基于高階思維的高中生物課堂教學

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”引導學生發(fā)現并提出問題、做出假設進行探究并解決問題，以達到培養(yǎng)學生高階思維的目的。

關鍵詞：高階思維;假說-演繹法;生物學學科;核心素養(yǎng);課堂教學

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：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：記憶、理解、應用、分析、評價和創(chuàng)造。記憶、理解和應用被稱為低階思維，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從認知立意到能力立意再到素養(yǎng)立意的轉變，從低階思維向高階思維的轉變。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）指出生物學學科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任?？茖W思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。科學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)學生高階思維能力的目的。

2基于“假說-演繹法”的教學過程設計

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，根據假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結論。如果實驗結果與預期結論相符，就證明假說是正確的，反之，則說明假說是錯誤的。該法是現代科學研究中常用的一種科學方法，整個過程科學嚴謹，如圖1所示。

2.2教學過程展示（只展示“假說-演繹法”部分）

2.2.1步驟1：教師引導學生觀察分析實驗現象，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。實驗結果：F1果蠅無論雌雄都是紅眼，F2果蠅中紅眼和白眼之間的數量比約為3：1。之后，引導啟發(fā)學生思考：①這樣的遺傳表現是否符合分離定律？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系？如何解釋這一現象呢？（白眼基因可能位于性染色體上）

2.2.2步驟2：教師引導學生通過推理分析，提出解釋問題的假說

教師要求學生閱讀教科書，并啟發(fā)學生推理：教材中提供了摩爾根及其同事的設想“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，根據該實驗結果推理，白眼基因的位置是不是只有這一種可能？接著，引導學生分析：“從摩爾根的果蠅雜交實驗結果可知，果蠅眼色的遺傳與性別相關聯(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?！苯處熗ㄟ^引導學生觀察果蠅染色體圖解，比較x染色體和Y染色體的差別，進一步引導學生推理分析控制白眼基因可能的位置。學生從而提出基因位置關系的三種假說。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。學生分小組分別嘗試用3種假說解釋實驗現象（圖2）。

教師引導學生分析：從遺傳圖解可以判斷出假說1無法解釋實驗現象，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？如何設計來實驗證明？

2.2.3步驟3：根據假說進行演繹推理

教師引導學生回顧：在學習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“一個正確的假說不僅要能解釋已有的實驗現象還要能夠預測新實驗的結果”，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”。

教師引導學生演繹推理：如何設計測交實驗進行驗證呢？引導學生觀察已有的果蠅性狀，學生發(fā)現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）。

教師啟引導學生分析：那么這種交配方式能否達到檢驗的目的呢？從圖3演繹推理的結果發(fā)現假說2與假說3的結果一致，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)引導學生觀察思考：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計一個新的測交實驗來驗證呢？

學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？學生討論后會發(fā)現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果都不會有差別，因此不可選?；貧w本質問題，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論

從圖4果蠅測交實驗遺傳圖解示意發(fā)現假說2與假說3的結果不一致，所以接著就可以通過實驗來檢驗哪種假說是正確的。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)現子代中雌果蠅都是紅眼，雄果蠅都是白眼”。學生觀察到摩爾根他們的實驗結果與假說2的預期結果相符合，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，得出結論

教師引導學生得出結論：果蠅體內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

《課程標準》中指出科學探究是指能夠發(fā)現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結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。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)現問題、作出假設和得出結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”的關鍵步驟。教師在教學實踐中把這一結論式的教學轉變?yōu)樘骄渴浇虒W，不但有利于培養(yǎng)學生科學探究能力，更有利于提高學生的高階思維能力。

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