巧用生物假設教學 提高科學探究能力

倪春洪

摘 要：假設是科學探究的重要前提，是科學探究的核心環(huán)節(jié)，能夠為探究者制訂探究計劃、設計實驗方案明確方向，為收集信息，分析、處理和解釋信息提供依據，并且對科學觀察和實驗具有指導作用。教師在生物教學中要靈活運用各種方法有意識地、有目的地去引導學生做出假設，培養(yǎng)與提高學生提出假設的能力，為學生以后的可持續(xù)發(fā)展以及提高學生的探究創(chuàng)新能力奠定堅實的基礎。

關鍵詞：生物教學；科學探究；假設

從科學的發(fā)展史看，假設貫穿于整個科學發(fā)展過程之中，幾乎所有的科學理論，在其探索和完全確立的過程中，都要先經過假設階段，通過科學假設而得到真理。它是科學探究的核心環(huán)節(jié)，能夠為探究者制訂探究計劃、設計實驗方案明確方向，為收集信息，分析、處理和解釋信息提供依據，并且對科學觀察和實驗具有指導作用，是探究獲得結論的重要前提。由此可見，在生物探究教學中，培養(yǎng)和加強學生做出假設的能力也就顯得尤為重要。

在科學探究中，我們把提出問題的答案或指出一個變量以某種方式影響另一個變量的原因稱為假設。當然在生物課堂上，假設主要就是學生綜合過去的觀察或經驗以及學生所理解的科學原理有邏輯地進行推理，提出與觀察結果相一致的解釋，就形成了科學探究的假設。

既然假設對于科學探究如此重要，那么我們在生物教學中，就必須采取一定的措施來加強學生做出科學合理的假設的能力。

一、明確科學假設的步驟

步驟1：根據解決問題的需要獲取必要的、適量的信息，這種信息可以是多方面的，如學生已有的或通過活動獲取的，經教師點撥讓學生自己呈現出來；可以由教師在課堂教學中提供，如語言描述、文字圖片資料，也可以是視頻資料、實物資料、演示實驗資料等等。

步驟2：根據獲取的信息，對信息中出現的問題、現象、疑惑做出合理的推測和解釋，并要求說明幾個要素（主要是實驗變量與反應變量）之間的關系。

步驟3：根據推測的結果，經過分析論證，通過一定的推理和判斷，去偽存真，再運用精準性的語言，進行歸納總結，最終做出合理的假設。

這三個步驟是一個典型的做出假設的過程。由此可以看出，做出假設的過程實際上是一個嚴密的邏輯推理的過程。它所包含的幾個步驟環(huán)環(huán)緊扣，前一個步驟是后一個步驟的基礎，后一個步驟又是以前一個步驟為起點的。

二、培養(yǎng)學生做出假設的策略

（一）通過直覺思維做出假設

直覺思維是指人腦不借助于邏輯推理而綜合運用已有知識、表象和經驗知覺，以高度省略、簡化、濃縮的方式洞察科學事物的本質，并迅速做出猜測、設想和突然頓悟的思維?？茖W上許多重大的突破，與直覺思維有密切的關系，而且直覺思維有利于確定科學問題解決的方向和途徑。直覺思維是中小學生思維的重要形式，這是由學生的思維發(fā)展水平決定的。例如在探究種子萌發(fā)需要的外界條件的活動中，學生會很快做出種子萌發(fā)的外界條件有水、空氣、溫度、土壤、光等的假設。在教學過程中，我們有一些教師對任何問題總是要求學生講清“為什么”，總是注重過程的嚴密和步驟的遞進，過分強調學生的思維分析，就會抑制學生的直覺思維的發(fā)展，從而阻礙他們的智力發(fā)展和直覺天賦的張揚，喪失了一種有效解決問題的途徑。例如在前例中有的學生做出種子萌發(fā)的外界條件有空氣的假設，你如果問他“為什么”，該學生由于知識經驗的限制，可能回答不出來。適當地問一問“為什么”是可以的，但不能對每一個假設都問“為什么”，時間長了，會對學生的心理造成壓力，學生生怕回答不了而不敢做出假設。

因此，在探究教學過程中，為了加強學生利用直覺思維進行猜想假設，我們應鼓勵學生大膽猜測，寬容學生即興回答，甚至要給予強化，防止好的假設稍縱即逝。

（二）通過觀察實驗做出假設

觀察和實驗是生物學的基礎，生物學中大多數科學理論的發(fā)現和建立離不開觀察和實驗，觀察和實驗也是學生學習、獲取知識最有效的途徑之一。學生在發(fā)現問題后，通過特定的觀察順序觀察研究對象，搜索各個方面的信息（比如生物的分類位置、生物的形態(tài)特征、生物生存的環(huán)境因素、生物與人類的關系等），然后通過對比、分析，再對問題進行嘗試性的回答。通常情況下，當因觀察而受到啟發(fā)時，人們往往會提出某種假設。例如在學習有關鯽魚知識一節(jié)中，學生對鯽魚的感性認識比較豐富，都見過、吃過，但平時不注意觀察，對魚沒有一個正確認識。于是筆者先讓學生觀看有關水中魚的生活的視頻（圖1為視頻截圖），在恰當時機提出相關問題：鯽魚的體色、體形怎樣？有什么作用？它的嘴一張一合在干什么？在喝水嗎？這樣下去會不會把它撐死？……這些問題能促使學生去想、去發(fā)現并急于解決，從而得出假設。

