將科學(xué)思維方法融入生物課堂的課例研究

將科學(xué)思維方法融入生物課堂的課例研究

科學(xué)思維方法是指人們?cè)趶氖驴茖W(xué)活動(dòng)時(shí)所使用的或體現(xiàn)出來的認(rèn)識(shí)方法、研究方法和思想方法，是科學(xué)素養(yǎng)的核心因素。新課程在注重學(xué)科知識(shí)的同時(shí)，凸顯了學(xué)科的思想與方法。生物課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出，在突出科學(xué)探究內(nèi)容的同時(shí)，要重視科學(xué)研究方法的指導(dǎo)，使學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)探究、學(xué)習(xí)知識(shí)的過程中，逐漸拓寬視野，初步領(lǐng)悟到科學(xué)研究方法的真諦。具體而言，對(duì)《分子與細(xì)胞》模塊，要求領(lǐng)悟觀察、實(shí)驗(yàn)、比較、分析和綜合等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究過程中的應(yīng)用；對(duì)《遺傳與進(jìn)化》模塊，要求領(lǐng)悟假說—演繹、建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用；對(duì)《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》模塊，要求領(lǐng)悟系統(tǒng)分析、建立數(shù)學(xué)模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用。教學(xué)中，教師要努力挖掘蘊(yùn)含于學(xué)科知識(shí)中的邏輯思維過程和方法，堅(jiān)持對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維方法的訓(xùn)練?！凹僬f—演繹法”作為一種重要的科學(xué)思維方法，其基本步驟是：從假說出發(fā)，運(yùn)用演繹推理，做出一些具體的推斷，然后通過實(shí)踐，檢驗(yàn)推斷和假說。如果觀察到的事實(shí)與預(yù)期的結(jié)果相符合，則證實(shí)假說是正確的；如果不相符，則假說必須修正或摒棄。“假說—演繹法”的基本思路如下：一、教學(xué)構(gòu)思浙江科學(xué)技術(shù)版高中生物教材把《孟德爾定律》安排在細(xì)胞減數(shù)分裂內(nèi)容之前，重在建構(gòu)“假說—演繹”的科學(xué)方法。教學(xué)第一節(jié)“分離定律”時(shí)，我們采取了“豌豆的一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)→假說（解釋）→推論→驗(yàn)證→理論”的方式，從學(xué)生的反饋看，教學(xué)效果比較好。“孟德爾定律”一課在“分離定律”之后，孟德爾成功的思維路徑已經(jīng)隱含其中，即應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析的方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、正確地假設(shè)和演繹及巧妙地驗(yàn)證。在這樣的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生進(jìn)行自由組合定律的探究學(xué)習(xí)，應(yīng)該是可行的。課堂結(jié)構(gòu)設(shè)想如下：整節(jié)課主要設(shè)計(jì)以下4個(gè)環(huán)節(jié)：（1）回憶分離定律的發(fā)現(xiàn)過程，“假說—演繹”思想在科學(xué)研究中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生概述分離定律的發(fā)現(xiàn)過程（主要思路和重要步驟）及核心內(nèi)容。（2）PPT呈現(xiàn)孟德爾利用豌豆種子的粒形和粒色兩對(duì)相對(duì)性狀所做的雜交實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生模仿一對(duì)相對(duì)性狀雜交實(shí)驗(yàn)的研究過程，根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，提出自己想知道的問題。（3）對(duì)自由組合現(xiàn)象的解釋。學(xué)生看到兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)中有四種表現(xiàn)型，出現(xiàn)不同的相對(duì)性狀自由組合的現(xiàn)象。