演绎与推理式科学思维在高中生物学重要概念形成中的体现及实践研究

科学思维是生物学学科核心素养的四个要素之一。

思考是人与生俱来的。但是，日常思考会掺杂扭曲、片面甚至无知的元素。科学思维并不是与生俱来，需要系统培养。

科学思维不是科学家的专属，普通人也应该具有科学思维，学校教育更应该培养和发展学生的科学思维。

伟大的科学家爱因斯坦在纽约州立大学的讲演《论教育》中也强调“教育的核心价值并不在于学科本身传递的各种知识，而在于心理技巧的学习，即获得更好的思维能力。”

库恩认为，教育的核心在于发展学生的思维，尤其是科学思维。科学思维是智力发展的最终目标。

科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物，解决实际问题的思维习惯和能力。学生应该在学习过程中逐步发展科学思维，如能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、判断性思维、创造性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。

从近代生物科学到现代生物科学，以“观察—归纳”为主的方法逐渐转变为以“假说—演绎”为主的方法。这是因为现代生物科学已经不是处于经验材料的收集阶段，而是处于高度的理论概括和演绎阶段，人们凭借计算机等科学工具提出假说，然后演绎出理论体系或具体推论，再通过实验和观察来检验。

《高中生物学（必修1）分子与细胞》侧重于“观察—归纳”法的应用，《高中生物学（必修2）遗传与进化》侧重于“假说—演绎”法的应用，特别是在《遗传因子的发现》和《基因和染色体的关系》两章，其他章节也有涉及。本文以引导学生自主建构高中生物学重要概念的具体实例------“基因分离定律”，阐述演绎与推理式科学思维在遗传学概念形成中的实践应用，提升学生构建概念的能力，培养创新精神，落实生物学核心素养。

• 质疑是思考的视角

基于事实产生质疑：展示一张三代人的全家福，学生辨析，很快根据年龄和长相等找出亲缘关系。

【情境设置策略】设问：如果一家人失散了，比如从小丢失了、遇到意外死亡面貌不清了等，根据什么确定亲子关系？比如溶血实验、血型和DNA分子杂交哪个更准确？人的相貌特征，比如单眼皮和双眼皮等，不同的原因是什么？人类什么时期开始研究遗传现象的？基因是谁给起的名？

• 实证是判断的尺度

展示由融合理论到孟德尔的遗传因子分离和自由组合定律直至摩尔根锁定基因在染色体上的“事件树”，体会科学家在寻求“实证”道路上的艰难求索。接着引领学生从孟德尔的豌豆杂交实验（一）开始运用逻辑推理进行探究、演绎和实证。孟德尔利用高茎豌豆和矮茎豌豆杂交，如果按当时的融合理论，运用逻辑推理科学思维，子一代茎秆高度如何？

【问题驱动策略】显然若按红墨水和蓝墨水融合出现中间新类型而且下一代不会出现高茎和矮茎。然而孟德尔的杂交实验结果是子一代不是中间新类型，而是和亲本一方一样的高茎，而且子二代高茎和矮茎都有。而且重复多次，正反交结果都如此。实践是检验真理的唯一标准，

【实证策略】由此推翻融合理论。需要建立什么新的理论来说明发现的新问题？

【模型构建策略】结合学生已有认知，引导构建分离定律模型。利用逻辑推理的科学思维方法，由子一代表现高茎，子二代出现高茎和矮茎，发生性状分离现象，假设性状受某物质控制，子一代中既有控制高茎的物质，也有控制矮茎的物质，它们不融合，分别传给子二代，子二代才会出现高茎和矮茎，由此演绎出一套新理论：分离定律。实践是检验真理的唯一标准，分离定律这一理论是否正确，关键是实证子一代体内是否含有控制高茎的物质和控制矮茎的物质，怎么证明？引发学生积极思考和论辩。

• 逻辑是论辩的准绳

正如上述要证明子一代豌豆植株体内是否含有控制高茎和矮茎的物质，而且它们相互分离独立传给子二代，也就是要证明子一代豌豆产生的花粉是否是两种，即一种含控制高茎的物质，另一种含控制矮茎的物质，而且卵细胞也应是两种，一种含控制高茎的物质，另一种含控制矮茎的物质，这样，正交和反交结果才会一样，子二代才会是3：1。当时条件没有DNA分子杂交技术，怎样证明配子有两种？

【问题驱动策略】引导学生探讨孟德尔的测交实验，体验孟德尔严密的逻辑思维和实践创新精神。最后，进行归纳总结。写出高茎豌豆和矮茎豌豆杂交实验及测交实验的遗传图解。

【概念表述策略】体验假说—演绎的过程，并使逻辑推理的科学思维在每个问题中得到细化和深入。

归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学思维方法在高中生物学重要概念构建中的运用，不仅引领学生思维的培养和发展，更是生物学学科核心素养在课堂教学中落地的实践。