高中生物學(xué)科學(xué)方法顯性化教學(xué)路徑研究——以“假說－演繹法”為例

吳久宏 梁 茜

（江蘇省溧水高級中學(xué) 江蘇南京 211200）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）“課程性質(zhì)”中有具體的描述：“生物學(xué)不僅是一個結(jié)論豐富的知識體系，也包括了人類認(rèn)識自然現(xiàn)象和規(guī)律的一些特有思維方式和探究過程?！逼渲?，“思維方式”和“探究過程”就屬于科學(xué)方法教學(xué)的范疇。當(dāng)下的課堂教學(xué)中，很多教師已經(jīng)從關(guān)注教轉(zhuǎn)向?qū)W生的學(xué)，更多關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)歷和課程履歷的立體體驗。但是，關(guān)于科學(xué)方法的教學(xué)，在絕大多數(shù)教師的課堂中還是處在隱性的“滲透”，向顯性化的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變，顯得尤為重要和必要。下面以“假說－演繹法”為例，說明科學(xué)方法顯性化教學(xué)的重要性及實施的基本路徑。

1 科學(xué)方法的內(nèi)涵

所謂科學(xué)方法是人們在認(rèn)識和改造、保護客觀世界的實踐中直接或間接形成的有效的規(guī)則、方式和手段，是人的活動經(jīng)驗程序化、規(guī)范化的結(jié)果，是進行科學(xué)研究的有力工具。

一般而言，科學(xué)方法按其性質(zhì)適用范圍分為三種層次：①哲學(xué)類，它是科學(xué)方法的最高層次；②自然科學(xué)類，它是反映學(xué)科當(dāng)中有帶有共性和規(guī)律性的東西；③各個學(xué)科所采取的特殊研究方法。在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中，最常用的科學(xué)方法是第二層次?？茖W(xué)方法是高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。2019年版人教版新教材以《新課標(biāo)》為依據(jù)，并將科學(xué)方法貫穿于整套教材，貫穿于每一章（表1），現(xiàn)簡要概述如下。

表1 新教材呈現(xiàn)的“科學(xué)方法”統(tǒng)計表

這些方法是人們在認(rèn)識和改造世界中遵循或運用的、符合科學(xué)一般原則的各種途徑和手段，包括在理論研究、應(yīng)用研究、開發(fā)推廣等科學(xué)活動過程中采用的思路、程序、規(guī)則、技巧和模式，是解決現(xiàn)實世界中不確定的、不可預(yù)知問題的方法，即大家共同認(rèn)可的“授人以漁”。

2 科學(xué)方法顯性化教學(xué)的重要性

2016年9月，《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》將“能掌握基本的科學(xué)方法”“能夠提出問題、形成假設(shè)，并通過科學(xué)方法檢驗求證，得出結(jié)論”作為其中的重點。科學(xué)知識只有借助于科學(xué)方法才有生命力，才能顯示出其內(nèi)涵、色彩、格調(diào)，才能顯示出其內(nèi)在的理由、作用和功能，學(xué)生學(xué)習(xí)過的知識才能真正活起來，才能提高學(xué)習(xí)效率。

基于此，科學(xué)方法的教育方式需要發(fā)生重要的變革：應(yīng)該從隱性的“滲透”向顯性的“明了”教育方式轉(zhuǎn)變。即教師在進行科學(xué)方法教育時，將教材中隱含的科學(xué)方法進行放大化處理，明確指出這種科學(xué)方法的名稱，傳授有關(guān)該方法的知識，揭示方法的形式，挖掘方法的內(nèi)涵，說明方法的使用條件。學(xué)生一開始就明確學(xué)習(xí)任務(wù)、清楚學(xué)習(xí)過程，有意識地接受科學(xué)方法訓(xùn)練，圍繞方法內(nèi)容展開學(xué)習(xí)，在練習(xí)和應(yīng)用中不斷加深對科學(xué)方法的理解和認(rèn)識。學(xué)生一旦認(rèn)識到科學(xué)方法在探索未知世界過程中的重要性和必要性，學(xué)習(xí)科學(xué)方法的行動就能變得自覺、主動。

3 科學(xué)方法顯性化教學(xué)的路徑

科學(xué)方法教育是促進學(xué)科知識發(fā)展的重要手段，科學(xué)方法教育涵蓋于學(xué)科知識內(nèi)涵之中?？茖W(xué)方法顯性化教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)價值觀念，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，這也是高中生物學(xué)教學(xué)中不可或缺的重要構(gòu)成部分。

3.1 以情境鋪陳為主線，明確科學(xué)方法內(nèi)涵

“假說-演繹法”在人教版新材必修2第一章第一節(jié)在“科學(xué)方法”欄目首次呈現(xiàn)，筆者將此方法的介結(jié)和運用前移到必修1“細(xì)胞的能量‘貨幣’ATP”的教學(xué)中，并將此方法作為教學(xué)主線，統(tǒng)攝情境設(shè)計，起到較好的效果。在“ADP與ATP的相互轉(zhuǎn)化”這一重點與難點教學(xué)時，采用了表2的教學(xué)設(shè)計。

表2 運用“假說-演繹法”進行“ADP與ATP的相互轉(zhuǎn)化”教學(xué)設(shè)計

在這一部分教學(xué)后，教師及時引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)認(rèn)知和思維的歷程：感受事實，產(chǎn)生沖突→分析現(xiàn)象，提出假說→演繹推理、得出結(jié)論。學(xué)生從而知道這種科學(xué)的研究方法是“假說－演繹法”。

