基于高階思維的高中生物課堂教學(xué)

陳明山 胡海麗

摘要：以摩爾根的果蠅雜交實驗為例，介紹如何運用“假說一演繹法”引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出問題、做出假設(shè)進行探究并解決問題，以達到培養(yǎng)學(xué)生高階思維的目的。

關(guān)鍵詞：高階思維;假說-演繹法;生物學(xué)學(xué)科;核心素養(yǎng);課堂教學(xué)

中圖分類號：G633.91 文獻標(biāo)志碼：B

1問題的提出

美國教育家布盧姆將思維過程劃分為6個目標(biāo)：記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造。記憶、理解和應(yīng)用被稱為低階思維，分析、評價和創(chuàng)造被稱為高階思維。高階思維是指發(fā)生在較高認知水平層次上的心智活動或較高層次的認知能力。

近些年來，高考試題正在逐步實現(xiàn)從認知立意到能力立意再到素養(yǎng)立意的轉(zhuǎn)變，從低階思維向高階思維的轉(zhuǎn)變。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）指出生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。科學(xué)思維是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。科學(xué)思維包括歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等。下面以人教版《必修2·基因在染色體上》（節(jié)選）為例，闡述如何運用“假說-演繹法”來開展探究活動，達到培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的目的。

2基于“假說-演繹法”的教學(xué)過程設(shè)計

2.1“假說一演繹法”

“假說一演繹法”是指在觀察和分析基礎(chǔ)上提出問題以后，通過推理和想像提出解釋問題的假說，根據(jù)假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結(jié)論。如果實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)論相符，就證明假說是正確的，反之，則說明假說是錯誤的。該法是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的一種科學(xué)方法，整個過程科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，如圖1所示。

2.2教學(xué)過程展示（只展示“假說-演繹法”部分）

2.2.1步驟1：教師引導(dǎo)學(xué)生觀察分析實驗現(xiàn)象，提出問題

教師先展示摩爾根的果蠅雜交實驗：摩爾根讓偶然出現(xiàn)白眼的雄果蠅和紅眼的雌果蠅進行雜交，再讓F1雌雄果蠅隨機自由交配。實驗結(jié)果：F1果蠅無論雌雄都是紅眼，F(xiàn)2果蠅中紅眼和白眼之間的數(shù)量比約為3：1。之后，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生思考：①這樣的遺傳表現(xiàn)是否符合分離定律？如果符合表明了什么？（符合，表明果蠅的紅眼和白眼是受一對等位基因控制的）②白眼性狀的表現(xiàn)為什么總是與性別相聯(lián)系。這跟白眼基因的位置有沒有關(guān)系？如何解釋這一現(xiàn)象呢？（白眼基因可能位于性染色體上）

2.2.2步驟2：教師引導(dǎo)學(xué)生通過推理分析，提出解釋問題的假說

教師要求學(xué)生閱讀教科書，并啟發(fā)學(xué)生推理：教材中提供了摩爾根及其同事的設(shè)想“控制白眼的基因在x染色體上，而Y染色體不含有它的等位基因”。那么，根據(jù)該實驗結(jié)果推理，白眼基因的位置是不是只有這一種可能？接著，引導(dǎo)學(xué)生分析：“從摩爾根的果蠅雜交實驗結(jié)果可知，果蠅眼色的遺傳與性別相關(guān)聯(lián)，說明控制果蠅白眼的基因位于性染色體上，并不能說明只在x染色體上。”教師通過引導(dǎo)學(xué)生觀察果蠅染色體圖解，比較x染色體和Y染色體的差別，進一步引導(dǎo)學(xué)生推理分析控制白眼基因可能的位置。學(xué)生從而提出基因位置關(guān)系的三種假說。假說1：控制白眼的基因在Y染色體上，而x染色體不含有它的等位基因。假說2：控制白眼的基因在x染色體上，而Y染色體不含有它的等位基因。假說3：控制白眼的基因在x染色體上，而Y染色體含有它的等位基因。然后。學(xué)生分小組分別嘗試用3種假說解釋實驗現(xiàn)象（圖2）。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析：從遺傳圖解可以判斷出假說1無法解釋實驗現(xiàn)象，所以假說1不正確;假說2和假說3都符合摩爾根的果蠅雜交實驗結(jié)果，但兩種假說是對立的，只有一種是正確的，那么哪種是正確的？如何設(shè)計來實驗證明？

