将科学思维方法融入生物课堂的课例研究——以“假说—演绎法”在“自由组合定律”中的应用为例，本文主要内容关键词为：演绎法论文,组合论文,假说论文,为例论文,定律论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
科学思维方法是指人们在从事科学活动时所使用的或体现出来的认识方法、研究方法和思想方法，是科学素养的核心因素。新课程在注重学科知识的同时，凸显了学科的思想与方法。生物课程标准明确提出，在突出科学探究内容的同时，要重视科学研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。具体而言，对《分子与细胞》模块，要求领悟观察、实验、比较、分析和综合等科学方法及其在科学研究过程中的应用；对《遗传与进化》模块，要求领悟假说—演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用；对《稳态与环境》模块，要求领悟系统分析、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用。教学中，教师要努力挖掘蕴含于学科知识中的逻辑思维过程和方法，坚持对学生进行科学思维方法的训练。
“假说—演绎法”作为一种重要的科学思维方法，其基本步骤是：从假说出发，运用演绎推理，做出一些具体的推断，然后通过实践，检验推断和假说。如果观察到的事实与预期的结果相符合，则证实假说是正确的；如果不相符，则假说必须修正或摒弃。“假说—演绎法”的基本思路如下：
一、教学构思
浙江科学技术版高中生物教材把《孟德尔定律》安排在细胞减数分裂内容之前，重在建构“假说—演绎”的科学方法。教学第一节“分离定律”时，我们采取了“豌豆的一对相对性状的杂交实验→假说（解释）→推论→验证→理论”的方式，从学生的反馈看，教学效果比较好。“孟德尔定律”一课在“分离定律”之后，孟德尔成功的思维路径已经隐含其中，即应用数理统计分析的方法处理实验数据、正确地假设和演绎及巧妙地验证。在这样的基础上，让学生进行自由组合定律的探究学习，应该是可行的。
课堂结构设想如下：
整节课主要设计以下4个环节：（1）回忆分离定律的发现过程，“假说—演绎”思想在科学研究中的应用，引导学生概述分离定律的发现过程（主要思路和重要步骤）及核心内容。（2）PPT呈现孟德尔利用豌豆种子的粒形和粒色两对相对性状所做的杂交实验。引导学生模仿一对相对性状杂交实验的研究过程，根据这一实验现象和统计结果，提出自己想知道的问题。（3）对自由组合现象的解释。学生看到两对相对性状的杂交实验
中有四种表现型，出现不同的相对性状自由组合的现象。应创设一定的情境帮助学生理解孟德尔当时的解释，引导学生进行总结。这是本节课的一个难点。可结合孟德尔的分离定律内容，提出两个问题：这一实验结果是否符合基因分离定律？两对相对性状的杂交实验中的表现型比例与一对相对性状的杂交实验中的表现型比例能否建立数学联系？在回答这两个问题的基础上，让学生尝试对两对相对性状的杂交实验进行解释。可运用PPT提供孟德尔对一对相对性状的杂交实验现象的解释，要求学生修改和补充。根据已经得出的假说（解释），师生共同完成两对相对性状的杂交实验的遗传图解。（4）对自由组合现象的验证。要求学生迁移应用，用遗传图解来表示测交过程，进一步规范遗传图解的书写格式。
解题就是探究问题，是“假说—演绎”思想的具体应用。课堂教学的关键在于：（1）假说的内容由教师告知，还是让学生在自学教材的基础上提出来？还有没有更好的方法？（2）怎样设计
产生四种比例相同配子的学生活动？
二、第一次上课
（一）温故知新
对于基因分离定律的核心内容，学生只是读了教材第8页上的文字，教师引导学生要用自己的话说，并概括了要点：等位基因在形成配子时会分离进入配子遗传给后代。然后，学生回忆、陈述分离定律的发现过程：豌豆的红花与白花杂交，得到的全是红花，自交后的中出现了红花与白花，其比例是3∶1。教师在学生回答的基础上归纳投影并板书：
（二）新课导入
教师幻灯投影豌豆的黄色圆粒与绿色皱粒杂交实验的结果。
师 提出问题是科学研究的第一步，看到这一实验现象和统计结果，你想知道哪些问题？
