用“假说――演绎”进行科学探究 孟德尔假说演绎

　　新课程标准明确要求学生在科学探究性学习中要领悟“假说――演绎”等研究方法，教材也多处让学生沿着科学发现过程，应用“假说――演绎”的实验方法尝试对实验现象进行推理和论证，得出相应的结论。因此，在课堂教学中有必要安排学生尝试应用“假说――演绎”的实验方法来学习相关知识。本文就课堂教学中如何让学生应用“假说――演绎”进行科学探究谈几点体会。
　　一、体验科学探究过程
　　“假说――演绎”的基本过程包括：提出问题→提出假说→演绎推理→实验检验。问题要在观察和分析的基础上提出，再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，最后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，则说明假说是错误的。
　　例如，在学习孟德尔“一对相对性状的杂交实验”时，教师可以先让学生盖上课本，通过观察多媒体展示的孟德尔豌豆杂交实验，学会简述实验现象，并对实验结果进行分析，尝试提出问题、提出假说、进行演绎推理。根据教师的要求，学生尝试应用“假说――演绎”的科学方法对孟德尔的遗传实验进行如下科学探究，在科学探究中逐步解决教学难点。
　　1．实验数据的分析和处理
　　教师展示孟德尔的豌豆杂交实验，不管正交还是反交，子一代都为高茎，子二代收获1064株高茎和矮茎植株。根据实验现象，学生能够归纳出：“子一代都是显性性状（高茎），子二代出现性状分离（高茎、矮茎）”。有的学生也提出：“为什么子一代都是显性性状，子二代又出现性状分离呢？”，“这里面蕴涵着什么规律呢？”。学生按照常规的研究方法无法解决这些问题，当学生陷入迷茫时，教师提醒学生研究孟德尔的杂交实验，不能只停留在对实验现象的观察与描述上，应该对实验数据进行处理。在教师的引导下，沉寂的教室又活跃起来，有的学生试探性的问：“1064株植株中高茎和矮茎各有几株？”，教师适时地将787株高茎，277株矮茎的数据展示给学生。学生用数学方法对子二代高茎、矮茎豌豆进行比较，结果发现高茎是矮茎的2.84倍，由于两者没有体现出整倍关系，因此学生没有太在意。教师将孟德尔对豌豆的其他6相对性状杂交实验的结果和数据展示给学生，学生对数据处理后发现子二代豌豆的显性性状均约为隐性性状的3倍，即子二代出现的性状分离比约为3：1，“出现这种现象是偶然的吗？”学生有进一步探究遗传规律的冲动。
　　2．尝试提出假说
　　学生在教师的帮助下，学会应用统计的方法处理实验数据，提出较为合理的问题，接着学生要尝试提出假说来解释提出的问题。
　　学生提出的假说很多，其中具有代表性的是：“生物的性状是由基因决定的，显性基因控制显性性状（用大写字母D表示），隐性基因控制隐性性状（用小写字d母表示）”。当学生用自己所作的假说来解释孟德尔豌豆杂交实验时，面临新的难题，即高茎和矮茎的豌豆怎么结合才能形成子一代豌豆呢？教师给予必要的提示，首先豌豆会形成生殖细胞（雌配子、雄配子），其次雌雄配子要经过受精作用才能产生下一代。根据这些提示，学生重新用图解对实验进行推导，学生发现亲代高茎（D）、矮茎（d）与子一代（Dd）的基因型不一致，前者是单个字母，后者是成对的。此时学生提出新的问题：①豌豆体细胞中的基因是单个存在呢？还是成对存在？②子一代豌豆产生生殖细胞时，成对基因的行为怎样？前面提出的假说无法解释这两个问题，学生明确要解决这个难题，必须增设假说。经过不懈的努力，学生增设“豌豆体细胞中的基因成对存在，在形成生殖细胞时成对的基因彼此分离，分别进入不同配子中，在受精时雌雄配子随机结合”。这样，学生提出的假说就能够很好地解释孟德尔的豌豆杂交实验。
　　3．演绎推理
　　由于提出的假说能够圆满地解释已观测到的豌豆杂交实验，学生兴奋异常，他们认为提出的假说是正确的，开始尝试归纳遗传规律。
