深度体验假说—演绎法发展生物学核心素养

姜平

摘要 以新冠病毒为背景，创设情境，使学生深度体验假说—演绎法，提高学生的归纳与概括、演绎与推理的科学思维能力，提高实验设计的科学探究能力，提升关注社会热点问题的社会责任感，从而发展学生的生物学学科核心素养。

关键词 假说—演绎法 核心素养 新冠病毒

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出：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、批判性思维、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。假说—演绎法是生物学等科学领域广泛应用的研究方法。下面以社会热点——新冠病毒为背景，创设“新冠病毒受体的研究”和“阻止新冠病毒侵染人体细胞的药物研究”情境，使学生在理解假说—演绎法的思维过程基础上，运用该方法分析和解决实际问题，提高学生的科学思维能力和科学探究能力，提升其社会责任感，从而发展学生的生物学核心素养。

1教学内容分析和学情分析

假说—演绎法是贯穿整个高中生物的一个科学研究方法，尤其是必修2中孟德尔定律的研究、遗传的染色体学说的证明、DNA的半保留复制、遗传密码的破译、中心法则等内容。该方法在浙科版教材中首次出现是在必修2第一章“遗传的基本规律”的课外读“孟德尔获得成功的原因”中。教材的介绍非常简略，不利于学生充分理解该方法的内涵。很多学生初学假说—演绎法时，不能理解假说—演绎法的思维过程，无法区分假设、推理和验证环节，更谈不上运用该方法分析和解决新的问题。所以，笔者尝试以学生熟悉的社会热点问题为切入点，帮助学生深刻理解和运用假说—演绎法。

2教学目标

1通过假说—演绎法在发现分离定律中的应用分析，理解假说—演绎法各环节的内涵，提高归纳与概括的科学思维素养。

2初步运用假说—演绎法分析“新冠病毒受体的研究”，提升演绎与推理的科学思维素养。

3通过比较假说—演绎法在发现分离定律和新冠病毒受体研究中的应用，归纳假说—演绎法的思维模式。

4讨论“阻止新冠病毒侵染人体细胞的药物研究”，进一步运用假说—演绎法探究未知问题，提升演绎与推理的科学思维素养、提问和实验设计的科学探究素养以及社会责任感。

3教学过程

3.1新冠病毒导入，提出研究问题

教师介绍新冠疫情的现状，播放“病毒进入人体细胞”的视频，介绍已知的多种冠状病毒的受体，引入本节课的研究问题：新冠病毒的受体和其他冠状病毒相同吗？从而引入未知问题的研究方法——假说—演绎法。

设计意图：教师联系当前的社会热点议题，利用生动的视频，引入本节课的学习内容，激发学生探究的兴趣。

3.2分析典型实例，理解假说—演绎法各环节的内涵

教师指导学生阅读必修2教材第一章第一节“孟德尔从一对相对性状的杂交实验中总结出分离定律”的内容，梳理分离定律的发现历程，总结出假说—演绎法的6个环节及其内涵，见表1。

设计意图：教师利用学生熟悉的典型实例分析——分离定律的发现过程，使学生体会假说—演绎法是如何应用到科学研究中的，进而准确理解假说—演绎法各环节的内涵。

3.3创设“新冠病毒受体的研究”情境，引导学生初步应用假说—演绎法

教师提出本节课的研究问题：新冠病毒的受体和其他冠状病毒相同吗？并引导学生针对问题思考作出假设。学生假设：新冠病毒的细胞受体与SARS病毒相同，均是ACE2（血管紧张素转化酶2）。教师创设情境，要求学生利用新冠病毒、SARS病毒、HeLa细胞（不表达冠状病毒受体）、人ACE2基因、ACE2抑制剂、来自人体的多种不同细胞系（人肾细胞系、肺细胞系、肝细胞系等）等实验材料，对假设进行演绎推理。学生推理的思路有多种：1若新冠病毒的细胞受体是ACE2，则它可以感染表達ACE2的细胞，而不能感染没有ACE2的细胞;2若新冠病毒的细胞受体是ACE2，则抑制ACE2的物质能抑制新冠病毒感染表达ACE2的细胞;3若新冠病毒的细胞受体与SARS病毒相同，则用两种病毒去感染一系列不同的细胞系时，两者的易感细胞系相同。

在验证环节，教师展示武汉病毒所石正丽团队发表在Nature上的文章《肺炎爆发与可能源于蝙蝠的新型冠状病毒有关》中的实验结果，与学生推理的思路1预测结果相符，由此证明了假设正确。新冠病毒的细胞受体正是ACE2，而ACE2是一种跨膜蛋白，在上呼吸道黏膜细胞、肺泡组织、心脏、眼睛、胃肠道、肾脏、睾丸等部位都有分布。所以这些部位正是新冠病毒侵袭导致人体病变的主要部位。由此，学生明确新冠病毒感染人体后的症状。