（教师巡视，发现大多数学生不知道提什么问题，只有少数学生模仿一对相对性状的杂交实验提出了教师预设的几个问题。）生①P→中谁是显性性状？②两对基因之间有没有相互影响？③比例说明了什么问题？
师 出现新的性状组合是什么？为什么会出现新的性状组合？
生 黄色皱粒、绿色圆粒。
师 每对相对性状是否符合基因分离定律？为什么？
生 符合。黄色∶绿色=12∶4，圆粒∶皱粒=12∶4。
师 从数学角度分析，9∶3∶3∶1与3∶1能否建立数学联系？这对理解两对相对性状的遗传结果有什么启示？
（学生面露难色，无人回答。教师板书，如下图。）
（3∶1）（3∶1）=9∶3∶3∶1
（三）对自由组合现象的假说解释
根据类比分离定律时孟德尔给出的假说，来解释中的9∶3∶3∶1。教师投影出示：（1）性状是由遗传因子控制的，豌豆的花色由遗传因子C、c控制；（2）在形成配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入到不同的配子中，每个配子只含有成对基因中的一个；（3）的体细胞内有两个不同的基因，各自独立、互不混杂；（4）可产生两种比例相同的配子，C和c；（5）受精时，雌雄配子的结合机会是随机的。
生 豌豆种子的子叶颜色的黄色、绿色是由A/a控制的；圆粒、皱粒是由B/b控制的；产生了A、a、B、b四种配子。
生 每个配子中只有每对基因中的一个，产生了AB、Ab、aB、ab四种比例相同的配子。
教师归纳：（1）豌豆种子的圆粒、皱粒分别由遗传因子R、r控制，子叶颜色的黄色、绿色分别由遗传因子Y、y控制；（2）在产生配子时，每对遗传因子彼此分离，不同对的遗传因子可以自由组合；（3）的体细胞可产生4种比例相同的配子，YR∶Yr∶yR∶yr=1∶1∶1∶1；（4）受精时，雌雄配子的结合机会是随机的。
学生活动：根据假说，写出两对相对性状的杂交实验的分析图解（见下页）。
师 结合两对相对性状的杂交实验的遗传图解，回答以下问题：（1）的配子结合方式有______种；的基因型有______种；表现型有______种。（2）黄圆的基因型有______；绿圆的基因型有______；黄皱的基因型有______；绿皱的基因型有______。
生 第（1）问：16；9；4。
生 第（2）问：黄圆的基因型有YYRR、YYRr、YyRr、YyRR四种；绿圆的基因型有yyRR、yyRr两种；黄皱的基因型有YYrr、Yyrr两种；绿皱的基因型只有yyrr一种。
（四）对自由组合现象的验证
师 孟德尔验证假说的方法是什么？需要验证什么？试用遗传图解来表示过程。学生得出如下的遗传图解：
教师从杂交符号、表现型的比例、生成配子等，对该生的遗传图解进行了纠错，形成以下遗传图解：
（五）形成理论
阅读教材第18页，归纳基因自由组合定律的实质。
三、第一次课后研讨
经过分析、讨论，备课组教师提出如下改进建议：
第一，可以用遗传图解复习分离定律来引课，这样既能纠正学生在遗传图解中的书写问题，还能为应用遗传图解解释两对相对性状的杂交实验奠定基础。从杂交实验中提出的问题，由于答案的发散性太大，不宜直接让学生回答，应设计具体的问题引导学生。到黑板上写遗传图解的学生要有选择，不要占太多的课堂时间。
第二，按照教学设计，PPT辅助教学反而成为限制，导致“假说—演绎”的科学思想方法不够突出。建议更合理地设计板书，把板书分为“假说—演绎法”、杂交实验、遗传图解解释、测交的遗传图解、自由组合定律实质等五栏。
第三，教学难点——产生比例相同的四种配子没有得到很好的突破，还是应该设计活动，让学生直观感受由于等位基因分离、非等位基因自由组合产生比例相同的四种配子。
第四，应把学案中产生的配子种类删除，让学生自己来填，从而暴露学生中“Y、y、R、r”四种配子或者“YY、yy、RR、rr”四种配子等错误，以进一步帮助学生理解如何应用之前的假说“等位基因分离，非等位基因自由组合”。
第五，如何写遗传图解，尤其是规范的格式，应给学生一个方法上的指导。
第六，测交验证环节的讲解顺序是不是可以换一下？应引导学生明白测交的真正作用，能通过测交后代的表现型种类和比例看到代产生配子的种类和比例。
综合大家的意见，经过再次思考，重新拟定了这节课的学习目标：（1）能够用自己的语言叙述孟德尔两对相对性状的杂交实验的方法和结果；（2）解释和分析自由组合的现象，以及自由组合现象的验证；（3）能正确书写遗传图解。
