例谈高中生物学复习课中“假说－演绎”法的建模与应用

摘要：“假说演绎”法的应用是历年浙江高考的高频考点，科学思维是核心素养的考查要求。本文基于生物学情境设计教学内容，以“假说－演绎”法建模与应用为主线，引导学生在“提出问题－建立假设－演绎推理－实验验证－得出结论”的过程中，提高分析和解决问题的能力，发展生物学学科核心素养。

关键词：“假说演绎”法；科学思维；高中生物学

文章编号：1003-7586（2024）05-0048-04 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

1问题的提出

科学思维是一种通过系统、逻辑和实证方式来研究和理解世界的思考方法，是生物学科四大核心素养之一。《普通高中生物学课程标准（2017年舨2020年修订）》指出科学思维能力包括观察能力、演绎推理能力、假设检验能力、统计分析能力。“假说－演绎”法是生物学科学研究中利用生物学规律解决实际问题的重要工具，它肯定了理性与演绎在科学发现中的作用，确保了生命科学也具有自我修正的“假说－演绎”机制。

本文统计了“假说演绎”法在近五年浙江省生物高考中的考查频度（见表1），帮助学生更好地明确考点和侧重方向，提高备考效率。“假说演绎”法在科学史考查、基因位置的判断和实验设计等题型中高频出现，但有关遗传密码破译、体液调节的发现——促胰液素的发现等科学史内容的考查暂未涉及。

本文以不同生物学情境设计教学内容，从以下几个方面探究在高中生物学复习课教学中“假说演绎”法建模与应用的教学策略（见图1）。

2创设教学情境，感知“假说－演绎”法模型

教师在“关于酶发现历程的探索”教学时，结合实践活动，搜集相关资料，创设535fe167633cd1c2a0b9d57c53e3d0b6情境，让学生初步感知“假说演绎”法的模型。

教师提前20天左右组织学生利用校本课程活动时间开展自制葡萄酒实验，观察发酵现象并提出问题：为什么葡萄汁加酵母菌经过一段时间能发酵产生酒精？

学生猜想可能与酵母菌有关，并设计初步的实验验证方案（见表2）。

教师提供实验材料，组织学生分组进行验证实验，并对实验结果进行交流分析，得出酒精发酵与酵母菌有关的实验结论。实践活动后，学生已经初步体验了“假说演绎”法的各个环节（见图2）。

教师接着引导学生进一步思考：葡萄酒发酵过程中，酵母菌是如何起作用的？是活的酵母菌本身参与进来了，还是细胞里面的一些物质起作用了？

资料一 毕希纳（E.Buchner）发现用无细胞的酵母汁可以进行酒精发酵，且酒精发酵的酶在起催化作用时，需要离子和小分子辅助。

教师引导学生使用下列材料设计实验并根据问题完成验证。

实验材料：酵母汁、酵母菌、葡萄糖溶液、X溶液（含酵母汁中的各类离子、小分子）、D溶液（含酵母汁中的各类大分子）、无菌水。

教师根据上述资料设计以下问题。

问题一：怎样利用上述材料设计实验来验证科学家的结论？

问题二：不同组别分别做什么实验处理？

问题三：预期实验结果中哪些组别出现阳性能够验证结论？

教师引导学生以“结论”为“假说”，设计实验过程和预计实验结果为“演绎推理”，用逆推法完成“假说一演绎”法探究建模过程（见图3）。

设计意图：根据建构主义理论的学习方法，在一定的情境中利用“假说－演绎”法构建生物学知识的相关模型是一种有效的学习模式。通过创设学生熟悉的生物学情境来激发学习积极性，教师引导学生主动构建抽象的知识概念并组织开展生物学实验活动，让学生能够由浅人深地理解和应用生物学知识，增强动手实践能力，快速调动学生的思维和热情。

3依托活动论证，构建“假说－演绎”法模型

3.1基于科学史探究光反应中ATP的生成

教师提问：跳台上的运动员可将具有的重力势能转化成动能，光反应的产物ATP中的能量直接来自哪里？

资料二 进行光反应时，叶绿体类囊体腔内pH值≈4，叶绿体基质pH值≈8。

教师展示资料二并引导学生提出假说：ATP中的能量可能直接来自光能；ATP中的能量或许直接来自类囊体内外H+的浓度差形成的电化学势能。

结合先前所构建的“假说－演绎”法模型，教师引导学生应用“加法原则”和“减法原则”，精准找出两个假说之间的差异，快速抓住应该加减的自变量，设计出验证实验的思路，进行演绎推理。随后，教师展示贾格道夫（Jagendorf）等科学家的实验（见图4），学生观察实验现象分析得出结论，验证猜想。

