基于科學(xué)論證發(fā)展框架的教學(xué)設(shè)計(jì)*
——以“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（二）”教學(xué)為例

韓艷良 （四川省成都市郫都區(qū)第一中學(xué) 四川成都 611700）

科學(xué)論證是一種特殊的表達(dá)方式，是科學(xué)教育的本質(zhì)，它以科學(xué)思維為基礎(chǔ)，在證據(jù)與結(jié)論之間通過構(gòu)建合理的邏輯使結(jié)論被接受［1］?？梢姡茖W(xué)論證是重要的科學(xué)思維方式。如何在生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐中提升學(xué)生的科學(xué)論證能力，促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展是迫切需要研究和解決的問題。本文以“孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（二）”的教學(xué)為例，基于生物學(xué)科學(xué)論證發(fā)展框架，對(duì)教材“假說-演繹法”的教學(xué)邏輯進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，旨在為教師靈活處理教材和教學(xué)的關(guān)系提供參考，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力提供實(shí)踐案例。

1 基于假說-演繹法的教材教學(xué)邏輯及其不足之處

1.1 基于假說-演繹法的教材教學(xué)邏輯 教材按照科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程的順序和假說-演繹法的理論框架構(gòu)建邏輯體系（圖1），并按孟德爾的實(shí)驗(yàn)過程，由現(xiàn)象到實(shí)質(zhì)，層層深入地展開討論。在呈現(xiàn)方式上，強(qiáng)調(diào)科學(xué)史和假說-演繹法，讓學(xué)生猶如親歷科學(xué)家的探究過程，從歷史感和科學(xué)探究中獲取科學(xué)知識(shí)和對(duì)假說演繹法的領(lǐng)悟。

圖1 基于假說－演繹法的教材教學(xué)邏輯

1.2 教材教學(xué)邏輯的不足之處 教材的教學(xué)邏輯之美不再贅述，但也并非完美無缺。由于孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）和孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（二）的教材教學(xué)邏輯幾乎完全一致，教學(xué)時(shí)間上又緊緊相連。學(xué)生剛經(jīng)歷了分離定律的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，深刻感受了假說-演繹法的精妙，當(dāng)幾乎一樣的教學(xué)邏輯再次展現(xiàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)如下問題：①重復(fù)教學(xué)邏輯會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。②重復(fù)教學(xué)邏輯容易使學(xué)生產(chǎn)生思維惰性。③重復(fù)教學(xué)邏輯容易引起學(xué)生“輕視”學(xué)習(xí)過程，不利于知識(shí)與概念的構(gòu)建。④重復(fù)教學(xué)邏輯容易引起學(xué)生思維定式，不利于科學(xué)思維的訓(xùn)練和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2 基于生物學(xué)科學(xué)論證發(fā)展框架的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 生物學(xué)科學(xué)論證的發(fā)展框架 科學(xué)論證結(jié)構(gòu)包括觀點(diǎn)、推理、事實(shí)證據(jù)、理論依據(jù)和反駁。學(xué)生面對(duì)未知的生物學(xué)問題，基于證據(jù)和科學(xué)推理提出自己的觀點(diǎn)后，在已有的知識(shí)儲(chǔ)備基礎(chǔ)上，基于證據(jù)進(jìn)行科學(xué)的、實(shí)質(zhì)性的推理，是解決生物學(xué)問題的必備素養(yǎng)，利用反駁、論證等方式向他人主張自己觀點(diǎn)的合理性和科學(xué)性，是其科學(xué)思維水平的重要體現(xiàn)。筆者基于科學(xué)論證結(jié)構(gòu)，結(jié)合生物學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，構(gòu)建了生物學(xué)科學(xué)論證的發(fā)展框架（圖2）。

圖2 生物學(xué)科學(xué)論證的發(fā)展框架

2.2 孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（二）的教學(xué)設(shè)計(jì) 基于生物學(xué)科學(xué)論證的發(fā)展框架，避免與孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）教學(xué)邏輯的重復(fù)，對(duì)原有的教學(xué)邏輯進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹匦聵?gòu)建并形成新的教學(xué)設(shè)計(jì)，具體如圖3所示。教學(xué)實(shí)踐中，首先引導(dǎo)學(xué)生提出觀點(diǎn)、尋找事實(shí)證據(jù)1、進(jìn)行推理過程1、找出理論依據(jù)和進(jìn)行反駁后，再引導(dǎo)學(xué)生找出論證過程中的邏輯漏洞——將觀點(diǎn)作為理論依據(jù)進(jìn)行推理，然后通過小組討論尋找解決途徑——尋找更多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，再引導(dǎo)學(xué)生找出事實(shí)證據(jù)2 并自主構(gòu)建推理過程2，進(jìn)而證明觀點(diǎn)具有普遍性和科學(xué)性。最后引導(dǎo)學(xué)生比較科學(xué)論證結(jié)構(gòu)和假說-演繹法的優(yōu)、缺點(diǎn)，指出二者都不具有邏輯必然性的事實(shí)。

圖3 基于科學(xué)論證發(fā)展框架的教學(xué)設(shè)計(jì)

