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| 课堂教学中培养学生猜想与假设思维能力的尝试
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作者：
发表时间： 2008-7-7 13:42:14 文章出处：
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摘要：猜想与假设是科学思维能力的一个重要组成部分，培养学生猜想与假设思维能力，对于提高学生的探究能力、培养学生的科学素养尤为重要。本文介绍了课堂教学中培养学生猜想与假设思维能力的方法与尝试。
关键词：课堂教学 培养 猜想与假设 思维能力
猜想与假设是指人们以一定的经验材料和已知的事实为依据，或以已有的科学理论和技术为指导，对未知事实或现象的原因及其规律所作的一种有一定推测性或假定性的说明，应属于科学探究过程的重要组成部分。根据问题产生背景的不同，猜想和假设的思维方法常见的有以下以种类型：类比推理法、演绎推理法和归纳推理法[1]。在生物教学实践中，依据生物学科的特点和不同的问题，我尝试在课堂教学中培养学生的猜想与假设思维能力，使他们的科学探究能力得以提高。
1.类比推理法
类比推理，即把陌生的对象与熟悉的对象类比，把未知的东西与已知的东西类比，从中得到启迪而提出猜想、形成假设[1]。
1.1胚芽鞘的向光弯曲现象，由类比推理入手，让学生尝试科学研究的第一步----提出假设。
胚芽鞘的向光性原理属于高中生物人教版第1册第4章第1节植物的激素调节的内容，教材中该知识点是以描述性内容出现的：“科学家们经过长期深入的研究发现，植物之所以能够显示出向光性，是因为在单侧光线的照射下，生长素在背光一侧比向光一侧分布多。这样，背光一侧的细胞纵向伸长生长得快，结果使茎朝向生长慢的一侧弯曲，也就是朝向光源的一侧弯曲”。如果把这个知识点按照结论性知识讲述给学生，实现使学生达到理解的教学目标，就会导致学生被动地接受知识，失去了在教学过程中培养学生能力的机会，使知识传授与能力培养相互脱节。一旦学生已接受这个知识结论，通过该知识点的教学过程培养学生能力的机会将是无法弥补的。
在教学实践中我尝试将这个描述性知识点设计成学生探究过程，利用物理实验将学生带入探究环境，较好地达成了利用知识学习过程培养学生类比思维能力的教学目标。教学过程如下：
首先，通过多媒体课件向学生展示初中物理课的一个热膨胀系数实验即：把两个不同金属条紧密粘合在一起（不能分开），用酒精灯加热，结果发现该金属条向热膨胀系数小的一侧弯曲，此时提问学生：为什么会出现这种现象？然后再介绍胚芽鞘向光弯曲实验，让学生把两个实验进行对比，同时提出问题：
①如果不考虑生理因素，仅从物理弯曲原理的角度能不能从两个实验中找到相通之处？
②背光侧生长速度较快是什么原因引起的？
③如何通过实验的方法证实背光侧生长素分布较多？请设计一个实验方案并预期实验结果。
通过上述问题，步步深入地引导学生参与探究过程，首先通过类比推理，让学生自行思考分析，认识到弯曲的实质是背光侧伸长幅度比向光侧大，由此提出假设：如果背光侧生长快，可能是背光侧生长素分布较多的原因。此时，进一步将学生思维引入更深层，让他们通过思考分析设计实验方案、预期实验结果。通过这个教学过程，学生由表及里、由现象到本质深刻理解了植物向光性原理，这个探索过程符合中学生的认识规律，学生易于接受，并且得到了类比思维能力的训练，提高了解决问题的能力。
2.演绎推理法
演绎推理是把已知的一般原理（理论）运用于某一特殊的具体的场合或对象上，并由此作出对未知事件的猜测或假设的一种方法[1]。