四、第二次上课
（一）温故知新
学生在学案上用遗传图解解释豌豆种子子叶的黄色与绿色相对性状实验（假定该相对性状由一对等位基因Y－y控制）。
（中，YY∶Yy∶yy=1∶2∶1，表现型∶黄色∶绿色=3∶1）
教师评价：（1）亲代的基因型和表现型正确；（2）遗传图解中的配子表示的是种类和比例的信息，删除棋盘外的Y和y及其两个斜向箭头；（3）缺乏的表现型。
教师板书孟德尔在研究分离定律时的科学方法：
提出问题：如果黄色与绿色、圆粒与皱粒一起研究，做黄圆、绿皱的杂交，后代会怎样？要求学生阅读教材第15页中的内容，回答学案中的四个问题：（1）孟德尔两对相对性状的杂交实验的主要过程是什么？（2）的表现型为______，由此说明两对相对性状中对______为显性，______对______为显性。（3）的表现型有哪些？（4）从中各种表现型的数量来分析，每对相对性状的遗传是否遵循分离定律？各种表现型的数量有什么规律？
生 用黄色圆粒与绿色皱粒杂交获得，然后自交获得了9∶3∶3∶1的。
生 黄色圆粒。
生 黄色圆粒、黄色皱粒、绿色圆粒、绿色皱粒四种。
生 因为中黄色∶绿色=12∶4，圆粒∶皱粒=12∶4，所以遵循分离定律。
关于数量的规律，学生在教师的启发下，得出不同性状之间的自由组合（见下图）。
（二）假说解释
教师在原板书上修订、补充假说：一对相对性状由一对等位基因控制，两对等位基因之间的基因关系叫非等位基因。在形成配子时，等位基因分离，非等位基因之间会自由组合。
学生活动：根据对自由组合现象的解释，在学案上写出两对相对性状的杂交实验的分析图解（分析图解同第一次课）。
生 回答双亲的基因型正确。
生 第一次把亲本产生的配子答成Y、R两种，后修改为YR、yr，的基因型为YyRr。
师 按照孟德尔的假说，（YyRr）会产生怎样的配子？
生 YR、Yr、yR、yr四种。
师 有同学答成Y、y、R、r四种配子。YY、yy、RR、rr四种配子为什么不对？
教师强调形成配子时等位基因分离、非等位基因自由组合，要求学生在完成学案中的遗传图解的基础上，再在学案中分析并完成下表。
（三）对自由组合现象的验证
教师在分析测交实验的过程中，引导学生认同：（1）从测交后代的表现型中就可知道产生的配子种类；（2）从测交后代表现型的比例中就可知道产生的配子种类的比例。
学生活动：试用遗传图解来表示测交过程。
基因型：YyRr∶Yyrr∶yyRr∶yyrr=1∶1∶1∶1
表现型：黄圆∶黄皱∶绿圆∶绿皱=1∶1∶1∶1
教师对该生的遗传图解的符号使用、配子生成、测交后代的比例等纠错如下：
（四）形成理论
教师小结课题：自由组合定律，实质是非等位基因自由组合。
五、第二次课后研讨
课后的研讨中，大家一致认为，在学习分离定律的基础上，两对相对性状的遗传实验是巩固和练习“假说—演绎法”的最好材料，按照科学方法的基本过程组织知识的教学，是一种很好的教学策略，是对“假说—演绎法”比较完美的诠释。具体来说，主要体现在：（1）本节课中使用“假说—演绎法”组织教学的策略，按照其要点间的固有逻辑展开教学，以方法与知识的发生过程为教学线索，一方面把学习的主动权还给学生，充分发挥了教师作为指导者、帮助者、组织者的作用；另一方面，较好地实现了知识与方法的融合。（2）本节课中设计了三个遗传图解，在规范正确书写遗传图解的基础上，引导学生以遗传图解这种生物学科特有的信息表达方式解释遗传问题，简洁明了。
针对课堂教学情况，提出建议：（1）孟德尔应用“假说—推理”解释环节是从假说出发，演绎推理得出推断，圆满解答问题的过程。设计测交实验，并不是直接验证假说本身，而是从假说演绎出的推断——产生的配子的种类和比例，对于这一点本节课中还显不足，尤其是（YyRr）产生了YR、Yr、yR、yr四种比例相同的配子由教师直接叙述出来，难度一下子降了很多，需进一步思考和设计学生活动来突破。（2）“假说—演绎法”属于科学思维训练的范畴，新课程强调以知识为载体，教会学生学习和思维，但本节课的设计导向还停留在教师如何选择教学策略来落实教材内容上，没有体现怎样教会学生学习、教会学生思考，还需进一步改进。
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