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引用“假说—演绎法”及其在遗传定律教学中的实践和应用

更新时间 2008-12-2 13:54:11 点击数:

 吴成军

摘要:“假说——演绎法”是1种重要的科学发现模式和重要的科学研究方法,也是培养学生科学方法,提高学生科学探究能力的重要方法。本文以孟德尔遗传定律的发现过程为例,具体分析了“假说——演绎法” 的体现过程,同时针对课堂教学中如果渗透和学习“假说——演绎法”进行了探讨。

关键词:假说——演绎法    假说   演绎推理   科学史   能力   教学   

针对遗传定律的教学,传统的授课方式是先讲减数分裂,再讲基因的分离定律和自由组合定律,教师在讲授孟德尔发现这两大定律的时候,直接将减数分裂的知识和学生已有的基因的知识溶入其中,其优点是使学生能够更快地理解遗传定律的基本内容及其本质。但这种教学策略忽视了孟德尔当时实验的科学背景,忽视了对孟德尔实验的基本步骤的解读,不利用于学生真正理解孟德尔实验的操作目的,提出的问题、作出假说和进行的分析及解释,更不利于学生从中学习1种10分重要的科学方法——“假说——演绎法”。

1.“假说——演绎法”及其在科学研究中的作用和意义

“假说——演绎法”是现代科学研究中常用的1种科学方法,也是训练学生科学思维的1种重要的科学方法。它是指在观察和分析的基础上提出问题以后,通过推理和想像提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演绎推理的结果。如果实验结果与预期结果相符,就证明假说是正确的,反之,则说明假说是错误的。“假说——演绎法”在科学发展中起着10分重要的作用,例如,道尔顿提出的原子学说;萨顿提出的基因和染色体之间的平行关系学说;DNA分子的半保留复制特点的提出,等等科学发现就是“假说——演绎法”的生动体现。

“假说——演绎法”强调假说在科学探索中的重要作用。假说的形成和提出,是为解释自然界中的客观事实或现象而提出的,它不仅仅需要已有的知识和经验,更需要的是创造性的直觉或想像,即科学思维的创新,否则提出的假说可能就会陈旧而无必要,或不能科学地解释还未解决的问题。提出假说固然重要,但演绎推理也必不可少,演绎推理是指从1般(普遍)到特殊(个别),根据1类事物都有的1般属性、关系、本质来推断该类中的个别事物所具有的属性、关系和本质的推理形式和思维方法。演绎推理具有严谨缜密的逻辑形式,是认识事物的重要的形式之1。假说的提出不能直接用提出假说的实验事实来证明假说的正确与否,这时,可通过演绎推理,用假说的理论来阐述与提出假说事实相关的实验的预期结果,如果通过利用假说的内容进行的演绎推理得出的预期结果与实际结果1致,则证明了假说的正确性,反之,假说不成立。以下为假说——演绎推理之间的逻辑关系。

引用 “假说—演绎法”及其在遗传定律教学中的实践和应用 - 冯占武 - 冯占武课堂记实反思博客

“假说——演绎法”不仅仅是科学家进行科学研究的方法,也是学生认识客观事物,形成客观规律的重要的科学探究方法,是普通高中学生将来从事科学研究,或走入社会普遍需要的科学思维方法。

2.孟德尔遗传定律的发现过程就是“假说——演绎”法的充分体现

以下以1对相对性状的分离实验为例,看看孟德尔在进行豌豆杂交实验过程中,以及提出基因的分离定律的过程中,是怎样体现假说——演绎法的,现分析如下:

引用 “假说—演绎法”及其在遗传定律教学中的实践和应用 - 冯占武 - 冯占武课堂记实反思博客

由上可见,孟德尔的遗传定律的发现过程完全遵循科学的共性特点,即美国国家科学教育标准中有关科学的特点说明:“怀疑是审识的出发点,实证是判断的尺度,逻辑是辩论的武器。”

3.教学中如何渗透和学习“假说——演绎法”

3。1 模拟孟德尔的实验和思维过程

很多老师在讲课时,往往喜欢单刀直入,直接深入到基因分离定律的本质,即减数分裂中基因随染色体的分离而分离,这种讲授方式确实能促进学生对基因的分离定律的本质的理解和认识,但学生分析问题、形成假说和进行推理的能力并没有得到训练和提高,特别是假说——演绎的科学方法没有得到学习和训练,从教学的3维目标知识、能力和情感态度价值观来看,显然不是最优的教学策略,也达不到最优的教学效果。因此,模拟孟德尔当时的工作和知识背景,创设情景,引导学生从当时的实际情况出发,尝试以孟德尔的思维方式提出问题、进行分析、形成假说,演绎推理,进而设计测交实验,这种对重要科学史的再现,既是10分重要的思维能力和科学方法的训练,也是深入理解科学知识的1种重要的途径。

 

3。2 给学生更多思考的时间和空间

 

活跃的思维是课堂教学成功的保证,在再现孟德尔实验和思维的过程中,不仅有分析、推理、归纳、演绎,还有设计和想象等思维活动,教师要有足够的耐心,提出问题或由学生提出问题,引导学生分析,因此给学生足够的时间进行思考和讨论非常重要。以下的1些问题由教师提出或由学生提出,进行讨论是非常有必要的。

 

l         为什么子1代都是高茎的?难道矮茎性状消失了吗?