2.1 变温特实验为演绎推理过程，引导学生参与推理探究过程
温特实验在课本上是以叙述性内容出现的，如果把该实验步骤与原理逐步介绍给学生，仅仅让学生理解和记忆，就失去了培养学生能力的一个绝佳机会。在教学实践中，我尝试利用启发性思考题引导学生从一般的生活常识与规律开始，经过演绎推理提出实验假设及实验思路。
根据达尔文（C.Darwin）的向光性实验和丹麦人詹森（Boysen.Jensen）的实验结果可以说明感受光刺激的部位是胚芽鞘尖端，是尖端决定了胚芽鞘具有向光弯曲生长的特性。大家想一想，决定胚芽鞘向光性的到底是尖端这个结构本身，还是尖端产生的某种化学物质？我们如何通过实验的方法研究这个问题？给学生留下思考时间，然后提问一个学生，一般学生很难较好地回答。然后给学生介绍两个实验，让学生评价，旨在培养学生分析问题的能力及求真的科学态度，并且为下一步引导学生通过演绎推理提出假设及实验思路做好了铺垫。
实验1: 如果把燕麦胚芽鞘的尖端切去，在切面上放一片白明胶薄片，再将尖端放在白明胶的上面，用单侧光照射，胚芽鞘仍能发生向光弯曲。
介绍实验1后，给学生提出问题：该实验能否较好地证明决定胚芽鞘向光性的是尖端产生的某种化学物质，而不是尖端本身？学生经过讨论，能指出：由于缺乏对照实验，没有排除尖端本身对实验结果的干扰，这时介绍第二个实验。
实验2: 将实验1改进，增加对照实验，对照组不用具有透水性的明胶片，而改为不透水的塑料片，结果实验组有向光性，对照组没有向光性。
介绍实验2后提问：该实验是否能较好地说明决定胚芽鞘向光性的是尖端产生了某种化学物质而不是尖端本身？学生讨论后能提出：该实验不严密之处在于设定了两个实验变量，即：化学物质能否向下传递和明胶、塑料两种材质的不同。不能排除明胶和塑料两种材料对实验结果的干扰。
分析完两个实验后，学生已经对这个实验有了较深刻的认识，能够认识到实验设计的关键是排除尖端本身对实验结果的干扰，此时提出新问题：要排除尖端本身对实验结果的干扰，就不能直接用尖端去处理实验材料，大家想一想，假如尖端的确产生了某种化学物质，能不能找到一种能够吸附该物质的基质？该基质应具备哪些特点？给学生留出思考时间，然后提示学生，我们都吃过果冻，让学生回忆并总结果冻的特点：胶状物，吸附有蔗糖、维生素等营养物质，正好符合我们要找的基质无毒，有较强吸附能力的特点。并告诉学生，果冻其实就是用一种从海藻提取的一种叫做琼脂的胶质制作的。这样引导学生从生活常识联想到科学实验，学生建立了这个基本思路后很容易就可以提出实验假设：如果尖端产生了决定胚芽鞘向光性的某种化学物质，用琼脂块收集这种物质后，琼脂块就可以影响胚芽鞘的弯曲生长。
这时再引导学生设计实验，学生一般都能顺利把实验设计出来。该过程不仅较好地对学生进行了科学方法教育，还培养了学生的演绎推理能力。
3.归纳推理法
归纳推理法，指把在特殊情况下已经证明无误的规律，或对部分对象（或过程）研究所得出的结论，运用归纳推理的方法，提高到一般情况中去，也是提出猜想、形成假设的一种比较重要的方法[1]。
3.1 利用基因分离定律归纳推理基因自由组合定律
基因的自由组合定律是建立在基因分离定律基础上的，学生学习了基因分离定律之后，已对细胞中基因的存在和行为及其与染色体之间的关系有了一个清晰的认识，在学习基因自由组合定律的时候，可以充分利用学生已经掌握的基因分离定律为基础，设计归纳推理的探究教学过程，让学生在学习知识的同时得到科学思维方法的训练，较好地达成知、能一体化的教学目标。
3.1.1 自由组合定律的学习，由基因分离定律入手，引导学生归纳推理，提出假设