设计意图：培养学生运用当前已有的生物学知识，大胆思考，深入探索，学会设计实验，动手重新构建ATP合成的模型，领悟光反应中ATP合成的生物学原理，完成科学思维提升，发展批判性思维、模型构建等素养能力。

3.2基于遗传设计题构建解题模型

例题 果蝇的有趣与无翅由一对等位基因（D、d）控制，翅形的长翅与残翅由另一对等位基因（Q、q）控制，两对基因均不住于Y染色体上。一只无翅雌果蝇与一只残翅雄果蝇交配，F1全为长翅，让F1雌雄果蝇随机交配到得F2，统计F2表现型及比例如下所示。

（1）控制有翅与无翅的基因在_____染色体上，以_________为显性性状。

（2）控制长翅与残翅的基因在_______染色体上，以_______为显性性状。

教师引导学生小组讨论并依据“假说演绎”法合作归纳解题模板。

设计意图：在高考复习中需要注重对知识的整合建模和在新情境中的灵活应用，将遗传基因定位等题型的解题方法归纳建模，便于学生形成整体化、结构化、系统化的思维逻辑关系，有利于相关方法技巧的储存和调取，从而快速突破高考高频考点和难点。

3.3迁移学习模型，应用“假说－演绎”法解决问题

教师引导学生使用模型解决如下例题。

例题 从一个自然果蝇种群中选取一些从未交配过的果蝇，翅形为长翅和残翅且数量相等，每种翅形果蝇雌雄各半。己知相对性状长翅和残翅由一对等位基因控制，均能正常存活。现采用两个组合：长翅雌蝇×残翅雄蝇、残翅雌蝇×长翅雄蝇，只做一代杂交试验，每个杂交组合均选用多对果蝇。尝试推测两个杂交组合中子代可能出现的性状，对以下两个问题做出相应的推断：哪一种翅形是显性性状？控制翅形的基因位于常染色体上还是X染色体上？

教师请学生针对解答过程中出现的问题进行分析：把“未交配过的”果蝇当作纯合子对待；视“多对果蝇”为一对果蝇；在设计实验过程中，缺少最后预测结论。

在此处，教师向学生介绍处女蝇在遗传学实验中的重要意义，处女蝇不等同于纯合子，且在多对果蝇杂交过程中会出现混交的情况，即母本是一个既有纯合子又有杂合子的显性群体。

在分析结束后评价提升，建构新的遗传“假说－演绎”法解题模型（见表3）。

对于这类题型，教师可以归纳出答题模型：利用题目给出的“演绎结果”反推“假说”（见图5）即分析实验结果结论。

设计意图：通过变式练习拓展应用等方法评价学生能否举一反三地迁移应用模型，可以反映出学生科IpB2WlIv1W5+941hrx+GnnknquG48aYo9jFLWJ/8zJg=学思维等核心素养的发展情况。同时，学生在运用的过程中会产生新的矛盾、问题和体验，从错处出发，启发深度思考，且生生互动活跃，此举效果显著。由此对先前所掌握的理论体系产生更加深刻的理解和创新，为后续学习提供源源不断的动力。

4教学反思

在课堂中落实“五构”教学，通过“初构－解构－重构－创构－架构”这五个教学环节，“假说－演绎”法模型建构的明线与学科核心素养发展的暗线相交融，同时在情境创设中落实社会责任的培养。在这种教学模式下，学生可以通过模型建构、科学推理、理性思考、实验验证、质疑创新等方式，将知识体系迁移至新情境下解决问题，发展归纳演绎、抽象概括、分析综合、批判性和创新性等科学思维。

将“假说－演绎”法应用于动植物实验设计题的教学中，在课堂上增加互动，给学生提问和表达的机会，让学生按照“假说－演绎”法的步骤，以科学家视角进行探索，学生经过自己的思考后，与小组同学沟通解决问题，发挥学生的主观能动性。

针对学生的迷思概念进行“演绎”，教师可以在教学过程中引导学生强化“提出假说”和“演绎推理”步骤，运用多种方式教学，给学生更多的时间进行思考和探讨。

笔者在实践教学过程中发现，有的小组组员科学思辨能力较强，任务完成度高，但个别小组存在任务阻滞现象，活动推进困难。这就要求教师在课前对学生的原有知识和水平有所了解，合理分组，确定适合每个小组的组织者、记录员、小结员、计时员等，确保小组内每一位同学都能充分参与，进而确保活动任务高效、顺利完成。

利用科学史再现科学实验情境，学生通过层层递进式的分析代人科学家的思维，运用“假说演绎”法尝试自主实验设计。教师要尽可能地开展实验教学，让学生将自己的实验设计动手实践落地，增强学生对探究实验的兴趣和热情，化抽象为具象，便于学生直观理解。运用“假说－演绎”法对生物学事实进行探究式教学，能够训练科学思维，进而发展学生的生物学核心素养。