 

l         为什么F2代中又出现了矮茎呢?F2代出现3:1的性状分离比是偶然的吗?是什么原因导致遗传性状在F2代中按照1定的比例出现呢

          

l         针对以上的哪些现象,你能作出哪些相应的假说?

          

l         针对这些假说,你能设计什么样的实验来证明你的假说成立?

          

l         为什么孟德尔不是用F1代自交或用F1代与纯种高茎豌豆杂交来证明其假说,而是将F1代与矮茎豌豆进行测交呢?

          

l         测交的预期结果如何?怎样才能说明你的假说是正确的?

          

3。3 演绎推理是引导学生进行合理推理而非主观臆断

 

在引导学生演绎推理测交实验的设计方案时,很多教师主观臆断地告诉学生,孟德尔当时就是这么想的,就是将F1代与纯隐性类型杂交,至于为什么这样做没有必要进行分析。这种教学其直接结果是学生失去了思考的动力,不进行分析和思考就被动接受,其后果是学生遇到检验某1生物个体是否是杂种的实际问题时,只会想到测交而不会根据实际情况进行分析判断,这是1种教学的失败。

 

分析豌豆杂交的各种实验情况,就可以很好地推理出采取测交的原因:以高茎和矮茎1对相对性状的杂交实验为例,从性状来看,检验F1代高茎有以下的杂交和自交方式,分别是:F1代高茎与纯种高茎杂交;F1代高茎自交;F1代高茎与纯种矮茎杂交。第1种的后代全部为高茎,不能判断F1代高茎是杂种还是纯种。第2种是本实验中已有的实验步骤,不能用“提出假说的实验步骤”来证明根据这些实验步骤而作出的假说。第3种后代中高茎和矮茎的比值为1:1,正好解释所提出F1代是杂种的猜想,如果学生在老师的引导下推理出了测交实验的设计原因,就能很自然地理解测交的定义,并能灵活地解决生产中的1些实际问题。

 

3。4 帮助学生形成客观的科学史观

 

  通过对生物科学史的学习,可以让学生体验科学家探索生物规律的过程,学习有关的概念、原理、规律和重要的科学方法,正确理解科学、技术、社会之间的关系。具体到本节,普通高中课程标准中要求:分析孟德尔遗传实验的科学方法。这种科学方法就是“假说——演绎法”,之所以有假说的提出,是因为孟德尔不知道基因的概念,也不知道性状是由基因控制的,更不知道等位基因在减数分裂时会随着同源染色体的分离而分开,孟德尔是通过1对相对性状的豌豆的杂交实验来提出假说的,要证明其假说的正确性,孟德尔是通过演绎推理来进行的,因此,在教学中遵循孟德尔的设计思路,进行分析和推理,不仅学习了“假说——演绎”的科学方法,而且还会在学习过程中逐步体验到孟德尔作为遗传学家的伟大性,其逻辑推理的严密性,其思维想像的创造性。这对于激发高中学生学习生物学科的兴趣,对于高中学生的生物科学素养的提高是10分重要的。

 

3。5 进行及时的训练和巩固

 

设计针对性的训练题,可帮助学生及时地巩固已学习的科学方法。下面的习题为2006年北京市生物高考的1道试题,刚好可以作为“假说——演绎法”而编制的1道训练题。

 

某人从1突变植株中获得了显性高蛋白植株(纯合子)。为验证该性状是否由1对基因控制,请参与实验设计并完善实验方案:

 

(1)步骤1:选择                         和                         杂交。

 

预期结果:                                                         。

 

(2)步骤2:                                                         。

 

预期结果:                                                         。

 

(3)观察实验结果,进行统计分析;如果                 与              相符,可证明该性状由1对基因控制。

 

(参考答案:高蛋白(纯合)植株  低蛋白植株  后代(或F1)表现型都是高蛋白植株  测交方案或自交方案  后代高蛋白植株和低蛋白植株的比例分别为1:1或3:1  实验结果  预期结果)

 

两对相对性状的遗传定律的形成过程是思维的拓展和提升的好材料,也是巩固和练习“假说——演绎法”的最好材料。在1对相对性状的遗传实验的基础上,教师更应该鼓励学生在学习基因的自由组合定律时进行科学探究,学习和巩固“假说——演绎法”。

 

参考文献:

 

[1]朱正威,赵占良。 普通高中课程标准实验教科书·遗传与进化。 人民教育出版社,2004。 4—7。

 

[2]潘宝平,张富国。 生物新课程与学科素质培养——生命科学新视角。 中国纺织出版社,2002。 58—60。

 

 自《生物学教学》2007年第2期

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