我们已经知道了基因在细胞中都是成对存在的，在形成配子时，控制每个性状的一对基因都要分离进入两个不同的配子。如细胞内有Aa一对等位基因，会形成A和a两种类型的配子。大家想一想，细胞中不会只存在Aa一对等位基因，如果同时考虑位于两对同源染色体上的两对等位基因Aa和Bb，会出现什么现象？（1）单纯只考虑Aa或Bb时，是否符合基因的分离定律？（2）如果同时考虑Aa和Bb，请结合分离定律和减数分裂的有关知识，绘出减数第一次分裂中期的细胞图象。（3）该生物能形成几种配子？
根据上述问题，在课堂上统计学生所画出的细胞图象的两种情况，即①AB与ab将要分离和② Ab与aB将要分离。引导学生提出假设：同时考虑Aa、Bb两对等位基因，形成配子时如果A和a分离，B和b分离，A和B或b结合的机会均等，a和B或b结合的机会亦均等，该生物会产生四种类型且数量相等的配子：AB、Ab、aB、ab。
3.1.2 引导学生设计实验，检验假设
如何证明上述假设是否成立？请大家首先看孟德尔所做的一个两对相对性状的遗传学实验，然后自行设计实验验证。这时给学生介绍孟德尔的实验过程及结果，并告诉学生：我们的假设和孟德尔对实验结果的解释是一致的。这时，学生会感受到成功的快乐，建立一种成就感，这种成就感会激励他们乐于进一步的探究。把孟德尔实验的两对相对性状（黄色与绿色，圆粒与皱粒）和前面提出的假设联系起来，并提出探究性思考题：（1）我们要验证AaBb个体产生配子时，非同源染色体的非等位基因是否表现为自由组合，是不可能直接观察到的，因为基因太小了，应该怎么办？（只要知道AaBb个体产生了基因型分别为AB、Ab、aB、ab的四种类型的配子并且数量相等，就能间接知道A和B或b、a和B或b是自由组合的）（2）配子不能直接生长发育并表现出基因所控制的性状，怎么办？（如果找到一种配子，只含隐性基因，不影响F1配子中任何基因的表达，让这种配子和F1的所有配子结合成为受精卵并发育成为个体，就能观察到AaBb个体是否产生了基因型分别为AB、Ab、aB、ab的四种配子，以及四种配子的数量比例）（3）如何才能得到这种配子？（凡两对基因均为隐性纯合的个体即aabb，产生的所有配子均为ab）（4）实验应该如何设计？（测交实验）
通过上述4个小问题，教师适时提出来，通过师生互动的谈话法解决问题，问题解决的同时，学生也就把实验方案设计出来了。大多数学生能根据上述问题设计出实验方案：让AaBb和aabb杂交，由隐性纯合体aabb提供ab类型的配子，与AaBb个体产生的所有配子受精，使每个受精卵都发育，因为ab不影响AaBb产生的配子内任何基因的表达，所以后代表现型的种类就代表了AaBb个体所产生的配子类型。所以我们就可以根据子代表现型逆向推理，验证AaBb产生配子时A和B或b、a和B或b是否自由组合。学生回答后，教师给予肯定和表扬，并告诉学生孟德尔当年的测交实验和我们的实验设计是相同的，让学生再次感受成功的乐趣。
该教学过程使学生体验了归纳推理思维法的过程，同时也对学生进行了科学方法的训练，其科学思维能力的提高是必然的。
科学研究是一项艰巨的创造性劳动，任何科学发现和科学理论都是在一定背景下，经过科学家精心地实验观测、复杂的思维活动后的产物，而猜想与假设往往是科学发现的开端，科学的发展离不开假设。所以培养学生的猜想与假设思维能力，是中学生物教学目标的重要内容，是学生科学素养的重要组成部分，对于提高学生的探究能力尤为重要。
参考文献
[1]王溢然著.猜想与假设.郑州：大象出版社，1999.9:53-67
该文章发表于《生物学教学》2006年第5期
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