應(yīng)創(chuàng)設(shè)一定的情境幫助學(xué)生理解孟德爾當(dāng)時(shí)的解釋，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)。這是本節(jié)課的一個(gè)難點(diǎn)?？山Y(jié)合孟德爾的分離定律內(nèi)容，提出兩個(gè)問題：這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合基因分離定律？兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)型比例與一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)型比例能否建立數(shù)學(xué)聯(lián)系？在回答這兩個(gè)問題的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生嘗試對(duì)兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋?？蛇\(yùn)用PPT提供孟德爾對(duì)一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋，要求學(xué)生修改和補(bǔ)充。根據(jù)已經(jīng)得出的假說（解釋），師生共同完成兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)的遺傳圖解。（4）對(duì)自由組合現(xiàn)象的驗(yàn)證。要求學(xué)生遷移應(yīng)用，用遺傳圖解來表示測交過程，進(jìn)一步規(guī)范遺傳圖解的書寫格式。解題就是探究問題，是“假說—演繹”思想的具體應(yīng)用。課堂教學(xué)的關(guān)鍵在于：（1）假說的內(nèi)容由教師告知，還是讓學(xué)生在自學(xué)教材的基礎(chǔ)上提出來？還有沒有更好的方法？（2）怎樣設(shè)計(jì)產(chǎn)生四種比例相同配子的學(xué)生活動(dòng)？二、第一次上課（一）溫故知新對(duì)于基因分離定律的核心內(nèi)容，學(xué)生只是讀了教材第8頁上的文字，教師引導(dǎo)學(xué)生要用自己的話說，并概括了要點(diǎn)：等位基因在形成配子時(shí)會(huì)分離進(jìn)入配子遺傳給后代。然后，學(xué)生回憶、陳述分離定律的發(fā)現(xiàn)過程：豌豆的紅花與白花雜交，得到的全是紅花，自交后的中出現(xiàn)了紅花與白花，其比例是3∶1。教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上歸納投影并板書：（二）新課導(dǎo)入教師幻燈投影豌豆的黃色圓粒與綠色皺粒雜交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。師提出問題是科學(xué)研究的第一步，看到這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，你想知道哪些問題？（教師巡視，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生不知道提什么問題，只有少數(shù)學(xué)生模仿一對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)提出了教師預(yù)設(shè)的幾個(gè)問題。）生①P→中誰是顯性性狀？②兩對(duì)基因之間有沒有相互影響？③比例說明了什么問題？師出現(xiàn)新的性狀組合是什么？為什么會(huì)出現(xiàn)新的性狀組合？生黃色皺粒、綠色圓粒。師每對(duì)相對(duì)性狀是否符合基因分離定律？為什么？生符合。黃色∶綠色=12∶4，圓?！冒櫫?12∶4。師從數(shù)學(xué)角度分析，9∶3∶3∶1與3∶1能否建立數(shù)學(xué)聯(lián)系？這對(duì)理解兩對(duì)相對(duì)性狀的遺傳結(jié)果有什么啟示？（學(xué)生面露難色，無人回答。教師板書，如下圖。）（3∶1）（3∶1）=9∶3∶3∶1（三）對(duì)自由組合現(xiàn)象的假說解釋根據(jù)類比分離定律時(shí)孟德爾給出的假說，來解釋中的9∶3∶3∶1。教師投影出示：（1）性狀是由遺傳因子控制的，豌豆的花色由遺傳因子C、c控制；（2）在形成配子時(shí)，成對(duì)的遺傳因子彼此分離，分別進(jìn)入到不同的配子中，每個(gè)配子只含有成對(duì)基因中的一個(gè)；（3）的體細(xì)胞內(nèi)有兩個(gè)不同的基因，各自獨(dú)立、互不混雜；（4）可產(chǎn)生兩種比例相同的配子，C和c；（5）受精時(shí)，雌雄配子的結(jié)合機(jī)會(huì)是隨機(jī)的。生豌豆種子的子葉顏色的黃色、綠色是由A/a控制的；圓粒、皺粒是由B/b控制的；產(chǎn)生了A、a、B、b四種配子。