3.2 以科學(xué)史料為主材，凸顯科學(xué)方法價值

生命科學(xué)史是一部思想史，更是一部前人探究生物學(xué)知識的科學(xué)過程史，過程中包含著人們思考、解決生物學(xué)問題的思想歷程，在歷程中包含著思維方式，也包含著研究的方法。

“假說—演繹法”是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的一種科學(xué)方法。它是指在觀察和分析的基礎(chǔ)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(jù)假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結(jié)論。如果實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)果相符，就證明假說正確，反之，則說明假說是錯誤的。新教材必修2模塊開篇就講孟德爾遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，突出了“假說－演繹法”的重要性，此法不僅在孟德爾遺傳定律的發(fā)現(xiàn)中有著重要意義，而且在DNA復(fù)制、遺傳密碼的破譯、中心法則等內(nèi)容中也得到了廣泛的應(yīng)用?！凹僬f－演繹法”作為學(xué)習(xí)高中生物學(xué)、探索自然規(guī)律的重要手段，讓學(xué)生體會這一探究過程具有重要意義。

譬如，在必修2“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”這一章教學(xué)時，學(xué)生深知孟德爾所處的時代根本無法看到遺傳因子的，借助“觀察法”是根本不可能研究出遺傳規(guī)律的，但現(xiàn)實中卻被孟德爾應(yīng)用“假說－演繹法”得到了揭示：孟德爾的一對相對性狀的遺傳學(xué)實驗和兩對相對性狀的遺傳學(xué)實驗都用到了假說演繹法，其中，后者是在前者的基礎(chǔ)之上進行的。雜交實驗環(huán)節(jié)和“假說—演繹法”的關(guān)系如圖1所示。

圖1 孟德爾雜交實驗環(huán)節(jié)與“假說—演繹法”的關(guān)系

3.3 以問題解決為主導(dǎo)，深化科學(xué)方法運用

科學(xué)方法是科學(xué)知識應(yīng)用的重要手段，是實現(xiàn)科學(xué)知識智力價值的橋梁。《新課標(biāo)》對生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)這樣界定的：是學(xué)生在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中逐漸發(fā)展起來的，在解決真實情境中的實際問題時所表現(xiàn)出來的價值觀、必備品格與關(guān)鍵能力，是學(xué)生知識、能力、情感態(tài)度與價值觀的綜合體現(xiàn)。生物學(xué)深度學(xué)習(xí)的最終訴求就是運用所學(xué)知識和思維方法去解決實際生活中的問題。

3.3.1 反哺生活，應(yīng)用科學(xué)方法解決現(xiàn)實問題

就“假說—演繹法”學(xué)習(xí)而言，就是引導(dǎo)學(xué)生體驗嚴(yán)密的邏輯思維過程和解決問題的思想方法，在厚重的歷史感中體會前人的智慧，從而提升學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

譬如，在新人教必修2“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”第1節(jié)“孟德爾豌豆雜交實驗（一）”學(xué)習(xí)結(jié)束后，筆者布置了一道拓展訓(xùn)練題：請嘗試運用所學(xué)的“假說—演繹法”，分析和解決現(xiàn)實生活具體問題。學(xué)生的匯報交流有很多創(chuàng)意的想法，充分體現(xiàn)了思維的開放性。這一過程中也讓學(xué)生體悟到運用科學(xué)方法解決現(xiàn)實生活中問題的重要性和必要性。表3展示的就是一位學(xué)生的課堂交流案例。

表3 某人在餐館用餐后拉肚子原因剖析

人們生活在復(fù)雜多樣的信息社會，各種社會現(xiàn)象和信息層出不窮，面對社會與生活的方方面面，學(xué)生需要多一份理性，少一些武斷，多一份思考，少一些片面，以科學(xué)態(tài)度來對待、以科學(xué)方法來論證、以科學(xué)精神來開拓，做一個冷靜思考、理性行為的社會公民。

3.3.2 妙用習(xí)題，運用科學(xué)方法提升科學(xué)思維

習(xí)題教學(xué)是高中生物學(xué)教學(xué)的重要組成部分，其中蘊含著培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)的科學(xué)方法解決問題的良機。例如，在遺傳系譜圖中關(guān)于遺傳病類型的推導(dǎo)、基因在染色上位置的判定、探究性實驗試題的解答等，運用“假說－演繹法”的基本思路進行，則能引領(lǐng)學(xué)生基于生物學(xué)事實和證據(jù)運用假說、演繹與推理等方法，探究生命現(xiàn)象及規(guī)律，提升科學(xué)思維、科學(xué)探究等核心素養(yǎng)。

“最有價值的知識是關(guān)于方法的知識”?？茖W(xué)方法是解決科學(xué)問題的手段，方法是從知識學(xué)習(xí)到能力發(fā)展的中間環(huán)節(jié)，是溝通知識和能力的橋梁，掌握科學(xué)方法對終身學(xué)習(xí)具有重要意義。今天的學(xué)生需要的不是循規(guī)蹈矩、死記硬背，而是更多的指導(dǎo)和支持，幫助他們成為積極主動、能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用于不同情境的自主學(xué)習(xí)者。將科學(xué)方法進行顯性化教學(xué)，則是提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)問題解決者的重要途徑。