的思维和方法破解生物探究型试题
生物探究型试题包括实验探究题和遗传探究题两类主要题型,在高考中占很大比重,而其类型差异较大,呈现的形式灵活多变,提供的信息较为隐晦,常常令学生手足无措,思维混乱,得分甚微。其实,遗传探究题的解题思路不外乎“假设→推断→结果→结论”,其实就是“假设—演绎”的过程。因此,只要掌握了“假设—演绎法”的思维方法,此类问题往往容易迎刃而解。
例:(2011年福建卷)1.火鸡的性别决定方式是ZW型(♀ZW,♂ZZ)。曾有人发现少数雌火鸡(ZW)的卵细胞未与精子结合,也可以发育成二倍体后代。遗传学家推测,该现象产生的原因可能是:卵细胞与其同时产生的三个极体之一结合,形成二倍体后代(WW的胚胎不能存活)。若该推测成立,理论上这种方式产生后代的雌雄比例是()
A.雌∶雄=1∶1B. 雌∶雄=1∶2
C. 雌∶雄=3∶1 D.雌∶雄=4∶1
答案:D
例2:某同学进行实验,甲图为实验开始状态,乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的基础上继续实验,探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。
增添的实验材料:蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。
(1)设计出继续实验的简要步骤:
①;
②。
(2)预测实验现象并作出结论。
答案:(1)①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液,水浴加热(或隔水加热)U型管至适宜温度,观察a、b两管内液面的变化 ②吸取a、b两管内适量液体,分别加入A、B两试管中,并加入斐林试剂,(60~65℃)水浴加热,观察A、B试管内有无砖红色沉淀 (2)如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀,则蔗糖的水解产物能通过半透膜;如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀。
例3:(2006年高考理综全国卷1)从一个自然果绳种群中选出一部分未交配过的灰色和黄色两种体色的果蝇,这两种体色的果蝇数量相等,每种体色的果蝇雌雄各半。已知灰色和黄色这对相对性状受一对等位基因控制,所有果蝇均能正常生活,性状的分离符合遗传的基本定律。现用两个杂交组合:灰色雌蝇×黄色雄蝇、黄色雌蝇×灰色雄蝇,只做一代杂交试验,每个杂交组合选用多对果蝇。推测两个杂交组合的子一代可能出现的性状,并以此为依据,对哪一种体色为显性性状,以及控制体色的基因位于X染色体上还是常染色体上这两个问题,做出相应的推断。
解题思路:
(1)理清条件:自然种群、灰色雌蝇×黄色雄蝇、黄色雌蝇×灰色雄蝇、一代杂交;
(2)明确问题:显性性状?基因位于X染色体上还是常染色体上?
(3)作出假设:①假设黄色为显性性状且控制体色的基因在常染色体上。
(4)演绎推理:若黄色为显性性状且控制体色的基因在常染色体上,则自然种群中两个杂交组合的基因型分别为:
(aa)灰雌×黄雄(A_) (A_)黄雌×灰雄(aa)
↓ ↓
结果:F1:黄多于灰,且不论黄体色还是灰体色,雌雄比例相等
(5)得出结论:若两个杂交组合的子一代中都是黄色个体多于灰色个体,并且体色的遗传与性别无关,则黄色为显性,基因位于常染色体上。
同理可作出假说:②灰色为显性性状且控制体色的基因在常染色体上;
③黄色为显性性状且控制体色的基因在X染色体上;
④灰色为显性性状且控制体色的基因在X染色体的其余三种假设并推理之。
针对性训练题:果蝇体毛硬而长的毛称为刚毛,一个自然繁殖的直刚毛果蝇种群中,偶然出现了一只卷刚毛雄果蝇。请回答下列问题:
(1)卷刚毛性状是如何产生和遗传的呢?
。
请尝试写出两仲假说:。
(2)已知这只卷刚毛雄果蝇与直刚毛雌果蝇杂交,f1全部为直刚毛,f1雌雄果蝇随机交配,f2的表现型及比例是直刚毛雌果蝇:直刚毛雄果蝇:卷刚毛雄果蝇=2∶1∶1,
此时最合理的假说是:。
依据这一假说进行演绎推理,设计一个简单的实验验证,实验设计思路是: 。请给出验证实验的遗传图解: 。
像这样,用“假设—演绎法”来推理和解决一些实际问题,就可以有效避免了盲目做题和老虎吃天——无从下口的窘境,能大大提高做题的准确性和效率。总之,不管在学生的“假设—演绎法”的生成还是应用过程中,不要忽视学生的能力发展,不能直接地告诉学生应该这样想,那样做;主观认为只要反复地强调了,学生就掌握了。这样,实际上反而剥夺了学生自主学习的权力,让学生失去了体会方法生成的过程,在被动接受中逐渐丧失了思考的动力。所以,教师的引领是至关重要的。尤其体现在平时教学的可利用素材的一点一滴的渗透中,只有引领学生自我建立并会自行运用“假说——演绎法”的思维模式去分析教材,去处理遇到的实际问题,才能收到事半功倍的效果。