生每個(gè)配子中只有每對(duì)基因中的一個(gè)，產(chǎn)生了AB、Ab、aB、ab四種比例相同的配子。教師歸納：（1）豌豆種子的圓粒、皺粒分別由遺傳因子R、r控制，子葉顏色的黃色、綠色分別由遺傳因子Y、y控制；（2）在產(chǎn)生配子時(shí)，每對(duì)遺傳因子彼此分離，不同對(duì)的遺傳因子可以自由組合；（3）的體細(xì)胞可產(chǎn)生4種比例相同的配子，YR∶Yr∶yR∶yr=1∶1∶1∶1；（4）受精時(shí)，雌雄配子的結(jié)合機(jī)會(huì)是隨機(jī)的。學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)假說，寫出兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)的分析圖解（見下頁）。師結(jié)合兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)的遺傳圖解，回答以下問題：（1）的配子結(jié)合方式有______種；的基因型有______種；表現(xiàn)型有______種。（2）黃圓的基因型有______；綠圓的基因型有______；黃皺的基因型有______；綠皺的基因型有______。生第（1）問：16；9；4。生第（2）問：黃圓的基因型有YYRR、YYRr、YyRr、YyRR四種；綠圓的基因型有yyRR、yyRr兩種；黃皺的基因型有YYrr、Yyrr兩種；綠皺的基因型只有yyrr一種。（四）對(duì)自由組合現(xiàn)象的驗(yàn)證師孟德爾驗(yàn)證假說的方法是什么？需要驗(yàn)證什么？試用遺傳圖解來表示過程。學(xué)生得出如下的遺傳圖解：教師從雜交符號(hào)、表現(xiàn)型的比例、生成配子等，對(duì)該生的遺傳圖解進(jìn)行了糾錯(cuò)，形成以下遺傳圖解：（五）形成理論閱讀教材第18頁，歸納基因自由組合定律的實(shí)質(zhì)。三、第一次課后研討經(jīng)過分析、討論，備課組教師提出如下改進(jìn)建議：第一，可以用遺傳圖解復(fù)習(xí)分離定律來引課，這樣既能糾正學(xué)生在遺傳圖解中的書寫問題，還能為應(yīng)用遺傳圖解解釋兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。從雜交實(shí)驗(yàn)中提出的問題，由于答案的發(fā)散性太大，不宜直接讓學(xué)生回答，應(yīng)設(shè)計(jì)具體的問題引導(dǎo)學(xué)生。到黑板上寫遺傳圖解的學(xué)生要有選擇，不要占太多的課堂時(shí)間。第二，按照教學(xué)設(shè)計(jì)，PPT輔助教學(xué)反而成為限制，導(dǎo)致“假說—演繹”的科學(xué)思想方法不夠突出。建議更合理地設(shè)計(jì)板書，把板書分為“假說—演繹法”、雜交實(shí)驗(yàn)、遺傳圖解解釋、測交的遺傳圖解、自由組合定律實(shí)質(zhì)等五欄。第三，教學(xué)難點(diǎn)——產(chǎn)生比例相同的四種配子沒有得到很好的突破，還是應(yīng)該設(shè)計(jì)活動(dòng)，讓學(xué)生直觀感受由于等位基因分離、非等位基因自由組合產(chǎn)生比例相同的四種配子。第四，應(yīng)把學(xué)案中產(chǎn)生的配子種類刪除，讓學(xué)生自己來填，從而暴露學(xué)生中“Y、y、R、r”四種配子或者“YY、yy、RR、rr”四種配子等錯(cuò)誤，以進(jìn)一步幫助學(xué)生理解如何應(yīng)用之前的假說“等位基因分離，非等位基因自由組合”。第五，如何寫遺傳圖解，尤其是規(guī)范的格式，應(yīng)給學(xué)生一個(gè)方法上的指導(dǎo)。第六，測交驗(yàn)證環(huán)節(jié)的講解順序是不是可以換一下？應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生明白測交的真正作用，能通過測交后代的表現(xiàn)型種類和比例看到代產(chǎn)生配子的種類和比例。綜合大家的意見，經(jīng)過再次思考，重新擬定了這節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）能夠用自己的語言敘述孟德爾兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)的方法和結(jié)果；（2）解釋和分析自由組合的現(xiàn)象，以及自由組合現(xiàn)象的驗(yàn)證；（3）能正確書寫遺傳圖解。四、第二次上課（一）溫故知新學(xué)生在學(xué)案上用遺傳圖解解釋豌豆種子子葉的黃色與綠色相對(duì)性狀實(shí)驗(yàn)（假定該相對(duì)性狀由一對(duì)等位基因Y－y控制）。