　　这时教师有必要参与学生的讨论，给予学生肯定的同时提出：“提出的假说除了能解释已有的实验，还能解释同类的其它实验吗？如果能，才说明提出的假说具有普遍性”。学生进入新一轮探究，创设新的杂交组合，并尝试用提出的假说进行预测推理。经过讨论，学生认为用子一代高茎（Dd）与矮茎（dd）杂交最简便，这个实验的预测结果与教师展示孟德尔的测交实验结果相吻合。
　　学生沿着科学探究的过程，尝试应用“假说――演绎”的科学研究方法解决一个又一个的难题，不仅体验科学探究获得成功的快乐，而且也深刻领悟了科学探究的艰辛，逐步树立科学探究精神。
　　二、训练学生逻辑推理能力
　　用“假说――演绎”的方法进行科学研究，有助于训练学生的逻辑思维。
　　例如，学习“基因位于染色体上”的知识，学生通过观察教师展示摩尔根的“红眼（雌）�白眼（雄）”果蝇杂交实验，以及性染色体（如X、Y）的知识，能初步判定控制红眼、白眼的基因与性别有关，并提出“果蝇控制眼色的基因为什么与眼色有关呢？”的问题。学生按照自身的知识经验，提出“控制红眼（用A字母表示）、白眼（用a字母表示）的基因位于性染色体（X、Y）上”的假说，那么亲代果蝇的基因型为红眼雌果蝇（XAXA）白眼雄果蝇（XaYa），子一代全为红眼果蝇（XAXa、XAYa），子二代3/4红眼雌果蝇和雄果蝇（XAXA、XAXa、XAYa）、1/4白眼雄果蝇（XaYa），很好地解释观察到的遗传现象。接着学生用自己提出的假说对测交实验进行演绎推理，不管选用子一代红眼雌果蝇（XAXa）与白眼雄果蝇（XaYa）交配，还是用子一代红眼雄果蝇（XAYa）白眼雌果蝇（XaXa）交配，其预测结果均与教师展示的摩尔根的果蝇测交实验结果相符。学生提出的假说和实验预测完全出乎教师的预料，但学生的假说合情合理，演绎推理也很严密，身为教师看到学生有这样的思维感到很欣慰。
　　最后，教师展示摩尔根的关键实验：“白眼雌果蝇与野生型红眼雄果蝇交配，子一代雌果蝇全为红眼果蝇，雄果蝇全为白眼。”学生尝试用自己提出的假说进行推导，白眼雌果蝇（XaXa）与野生型红眼雄果蝇（XAYA）交配，子一代全为红眼。学生发现提出的假说无法解释摩尔根的所有实验，说明自己提出的假说不具有普遍性，要进行修正。这样，整堂课以“假说――演绎”的方式进行教学，很好地训练了学生的逻辑推理能力。
　　三、让学生主动生成知识
　　教师以“假说――演绎”的基本过程来组织教学，学生能够按照科学探究的过程进行逻辑推理和科学论证，进而领悟“假说――演绎”的科学方法，在不断尝试提出假说和演绎推理的过程中，逐渐找到事物的本质，形成相应的知识体系，改变以往纯粹识记课本的学习方式。
　　例如，学习“赤霉素的发现”知识时，教师有意安排学生用“假说――演绎”的方法完成本节知识的学习。根据教师展示的实验现象，学生很顺利地提出问题，提出假说和完成演绎推理过程。有一个学生的演绎推理是这样：“将健康的水稻幼苗平均A、B两组，A组喷施培养过赤霉菌的培养基滤液，B组喷施等量的清水，培养一段时间后，A组幼苗会出现疯长，B组幼苗正常生长”。教师让学生思考：①有没有必要设置对照实验？②设置对照组的目的是什么？学生很快弄明白设置对照组的目的是排除培养基对幼苗的作用，那么对照组应该喷施等量的未培养过赤霉菌的培养液，不能用清水。这样学生始终是知识生成的主体，教师只起着适当的指导作用，不管能力高低，每个学生都可以参与知识的生成过程，不再是被动的接受者，大大提高学生的求知欲望。
　　新课程按照科学发现的过程让学生尝试提出假说，并进行演绎推理，对于学生养成良好的科学态度和科学精神至关重要。学生学习了孟德尔的遗传定律后，深刻领会了孟德尔超乎常人的思维方式和独到的实验数据处理方法。他们深深地感觉到能提出孟德尔假说中的一项，都是伟大的，孟德尔能取得如此巨大的成就，是通过8年锲而不舍的追求换来的。当自己的伟大发现公布于众，没有受到世人的推崇时，他依然潜心钻研遗传学，这就是从事科学研究所必须具备的科学态度和精神。摩尔根用科学说话，勇于自我否定的精神，也激励着学生敢于正视自己的错误。
　　（责任编辑：陈欣）