（三）利用類比推理做出假設[1]

類比是根據兩個（或兩類）對象之間在某些屬性上的相同或類似，類推出它們的其他屬性也可能相同或相似的一種邏輯方法。類比法是提出科學假設的重要途徑，許多科學概念、規(guī)律、理論的提出都借助于類比，科學上的很多重大發(fā)現、發(fā)明，往往源于類比假設，如DNA分子雙螺旋結構的發(fā)現，首先就是借助于類比法做出的假設。在生物教學中要引導學生通過類比，將不同知識聯(lián)系起來，從而加深對科學知識的理解，提高提出假設的能力。例如在探究學習植物的蒸騰作用時，可以先簡單地把蒸騰作用類比為水的蒸發(fā)現象（如圖2a），假設形成后，通過實驗探究得出植物中的水分以水蒸氣的形式通過葉的氣孔散失到空氣中，這就是植物的蒸騰作用（如圖2b）。

（四）構建生物模型做出假設

對實際問題進行研究往往很復雜，牽涉眾多的因素，為了便于分析和研究，科學上常采用一種“簡化”的方法，即對實際問題進行科學的抽象化處理，抓住其主要因素，忽略其次要因素，得出一種能反映問題本質特性的理想物質或假設結構，這種理想物質或假設結構就稱之為模型。

例如在探究生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性活動中，我們可以制作小生態(tài)瓶（如圖3a）這一模型來模擬自然界中的生態(tài)系統(tǒng)，然后根據模型啟發(fā)學生做出假設，如當我們改變小生態(tài)瓶中的水的多少、魚蝦數量的多少、水草的有無或多少、光的有無（如圖3b）時對小生態(tài)瓶中其他生物生存或數量有什么影響，這樣我們就達到建立假設進行探究之目的。

一個好的模型，可以簡化從已知事實預見新事實的過程，也就便于直觀、形象地提出假設。

三、明確形成科學假設的條件

假設本身并不能說明變量之間的關系，假設不能作為進行推理的依據，而必須經過實驗驗證，才能確定其真?zhèn)?。要做到假設能夠被檢驗，我們在平時的探究教學活動中，應讓學生懂得形成一個好的假設至少具備以下五個基本條件。

（一）假設要有科學性

盡管假設是一種有待驗證的猜測，但這并不意味著可以隨意進行。也就是說，假設要有一定的科學依據，建立在明確的概念、已有的科學理論和科學事實的基礎上，并且得到了一定的、初步的、尚未成熟的科學論證，與早先的、類似的正確結論是一致的，而不是毫無事實根據的推測和主觀臆斷。

（二）假設要具備實驗變量對反應變量的影響

假設應當表明兩個或多個變量之間的關系。在教學研究的過程中，變量之間的關系是十分復雜的，但作為一項探究，必須明確地表述所研究問題中的某些變量之間的關系，當然這種變量可以有不同的表述形式。

例如探究蚯蚓在什么物體表面爬得快的活動中，我們可以做出一個合理的假設是蚯蚓在表面粗糙的物體上比在表面光滑的物體上爬得快。其中，實驗變量就是物體表面粗糙程度，反應變量就是兩個物體表面上通過相等距離所用的時間多少。

（三）假設必須能夠被操作、被觀測

例如在探究酸雨對種子萌發(fā)的影響的活動中，不同pH的酸雨可用食用白醋配好的不同pH的溶液代替，對種子萌發(fā)情況的影響可以通過測定種子的發(fā)芽率來表示。

（四）能用語言文字確切地表達出來

一個問題的假設在心中形成后，需要向別人表明自己的觀點。因此假設必須要用語言文字清晰準確地表達出來，表述假設的語言應當清楚明白，不能含混不清、模棱兩可。這樣做既可使自己深思熟慮，表明對這個問題的認識是明確清楚的，也可便于別人理解思考自己所提出的假設，清楚地知道所研究問題的內容和性質，并對假設進行評價性的分析。

（五）假設所表明的內容應該是可以檢驗的[2]

提出問題做出假設是探究問題的開始，探究的最終目的是要按照這種假設進行實驗搜集材料，最后驗證假設是否成立。因此，對于一項探究活動中所做出的假設，應該具有可檢驗性。例如在探究生命起源的活動中，某學生做出的“有機小分子是由無機小分子轉變成的”的假設自己無法檢驗，現代科學研究者也必須借助模擬實驗才能做到。

在教學中，學生容易出現的問題有：做出毫無道理的假設，信口開河；提出的假設不能檢驗；假設提出的形式不恰當，不具備實驗變量對反應變量的影響。教師針對這些常見的問題，應加強學生在這方面的訓練，逐步提高學生提出假設的質量。

總之，引導學生做出合理的假設，從而提高學生的科學探究能力是生物教學改革的目標。教師在生物教學中要靈活運用各種方法有意識地、有目的地去引導學生做出假設，培養(yǎng)與提高學生提出假設的能力，為學生以后的可持續(xù)發(fā)展以及提高學生的探究創(chuàng)新能力奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]劉廣.談談猜想與假設[J]. 物理通報，2004（6）：12-14.

[2]李懷強.引導學生做好假設[J].生物學教學，2004，29（1）：6-8.