基于高阶思维的高中生物课堂教学

陈明山 胡海丽

摘要：以摩尔根的果蝇杂交实验为例，介绍如何运用“假说一演绎法”引导学生发现并提出问题、做出假设进行探究并解决问题，以达到培养学生高阶思维的目的。

关键词：高阶思维;假说-演绎法;生物学学科;核心素养;课堂教学

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

1问题的提出

美国教育家布卢姆将思维过程划分为6个目标：记忆、理解、应用、分析、评价和创造。记忆、理解和应用被称为低阶思维，分析、评价和创造被称为高阶思维。高阶思维是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力。

近些年来，高考试题正在逐步实现从认知立意到能力立意再到素养立意的转变，从低阶思维向高阶思维的转变。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）指出生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。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。科学思维包括归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等。下面以人教版《必修2·基因在染色体上》（节选）为例，阐述如何运用“假说-演绎法”来开展探究活动，达到培养学生高阶思维能力的目的。

2基于“假说-演绎法”的教学过程设计

2.1“假说一演绎法”

“假说一演绎法”是指在观察和分析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论。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的，反之，则说明假说是错误的。该法是现代科学研究中常用的一种科学方法，整个过程科学严谨，如图1所示。

2.2教学过程展示（只展示“假说-演绎法”部分）

2.2.1步骤1：教师引导学生观察分析实验现象，提出问题

教师先展示摩尔根的果蝇杂交实验：摩尔根让偶然出现白眼的雄果蝇和红眼的雌果蝇进行杂交，再让F1雌雄果蝇随机自由交配。实验结果：F1果蝇无论雌雄都是红眼，F2果蝇中红眼和白眼之间的数量比约为3：1。之后，引导启发学生思考：①这样的遗传表现是否符合分离定律？如果符合表明了什么？（符合，表明果蝇的红眼和白眼是受一对等位基因控制的）②白眼性状的表现为什么总是与性别相联系。这跟白眼基因的位置有没有关系？如何解释这一现象呢？（白眼基因可能位于性染色体上）

2.2.2步骤2：教师引导学生通过推理分析，提出解释问题的假说

教师要求学生阅读教科书，并启发学生推理：教材中提供了摩尔根及其同事的设想“控制白眼的基因在x染色体上，而Y染色体不含有它的等位基因”。那么，根据该实验结果推理，白眼基因的位置是不是只有这一种可能？接着，引导学生分析：“从摩尔根的果蝇杂交实验结果可知，果蝇眼色的遗传与性别相关联，说明控制果蝇白眼的基因位于性染色体上，并不能说明只在x染色体上。”教师通过引导学生观察果蝇染色体图解，比较x染色体和Y染色体的差别，进一步引导学生推理分析控制白眼基因可能的位置。学生从而提出基因位置关系的三种假说。假说1：控制白眼的基因在Y染色体上，而x染色体不含有它的等位基因。假说2：控制白眼的基因在x染色体上，而Y染色体不含有它的等位基因。假说3：控制白眼的基因在x染色体上，而Y染色体含有它的等位基因。然后。学生分小组分别尝试用3种假说解释实验现象（图2）。

教师引导学生分析：从遗传图解可以判断出假说1无法解释实验现象，所以假说1不正确;假说2和假说3都符合摩尔根的果蝇杂交实验结果，但两种假说是对立的，只有一种是正确的，那么哪种是正确的？如何设计来实验证明？

2.2.3步骤3：根据假说进行演绎推理

教师引导学生回顾：在学习孟德尔豌豆杂交实验时，如何对孟德尔的假说进行验证，强调“一个正确的假说不仅要能解释已有的实验现象还要能够预测新实验的结果”，可以通过测交的方法来进行验证。测交是选择F1与隐性个体进行交配的一种杂交方式。教材只说了一句“后来他们又通过测交等方法，進一步验证了这些解释”。

教师引导学生演绎推理：如何设计测交实验进行验证呢？引导学生观察已有的果蝇性状，学生发现只有雄果蝇才具有白眼这一隐性性状，因此在选择测交亲本时，只能选择F1中的红眼雌果蝇与白眼雄果蝇进行交配（图3）。

教师启引导学生分析：那么这种交配方式能否达到检验的目的呢？从图3演绎推理的结果发现假说2与假说3的结果一致，也就是无法证明假说2还是假说3正确，此时又陷入了僵局，还能采取什么办法证明哪种假说是正确的呢？

教师继续引导学生观察思考：虽然上述交配方式不能解决问题，但通过以上实验获得了一种新的具有隐性性状的个体——白眼雌果蝇！可否利用这只白眼雌果蝇设计一个新的测交实验来验证呢？

学生再一次进行演绎推理：选择什么类型的红眼雄果蝇来进行交配？F1中的红眼雄果蝇是否可行？学生讨论后会发现F1中的红眼雄果蝇基因型为X^wY（假说2）或者X^wY^w（假说3），Y染色体上无该基因或者该基因为隐性结果都不会有差别，因此不可选。回归本质问题，假说2与假说3的区别在于Y染色体上是否存在等位基因，所以在选择红眼雄果蝇时应该选择野生型的红眼雄果蝇：x⁺Y（假说2）或X⁺Y⁺（假说3）与白眼雌果蝇进行交配（图4）。

2.2.4步骤4：通过实验检验演绎推理的结论

从图4果蝇测交实验遗传图解示意发现假说2与假说3的结果不一致，所以接着就可以通过实验来检验哪种假说是正确的。虽然教材只说了一句“后来他们又通过测交等方法，进一步验证了这些解释”，教师补充“当时摩尔根他们是这样做的：让白眼雌果蝇与红眼雄果蝇交配时，发现子代中雌果蝇都是红眼，雄果蝇都是白眼”。学生观察到摩尔根他们的实验结果与假说2的预期结果相符合，与假说3的不相符合，所以只有假说2是正确的。

2.2.5步骤5：回顾“假说一演绎法”的流程，得出结论

教师引导学生得出结论：果蝇体内控制红眼和白眼的基因位于x染色体上，而Y染色体不含有它的等位基因。

3反思

《课程标准》中指出科学探究是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与探讨的能力。这既是高考考查的重点，也是高阶思维的重要体现。教材运用“假说一演绎法”来介绍摩尔根的果蝇杂交实验，对发现问题、作出假设和得出结论都作了比较详细的介绍，而对演绎推理和测交验证只是简单带过，省略的演绎推理的过程却是“假说一演绎法”的关键步骤。教师在教学实践中把这一结论式的教学转变为探究式教学，不但有利于培养学生科学探究能力，更有利于提高学生的高阶思维能力。

培养学生的科学思维能力既是新课程标准的要求，也是进一步深化教育改革，培养适应现代化社会发展人才的需求。学生思维锻炼的主要途径在课堂，因此在日常教学中，训练学生的高阶思维能力显得至关重要。发展学生分析、评价和创造的思维能力，需要教师进行精心的教学设计，设置合理的、逐步推进的问题来引导学生分析推理，培养学生的科学思维。本节课的教学依托教材，又不局限于教材，运用“假说一演绎法”，通过创设情境，让学生从自主发现问题到探究解决问题的方案，从被动接受转变为主动学习，既培养学生分析、评价以及协作探究的能力，又训练学生的高阶思维。