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【转载】“假说—演绎法”在高中生物新课程教学中运用的探究(转)  

2013-02-26 21:11:02|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 要:伴随着世界科学技术的的快速发展,新一轮的基础教育课程改革已在各个学科中全面开花。这就要求在教育第一阵线上的广大教师要顺应时代的步伐,审时度势,不断更新教学观念,合理选择教学策略和教学方式,对于落实高中生物新课程标准倡导的“提高每个高中学生的生物科学素养” 的课程理念是至关重要的。因此,本文在查阅大量文献资料的基础上,以“假说—演绎法”为立意核心,简要阐述了“假说—演绎法”的含义、《遗传与进化》模块中适用“假说—演绎法”教学的素材、典型案例分析及教学建议、试题运用等方面进行了论述。 

关键词高中生物新课程; 假说一演绎法;案例分析;运用养成。

《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”。这里提到的“假说演绎”不经意间是很容易被人们忽视的。因为“假说——演绎法”在我国以前的中学生物学教学中没有明确要求,许多教师不仅对假说演绎的内涵感到陌生,而且对其教学的落实更加困惑;因而在新课程的高中生物学教学中出现忽略“假说一演绎法”的教学或者教学不到位的现象。事实上,“假说一演绎法”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。

一、“假说—演绎法”的教学思维是提高学生生物科学素养的重要手段。

科学假说是人们以一定的经验材料和已知的科学事实为依据,以已有的科学理论和技术方法为指导,对未知的自然事物或现象产生的原因和运动规律及其未知事物的存在或尚待发现的预期事物的形象等所做出的推测性解释(或猜测、猜想)“假说—演绎法”在高中生物新课程教学中运用的探究(转) - 生物清风岭 - 生物清风岭

“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;学完课程以后,别的都可以忘记,这些方法会存留下来,这就是真正的素养和能力。考纲也明确要求:能运用“假说—演绎法”等科学探究的方法解决基本的生物学现象。

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来;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右图。

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“假说一演绎法”。在孟德尔证明遗传因子的分离规律时,他以“假说”作为理论依据,推导出可出现的具体事例(测交后代会出现11),并以实验去验证,这一发现过程就是“假说一演绎法”基本思路的完整体现。所以有关这一节内容是高中生物新课程教学渗透“假说一演绎法”教学的难得的好素材,特别是在促进学生感悟创新科学研究方法及探究生物科学的能力培养上,有着不可替代的作用。

二、运用“假设—演绎法”进行新课程教学的案例分析,旨在引领学生生成“假说-演绎法”的科学思维方式

素材1:孟德尔“一对相对性状的实验”中“假设——演绎法”的实施及探究。 案例如下:

“假说—演绎法”在高中生物新课程教学中运用的探究(转) - 生物清风岭 - 生物清风岭

尤其值得说明的是:本案例的教学难点在于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,观察、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:⑴F1究竟是不是杂合子(Dd)?⑵如果是杂合子,生成配子时具有对性关系的遗传因子果真分离吗?……

2.教学中要注意引领学生自我生成“假说——演绎法”的科学思维方式。

首先,“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。科学是经得起检验的,在质疑中,科学将越来越成熟。同样,在学生质疑中,将增强学生对科学的认同感。对于学习中有不同看法的学生,要鼓励他们发言,发表不同观点。对于有意义的问题,加强讨论、交流,培养学生学会倾听的好习惯是十分有益的。一旦讨论开始,讨论者会逐渐意识到,权威、迷信、书本、感情、传统等等左右人看法的因素,在讨论场上都显得无能为力。唯一的仲裁者是理性,即事实和逻辑。

在本课学习中,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。

其次,活跃的思维是课堂教学成功的保证。在重现孟德尔实验和思维方法的过程中,不仅有分析、推理、归纳、演绎,还有设计和想象等思维活动。教师要有足够的耐心,精心设计问题和提出问题或由学生提出问题,引领学生主动思维和分析。鉴于此,给学生足够的时间进行思考和讨论是非常重要的。比如:

为什么子一代都是高茎的?难道矮茎性状消失了吗?为什么F2代中又出现了矮茎呢?F2代出现3:1的性状分离比是偶然的吗?另外,还可以依据学生理解能力的实际情况,设计更深一步的问题:为什么孟德尔不是用F1代自交来证明其假说,而是将F1代与矮茎进行测交呢?……

再次,以“假设—演绎法”的思维模式为教材标题立意副标题,对学生能够科学领悟“假说—演绎法”的精髓也起到了画龙点睛的作用。如为教科书中标题起的副标题如下:

               书中标题                    相应副标题

一对相对性状的实验          观察实验,发现问题

对分离现象的解释            分析问题,提出假说

对分离现象的验证            演绎推理,实验验证

分离定律                    得到证实,假说成立

3.可以采用“假设—演绎法”教学的其它内容的案例及简要说明。

素材 2 :如果孟德尔假设的遗传因子,即基因确实存在,那么,它到底在哪里呢?1903年,美国遗传学家萨顿发现,孟德尔假设的一对遗传因子即等位基因的分离,与减数分裂中同源染色体的分离非常相似。萨顿根据基因和染色体行为之间明显的平行关系,提出假说:基因是由染色体携带着从亲代传递给子代的,也就是说,基因位于染色体上。美国遗传学家摩尔根曾经明确表示过不相信孟德尔的遗传理论,也怀疑萨顿的假说,后来他做了大量的果蝇杂交实验,用实验把一个特定的基因和一条特定的染色体— X染色体联系起来,从而证实了萨顿的假说。由此可以看出,对基因与染色体的关系的探究历程,也是假说一演绎的过程。

素材3 DNA分子结构和复制方式的提出与证实,以及整个中心法则的提出与证实,都是“假说一演绎法”的案例。以DNA分子的复制方式的阐明为例。美国生物学家沃森和英国物理学家克里克在发表DNA分子双螺旋结构的那篇著名的论文的最后写道:“在提出碱基特异性配对的看法后,我们立即又提出了遗传物质进行复制的一种可能机理。”他们紧接着发表了第2篇论文,提出了遗传物质自我复制的假说:DNA分子复制时,双螺旋解开,解开的两条单链分别作为模板,根据碱基互补配对原则形成新链,因而每个新的DNA分子中都保留了原来DNA分子的一条链。这种复制方式被称为半保留复制。1958年,科学家以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记法设计了巧妙的实验,实验结果与根据假说一演绎推导的预期现象一致,证实了DNA的确是以半保留方式复制的。

三、“假设—演绎法”在破解经典遗传探究题中的科学运用。

遗传探究题题目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。

例如:(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。

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。

参考文献

 [1]普通高中课程标准实验教科书生物必修2  人民教育出版社,2007

[2]赵占良  人教版高中生物课标教材中的科学方法体系  中学生物学,2007(3)

[3]薛静尧  如何帮助学生领悟“假说—演绎法”  课程·教材·教法,2008(8)

[4]“假设—演绎推理”及其在生物教学中的应用   中学生物教学  2008(6)

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