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假說演繹法在高中生物模型建構的應用論文
摘要：“假說-演繹法”在高中生物模型建構中占據(jù)重要地位，以建構“種群數(shù)量增長曲線的數(shù)學模型”為例，運用“假說-演繹法”進行模型建構的教學實踐和研究，將“假說-演繹法”與模型建構的方法有機結合，使模型建構更加有章可循，有法可依。同時，還有助于學生在科學探究中主動生成知識，有助于訓練學生的邏輯推理能力。
關鍵詞：“假說-演繹法”;生物模型建構;應用方法
《普通高中生物課程標準(實驗)》的“課程設計思路”對“遺傳與進化”模塊的教學價值做了闡述，特別指出了這個模塊對學生理解“假說演繹”“建立模型”等科學方法具有重要作用。這里提到的科學方法，如“假說演繹”“模型建構”等對提高每個高中生的生物科學素養(yǎng)至關重要�！凹僬f-演繹法”主要應用于必修2“遺傳與進化”模塊中的“孟德爾的分離定律和自由組合定律”“基因與染色體的關系”等，在其他方面的應用卻很少甚至沒有。我通過教學研究與實踐嘗試，將“假說-演繹法”應用于模型建構中，取得了良好的教學效果。
一、“假說-演繹法”在高中生物模型建構中的應用
1.認知心理學認為，人類的知識和經驗不僅包括概念體系，還包括外觀。前者有概念、原理、規(guī)律和理論；后者的構圖包含想法和印象。因此，對于學生而言，模型提供的概念和印象，一方面有助于學生對系統(tǒng)知識的獲取，另一方面也有助于學生知識的構建�！凹僬f-演繹法”在高中生物模型建構中的應用，對于學生建模思維和建模能力的培養(yǎng)與提升具有重要意義，是現(xiàn)代科學研究中形成和構造科學理論的一種重要思維方法�！凹僬f-演繹法”運用于模型建構中，不僅能培養(yǎng)學生的探究能力，還有助于提高學生的生物科學素養(yǎng)。我曾將“假說-演繹法”分別運用于“生物膜的流動鑲嵌模型”構建物理模型、“種群的數(shù)量變化”構建種群增長的數(shù)學模型、“光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程”構建概念模型：光合作用的反應式等，均取得了很好的教學效果，得到了同行的贊同。下面我以必修三第四章第二節(jié)“種群的數(shù)量變化”一節(jié)教學內容為例，具體談談“假說-演繹法”在生物模型建構中的應用。
創(chuàng)設合理情境，提出相應問題一個好的情境不僅能使學生身臨其境，同時也能使學生提出的問題更具有針對性。比如，教師可以為學生播放“大腸桿菌的分裂繁殖”視頻，使學生真實體驗到細菌由一個變二個、由二個變四個、由四個到八個，依次類推。然后教師補充“大腸桿菌每20分鐘分裂一次”，這時，學生自然就會提出“120小時后共有多少個大腸桿菌？”
2.分析問題，做出合理的假說師生要對提出的問題進行分析，例如，視頻中的“大腸桿菌”為什么可以不受限制地分裂下去，產生許多個相同的后代？教師通過分析后提出“在無限的資源和空間環(huán)境中，大腸桿菌種群的增長不受種群密度增加的影響”這一假說。
3.根據(jù)假說，進行演繹推理“在資源和空間無限的環(huán)境中，大腸桿菌種群的增長在不受種群密度增加的影響”的條件下，1個大腸桿菌分裂720分鐘后，可以產生多少個大腸桿菌？學生嘗試用數(shù)學方程式、表格、曲線圖等形式表示，起始數(shù)量為1，繁殖代數(shù)為n，第2代是第1代的2倍，第n代后大腸桿菌的數(shù)量為N=2n。由此推導出“若某種群的起始數(shù)量為N0，時間為t，假設該種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是第一年的λ倍。則t年后該種群的數(shù)量Nt=N0λt。學生根據(jù)數(shù)學方程式繪制出相應的曲線圖，如圖1所示。該曲線和英文字母“J”相似，故叫“J”形增長曲線。但該公式及所繪制的曲線圖在自然條件下或有限的資源空間下是否依舊適用呢？是否適用于其他種群呢？故需要設計實驗進行驗證。
4.設計實驗并進行實驗，驗證假說的正確性
�。�1）實驗材料選擇任何一個實驗，材料的選擇都非常重要。孟德爾之所以能夠成功，關鍵是正確選擇了豌豆做實驗材料，摩爾根也是如此。本實驗需要選擇一種繁殖速度快、便于統(tǒng)計、生活中經濟實惠又容易獲得的生物，故教材選擇了酵母菌作為實驗材料。