2.2.3步驟3：根據(jù)假說進行演繹推理

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧：在學(xué)習(xí)孟德爾豌豆雜交實驗時，如何對孟德爾的假說進行驗證，強調(diào)“一個正確的假說不僅要能解釋已有的實驗現(xiàn)象還要能夠預(yù)測新實驗的結(jié)果”，可以通過測交的方法來進行驗證。測交是選擇F1與隱性個體進行交配的一種雜交方式。教材只說了一句“后來他們又通過測交等方法，進一步驗證了這些解釋”。

教師引導(dǎo)學(xué)生演繹推理：如何設(shè)計測交實驗進行驗證呢？引導(dǎo)學(xué)生觀察已有的果蠅性狀，學(xué)生發(fā)現(xiàn)只有雄果蠅才具有白眼這一隱性性狀，因此在選擇測交親本時，只能選擇F1中的紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅進行交配（圖3）。

教師啟引導(dǎo)學(xué)生分析：那么這種交配方式能否達到檢驗的目的呢？從圖3演繹推理的結(jié)果發(fā)現(xiàn)假說2與假說3的結(jié)果一致，也就是無法證明假說2還是假說3正確，此時又陷入了僵局，還能采取什么辦法證明哪種假說是正確的呢？

教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生觀察思考：雖然上述交配方式不能解決問題，但通過以上實驗獲得了一種新的具有隱性性狀的個體——白眼雌果蠅！可否利用這只白眼雌果蠅設(shè)計一個新的測交實驗來驗證呢？

學(xué)生再一次進行演繹推理：選擇什么類型的紅眼雄果蠅來進行交配？F1中的紅眼雄果蠅是否可行？學(xué)生討論后會發(fā)現(xiàn)F1中的紅眼雄果蠅基因型為X^wY（假說2）或者X^wY^w（假說3），Y染色體上無該基因或者該基因為隱性結(jié)果都不會有差別，因此不可選。回歸本質(zhì)問題，假說2與假說3的區(qū)別在于Y染色體上是否存在等位基因，所以在選擇紅眼雄果蠅時應(yīng)該選擇野生型的紅眼雄果蠅：x⁺Y（假說2）或X⁺Y⁺（假說3）與白眼雌果蠅進行交配（圖4）。

2.2.4步驟4：通過實驗檢驗演繹推理的結(jié)論

從圖4果蠅測交實驗遺傳圖解示意發(fā)現(xiàn)假說2與假說3的結(jié)果不一致，所以接著就可以通過實驗來檢驗?zāi)姆N假說是正確的。雖然教材只說了一句“后來他們又通過測交等方法，進一步驗證了這些解釋”，教師補充“當(dāng)時摩爾根他們是這樣做的：讓白眼雌果蠅與紅眼雄果蠅交配時，發(fā)現(xiàn)子代中雌果蠅都是紅眼，雄果蠅都是白眼”。學(xué)生觀察到摩爾根他們的實驗結(jié)果與假說2的預(yù)期結(jié)果相符合，與假說3的不相符合，所以只有假說2是正確的。

2.2.5步驟5：回顧“假說一演繹法”的流程，得出結(jié)論

教師引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：果蠅體內(nèi)控制紅眼和白眼的基因位于x染色體上，而Y染色體不含有它的等位基因。

3反思

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出科學(xué)探究是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及對結(jié)果的交流與探討的能力。這既是高考考查的重點，也是高階思維的重要體現(xiàn)。教材運用“假說一演繹法”來介紹摩爾根的果蠅雜交實驗，對發(fā)現(xiàn)問題、作出假設(shè)和得出結(jié)論都作了比較詳細的介紹，而對演繹推理和測交驗證只是簡單帶過，省略的演繹推理的過程卻是“假說一演繹法”的關(guān)鍵步驟。教師在教學(xué)實踐中把這一結(jié)論式的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴浇虒W(xué)，不但有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，更有利于提高學(xué)生的高階思維能力。

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力既是新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，也是進一步深化教育改革，培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代化社會發(fā)展人才的需求。學(xué)生思維鍛煉的主要途徑在課堂，因此在日常教學(xué)中，訓(xùn)練學(xué)生的高階思維能力顯得至關(guān)重要。發(fā)展學(xué)生分析、評價和創(chuàng)造的思維能力，需要教師進行精心的教學(xué)設(shè)計，設(shè)置合理的、逐步推進的問題來引導(dǎo)學(xué)生分析推理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。本節(jié)課的教學(xué)依托教材，又不局限于教材，運用“假說一演繹法”，通過創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生從自主發(fā)現(xiàn)問題到探究解決問題的方案，從被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，既培養(yǎng)學(xué)生分析、評價以及協(xié)作探究的能力，又訓(xùn)練學(xué)生的高階思維。