设计意图：教师引导学生在新情境中初步应用假说—演绎法，体验作出假设和演绎推理的过程，提高了学生演绎与推理的科学思维能力，使学生感悟科学的研究方法。

3.4引导学生比较假说—演绎法在发现分离定律和新冠病毒受体研究中的应用，归纳假说—演绎法的思维模式

教师引导学生在表1的基础上，梳理假说—演绎法在新冠病毒受体研究中的应用，比较假说—演绎法在发现分离定律和新冠病毒受体研究中的应用，总结共同点，进一步领会假说—演绎法各环节的内涵。并引导学生思考：若实验验证的结果与演绎推理不一致，则假设被证伪，需要人们提出新的假设继续研究。学生讨论、归纳出假说—演绎法的思维模式（图1）。

设计意图：学生通过比较假说—演绎法在发现分离定律和新冠病毒受体研究中的应用，体会假说—演绎法在不同研究中的共性，归纳出其思维模式，提高了归纳与概括的科学思维能力。

3.5创设“阻止新冠病毒侵染人体细胞的药物研究”情境，进一步引导学生应用假说—演绎法

教师展示现象：Cell发表的一项研究揭示了新冠病毒进入细胞取决于病毒刺突蛋白与细胞受体ACE2的结合，而刺突蛋白的活化依赖于宿主细胞跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）。目前，在日本有一种治疗胰腺炎的上市药物——甲磺酸卡莫司他，它能抑制跨膜丝氨酸蛋白酶2的活性，因此有望成为潜在的抗病毒靶向药。教师启发学生提出问题：甲磺酸卡莫司能阻止新冠病毒侵染人体细胞吗？学生作出假设：甲磺酸卡莫司他能阻止新冠病毒侵染人体细胞。教师引导学生利用人结肠细胞Caco-2、细胞培养液、新冠病毒、甲磺酸卡莫司他、生理盐水、培养瓶等实验材料，设计实验进行演绎推理。经过小组讨论后，学生展示实验思路：1将等量的人结肠细胞Caco-2和细胞培养液加入A、B两组的培养瓶中;2在A组培养瓶中加入适量且等量的甲磺酸卡莫司他，B组培养瓶中加入等量的生理盐水;3用适量的新冠病毒感染各组细胞;4一段时间后测定病毒的细胞进入率;5统计分析数据。若假设成立，则A组的细胞进入率显著低于B组。该推理过程得到Cell上的文章《SARS-CoV-2进入细胞依赖于ACE2和TMPRSS2，并被临床证实的蛋白酶抑制剂所阻断》的验证。由此证明了学生作出的假设正确。甲磺酸卡莫司他通过阻止新冠病毒侵染人体细胞而对新冠肺炎有治疗作用。这仅仅是新冠肺炎的治疗方法之一。病毒侵入人体细胞后在人体细胞内繁殖的过程有诸多环节，教师要注意启发学生思考：还有哪些方法可以成为研究治疗新冠肺炎的方向？

设计意图：学生在新情境中进一步应用“假设—推理法”，体验提出问题、作出假设和演绎推理的研究历程，提高了演绎与推理的科学思维能力，提高了提问和实验设计的科学探究能力，培养了开放性思维。

3.6课堂总结

教师再次呈现假说—演绎法的各个环节，总结假说—演绎法在新冠病毒研究中的应用，并向学生提出希望：人类对新冠病毒的了解是逐步深入的。科学的发展是一种螺旋式的上升过程，希望同学们以后面对未知现象时能向科学家学习，用科学态度来对待，用科学思维来论证，将基于事实或证据而发表言论当成一种内化于心的习惯，使它成为自身生物学科核心素养的一部分。

4教学反思

情境是汤，知识是盐，盐只有溶于汤中才好入口，知识只有融于情境才好理解和消化，能力只有在分析和解决情境中的问题时才能更有效地提高。本节课上，教师以新冠病毒为背景，精心创设两个情境，激发学生提出问题，引导学生利用已有的知识和经验提出合理假设，并根据假设进行演绎推理。教师展示科学家的真实实验结果，来验证学生推理，从而使学生得出结论。“新冠病毒受体的研究”情境和“阻止新冠病毒侵染人体细胞的药物研究”情境呈现递进式的关系，可以让学生步步深入地体验科学研究的历程，深度体验假说—演绎法，从而深刻理解其内涵和应用，提高归纳与概括、演绎与推理的科学思维能力，提高实验设计的科学探究能力，提升关注社会热点问题的社会责任感，从而发展生物学学科核心素养。