（2）設計實驗，并進行實驗將酵母菌放在10mL酵母菌培養(yǎng)液中培養(yǎng)，每天上午10點左右使用血細胞計數(shù)板對其進行統(tǒng)計并記錄實驗結果，連續(xù)培養(yǎng)5天，然后教師將實驗結果展示給學生（見表1）。學生根據(jù)數(shù)據(jù)進行描點作圖，繪制出相關的曲線圖（如圖2所示），并與之前繪制的Nt=N0λt的曲線圖（圖1）作比較。
�。�3）分析實驗結果比較圖1和圖2的曲線可知：在10mL酵母菌培養(yǎng)液中培養(yǎng)酵母菌，由于資源空間有限，因此種群數(shù)量增加到一定程度后穩(wěn)定在某一范圍內。圖2所示曲線并不像“J”，而像“S”，故該曲線稱為“S”形增長曲線。
（4）修正實驗假說，得出實驗結論綜上可知：①在食物、空間充足，氣候適宜，沒有敵害等理想條件下，種群的數(shù)量呈“J”形增長。②在有限的資源空間中，種群的數(shù)量不可能無限增長，而是呈“S”形增長。
�。�5）進一步探究，不斷修正在有限的資源空間中，酵母菌的數(shù)量從第4天以后會一直維持在1300個/mm3左右嗎？新問題的出現(xiàn)，需要學生進行進一步探究。該問題可以留給學生課后完成。
二、“假說-演繹法”在高中生物模型建構中應用的反思
1.“假說-演繹法”在高中生物教學中的作用首先，“假說-演繹法”有利于提高學生的生物科學素養(yǎng)。在高中生物課堂教學過程中，教師要精心挖掘教材中的生物模型素材，對學生將要學習的理論知識進行假設，然后引導學生進行演繹推理，再通過實驗的方式加以驗證，讓學生親身經歷一次“真實”的實驗研究過程，以此培養(yǎng)學生思考問題和解決問題的能力。其次，“假說-演繹法”有助于學生在科學探究中主動生成知識。教師運用“假設-演繹法”的基本過程組織教學，能使知識有更清晰的主線。學生遵循這一主線，改變和優(yōu)化了死記硬背的學習方法，較好地掌握了事物的本質，知識體系的構建基本形成，學生的學習主動性和興趣也被充分激發(fā)，大大提高了課堂效率。再次，“假說-演繹法”有助于培養(yǎng)學生的邏輯推理能力。假說的提出，要求學生思維靈活且具有創(chuàng)造性，而演繹推理的運用，彰顯的是嚴謹細致的學習態(tài)度，這有助于訓練學生的邏輯思維。最后，“假說-演繹法”使模型建構更加系統(tǒng)化。高中生物模型主要有物理模型、數(shù)學模型和概念模型三種，其建構方法各不相同。嘗試運用“假說-演繹法”進行模型建構的教學實踐和研究，將“假說-演繹法”與模型建構的方法有機結合，使模型建構更加有章可循，有法可依。
2.“假說-演繹法”使用時應注意的問題
（1）教師應適當?shù)匾龑А凹僬f-演繹法”不能使用灌輸和疊加等方法，相反，它要求教師和學生有意識地達成一致。當教師使用“假說-演繹法”來建立模型時，應切實重視學生能力的發(fā)展，而不應直接告訴學生自己的想法，否則會削弱學生自主學習的動力。教師的指導是非常重要的，教師要引導學生用“假說-演繹法”來分析教科書，以解決遇到的實際問題。
�。�2）給學生更多思考的時間和空間生物課堂教學高效的保證之一是學生積極的思考。對構建生物模型，教師需要做的是既要分析、推理、歸納、演繹，又要精心設計好激發(fā)學生想象的思維活動，還要在提出問題后或者學生提出問題后，給學生思考和討論的時間和空間，引導學生進行深入的研究、分析、討論，這對生物模型的構建十分重要。
三、結語
綜上所述，在高中生物模型建構中，科學地應用“假說-演繹法”對于培養(yǎng)學生生物建模思維水平，提升學生生物建模能力有重要的作用和深遠的意義。“假說-演繹法”在模型建構中的運用，可以促進學生更深入地探究學習，豐富和增強學生的生物科學素養(yǎng)。因此，針對“假說-演繹法”在高中生物模型建構中的應用，教師應在教學情境中提出問題，讓學生對提出的問題進行深入分析研究，并在此基礎上做出科學合理的假說，根據(jù)合理的假說，用實驗來驗證假說是否正確。教師要引導學生應用好“假說-演繹法”，指導學生進行深入思考、討論，從而切實提高高中生物的教學效率和質量。
參考文獻：
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