3 教學(xué)實(shí)踐過程簡述

3.1 復(fù)習(xí)分離定律，引導(dǎo)學(xué)生提出觀點(diǎn) 首先讓學(xué)生分別寫出并展示黃色豌豆（YY） 與綠色豌豆（yy）雜交和圓粒豌豆（RR）與皺粒豌豆（rr）雜交產(chǎn)生F1，F(xiàn)1自交產(chǎn)生F2的遺傳圖解。再引導(dǎo)學(xué)生回顧分離定律的主要內(nèi)容，然后追問:若用純種黃色圓粒豌豆與純種綠色皺粒豌豆作親本進(jìn)行雜交產(chǎn)生F1，并讓F1自交產(chǎn)生F2。在F1產(chǎn)生配子時(shí)，成對(duì)的遺傳因子（R和r）彼此分離，而不成對(duì)的遺傳因子（例如R和Y）會(huì)發(fā)生怎樣的行為？ 最后鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出觀點(diǎn)：在形成配子時(shí)，決定同一性狀的成對(duì)的遺傳因子彼此分離，決定不同性狀的遺傳因子自由組合。

3.2 討論分析2 對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)，初步論證觀點(diǎn)

3.2.1 事實(shí)證據(jù) 黃色圓粒豌豆和綠色皺粒豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖4）顯示，F(xiàn)2中出現(xiàn)了新的性狀組合——黃色皺粒和綠色圓粒，是不同的性狀間發(fā)生了自由組合的結(jié)果，是決定不同性狀的遺傳因子自由組合的有力證據(jù)。

圖4 2 對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)

3.2.2 推理過程 通過小組討論，運(yùn)用演繹推理，構(gòu)建連接事實(shí)證據(jù)和觀點(diǎn)的邏輯關(guān)系：F1在產(chǎn)生的雌配子和雄配子各有4 種：YR、Yr、yR、yr，它們之間的數(shù)量比為：1∶1∶1∶1。受精時(shí)，雌、雄配子隨機(jī)結(jié)合產(chǎn)生4 種表型：黃色圓粒、綠色圓粒、黃色皺粒、綠色皺粒，它們之間的數(shù)量比是：9∶3∶3∶1。具體推理過程如圖5所示。

圖5 2 對(duì)相對(duì)性狀雜交實(shí)驗(yàn)的分析圖解

3.2.3 理論依據(jù)：遺傳因子的分離定律和自由組合定律

3.2.4 反駁：不成對(duì)的遺傳因子是相互孤立的

3.3 尋找論證漏洞，培養(yǎng)科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性 此時(shí)，學(xué)生認(rèn)為成功論證了自己的觀點(diǎn)。教師適時(shí)提問：你的論證過程是否科學(xué)?被論證的觀點(diǎn)是否一定正確？通過小組討論，學(xué)生發(fā)現(xiàn)運(yùn)用被論證觀點(diǎn)作為論證的主要理論依據(jù)是不科學(xué)的，邏輯上不嚴(yán)謹(jǐn)，不能證明觀點(diǎn)具有普遍性，所以，需要有更多的事實(shí)證據(jù)進(jìn)行論證。

3.4 獨(dú)立分析2 對(duì)相對(duì)性狀的測交實(shí)驗(yàn)，再次論證觀點(diǎn)

3.4.1 事實(shí)證據(jù) 學(xué)生很快找到了事實(shí)依據(jù)：孟德爾對(duì)F1的黃色圓粒豌豆進(jìn)行測交實(shí)驗(yàn)（圖6），F(xiàn)2中同樣出現(xiàn)了黃色皺粒和綠色圓粒，再次說明不同的性狀間發(fā)生了自由自合。

圖6 2 對(duì)相對(duì)性狀的測交實(shí)驗(yàn)

3.4.2 推理過程 引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，自主構(gòu)建推理過程（圖7）。

圖7 2 對(duì)相對(duì)性狀測交實(shí)驗(yàn)的分析圖解

最后，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出以被論證的觀點(diǎn)作為理論依據(jù)的一部分進(jìn)行邏輯推理是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，不具有邏輯的必然性，需要在今后的學(xué)習(xí)中尋找更多的事實(shí)證據(jù)予以證明。教師還指出：自由組合定律的發(fā)現(xiàn)并不是科學(xué)論證的結(jié)果，而是運(yùn)用了假說-演繹法，假說-演繹法也不具有邏輯的必然性。

4 體會(huì)

假說-演繹法，基于假說進(jìn)行演繹推理，通過實(shí)驗(yàn)獲得事實(shí)證據(jù)予以證明；而科學(xué)論證，基于觀點(diǎn)尋找事實(shí)證據(jù)（可通過實(shí)驗(yàn)獲得），通過邏輯推理構(gòu)建觀點(diǎn)與事實(shí)證據(jù)之間的合理邏輯，從而使觀點(diǎn)被接受。若前者是“順序”，則后者為“倒敘”，前者先推理后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證更符合科學(xué)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，后者先尋找證據(jù)后邏輯推理更符合科學(xué)論證的規(guī)律，更利于批判思維的培養(yǎng)?；诩僬f-演繹法“順序”學(xué)習(xí)孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）后，嘗試基于科學(xué)論證“倒敘”學(xué)習(xí)孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（二），豐富了教學(xué)形式，提升了學(xué)習(xí)熱情，讓假說－演繹法和科學(xué)論證這2 種科學(xué)思維方法都得到充分的訓(xùn)練，有利于批判思維和創(chuàng)造思維的培養(yǎng)，有利于生物學(xué)核心素養(yǎng)的落實(shí)。