（中，YY∶Yy∶yy=1∶2∶1，表現(xiàn)型∶黃色∶綠色=3∶1）教師評(píng)價(jià)：（1）親代的基因型和表現(xiàn)型正確；（2）遺傳圖解中的配子表示的是種類和比例的信息，刪除棋盤外的Y和y及其兩個(gè)斜向箭頭；（3）缺乏的表現(xiàn)型。教師板書孟德爾在研究分離定律時(shí)的科學(xué)方法：提出問題：如果黃色與綠色、圓粒與皺粒一起研究，做黃圓、綠皺的雜交，后代會(huì)怎樣？要求學(xué)生閱讀教材第15頁中的內(nèi)容，回答學(xué)案中的四個(gè)問題：（1）孟德爾兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)的主要過程是什么？（2）的表現(xiàn)型為______，由此說明兩對(duì)相對(duì)性狀中對(duì)______為顯性，______對(duì)______為顯性。（3）的表現(xiàn)型有哪些？（4）從中各種表現(xiàn)型的數(shù)量來分析，每對(duì)相對(duì)性狀的遺傳是否遵循分離定律？各種表現(xiàn)型的數(shù)量有什么規(guī)律？生用黃色圓粒與綠色皺粒雜交獲得，然后自交獲得了9∶3∶3∶1的。生黃色圓粒。生黃色圓粒、黃色皺粒、綠色圓粒、綠色皺粒四種。生因?yàn)橹悬S色∶綠色=12∶4，圓?！冒櫫?12∶4，所以遵循分離定律。關(guān)于數(shù)量的規(guī)律，學(xué)生在教師的啟發(fā)下，得出不同性狀之間的自由組合（見下圖）。（二）假說解釋教師在原板書上修訂、補(bǔ)充假說：一對(duì)相對(duì)性狀由一對(duì)等位基因控制，兩對(duì)等位基因之間的基因關(guān)系叫非等位基因。在形成配子時(shí)，等位基因分離，非等位基因之間會(huì)自由組合。學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)對(duì)自由組合現(xiàn)象的解釋，在學(xué)案上寫出兩對(duì)相對(duì)性狀的雜交實(shí)驗(yàn)的分析圖解（分析圖解同第一次課）。生回答雙親的基因型正確。生第一次把親本產(chǎn)生的配子答成Y、R兩種，后修改為YR、yr，的基因型為YyRr。師按照孟德爾的假說，（YyRr）會(huì)產(chǎn)生怎樣的配子？生YR、Yr、yR、yr四種。師有同學(xué)答成Y、y、R、r四種配子。YY、yy、RR、rr四種配子為什么不對(duì)？教師強(qiáng)調(diào)形成配子時(shí)等位基因分離、非等位基因自由組合，要求學(xué)生在完成學(xué)案中的遺傳圖解的基礎(chǔ)上，再在學(xué)案中分析并完成下表。（三）對(duì)自由組合現(xiàn)象的驗(yàn)證教師在分析測交實(shí)驗(yàn)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同：（1）從測交后代的表現(xiàn)型中就可知道產(chǎn)生的配子種類；（2）從測交后代表現(xiàn)型的比例中就可知道產(chǎn)生的配子種類的比例。學(xué)生活動(dòng)：試用遺傳圖解來表示測交過程?；蛐停篩yRr∶Yyrr∶yyRr∶yyrr=1∶1∶1∶1表現(xiàn)型：黃圓∶黃皺∶綠圓∶綠皺=1∶1∶1∶1教師對(duì)該生的遺傳圖解的符號(hào)使用、配子生成、測交后代的比例等糾錯(cuò)如下：（四）形成理論教師小結(jié)課題：自由組合定律，實(shí)質(zhì)是非等位基因自由組合。五、第二次課后研討課后的研討中，大家一致認(rèn)為，在學(xué)習(xí)分離定律的基礎(chǔ)上，兩對(duì)相對(duì)性狀的遺傳實(shí)驗(yàn)是鞏固和練習(xí)“假說—演繹法”的最好材料，按照科學(xué)方法的基本過程組織知識(shí)的教學(xué)，是一種很好的教學(xué)策略，是對(duì)“假說—演繹法”比較完美的詮釋。具體來說，主要體現(xiàn)在：（1）本節(jié)課中使用“假說—演繹法”組織教學(xué)的策略，按照其要點(diǎn)間的固有邏輯展開教學(xué)，以方法與知識(shí)的發(fā)生過程為教學(xué)線索，一方面把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)還給學(xué)生，充分發(fā)揮了教師作為指導(dǎo)者、幫助者、組織者的作用；另一方面，較好地實(shí)現(xiàn)了知識(shí)與方法的融合。（2）本節(jié)課中設(shè)計(jì)了三個(gè)遺傳圖解，在規(guī)范正確書寫遺傳圖解的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生以遺傳圖解這種生物學(xué)科特有的信息表達(dá)方式解釋遺傳問題，簡潔明了。針對(duì)課堂教學(xué)情況，提出建議：（1）孟德爾應(yīng)用“假說—推理”解釋環(huán)節(jié)是從假說