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培养学生“假设形成”能力的策略

2012-08-31 |浏览:3984次 | 编辑: 加载失败
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原载:《生物学教学》200711

本文针对“假设”的形成途径及其品质从“假设形成”的情感培养、方法指导以及加强对学生发散思维训练、帮助学生建立完善的知识结构和认知结构、通过生物学探究学习实践“假设形成”等方面提出了中学生“假设形成”能力培养的教学策略。

假设形成 能力培养 教学策略

生物学是一门实验科学绝大多数的科学研究均经历了“现象观察→假设形成→ (理论解释) →实验验证→得出结论”这几个阶段。实际上我们可以把整个研究过程分成两大步骤即假设的形成和假设的检验。而一旦提出假设我们的研究就有了努力方向因此在研究设计中形成假设是一个关键的环节。假设的好坏对于研究质量和水平具有决定作用对于数据的利用具有指导作用。然而现阶段中学生生物学假设形成能力的现状却令人担忧。有研究者调查后指出“大部分学生还是不太善于围绕所要解决的问题根据新获得的事实材料对探究问题做出假设”“说出假设合理理由的能力得分尤其低”。可见学生假设形成能力的培养任重而道远。

假设是学生根据已有的知识、经验和新的科学事实对所研究问题的规律、现象或结果所产生的原因所作的假定性的推测和解释。假设可以来自于已有的理论也可以是别人的研究或者系统的观察。

1.1 科学性

假设的科学性主要强调来源的客观性和合理性。假设的提出应当是以一定事实为依据的不能主观凭空幻想。这些事实依据可以是个人长期观察和实践的结果也可以是他人的经验总结。总之假设应是学生在对某一问题的原因或现象进行思考时是基于与问题相关的已有知识、经验和新的科学事实上的也就是说提出的假设应是客观合理的。这里有两层含义第一说假设是合理的是因为用于假设的事实和理论虽不充分但却真实可靠。如著名的科学家罗伯特·波义尔在一次实验中不小心将盐酸溅到紫罗兰花瓣上过一会儿他惊奇地发现紫色的花瓣上出现了红点波义尔对这一意外发现作出种种假设①用醋或其他酸液是否也能使紫罗兰花瓣汁液从蓝色转变为红色②除紫罗兰花汁外玉米花玫瑰花苏木(即巴西木)樱草洋红及石蕊等花汁是否也有类似颜色的变化③除酸以外碱是否也能引起颜色变化。波义尔从偶然发现的现象中作出合理假设事实虽是个别但随着假设的证实却成为指示剂的发明家。

第二假设不应与已证实的相关概念、原理、验证过的事实相矛盾。新的假设应能解释已有事实如果假设同其中的一个事实不符那么这个假设就应抛弃或修正。如孟德尔在自由组合定律的提出过程中针对两种性状,曾产生两种假设①两对等位基因位于同一对同源染体上②两对等位基因分别位于两对同源染色体的。但孟德尔利用减数分裂对假设①进行解释发现F2代只有两种表现型事实有4种表现型故假设①不成立。

假设一般要经过提出假设和验证两个阶段。验证既可以证实也可以证伪无论证实和证伪都能有效提高学生认知加工的水平和层次。

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1.2 推测性

假设是在不完全或不充分的经验事实基础上推导出来的是有待实践证实的因而与学界承认的科学理论不同。它对一些现象或事件的出现能够做出尝试性的、合理的解释因而有一定的预测性。假设本身正是科学性与推测性的统一确定性和不确定性的统一。

1.3 多样性

由于学生已有的知识经验、认知结构等方面存在着差异性因而要学生基于已有知识、经验和新的事实进行假设时他们可能会从不同的角度和不同的层面提出多种不同的猜想与假设。

1.4 可检性

可检性是假设的重要特点是衡量学生作出的假设质量的重要因素。假设的可检性是指学生提出的假设能用现有的科学知识和科学方法可以验证和检验的。

1.5 曲折性

完整和真实的假设形成一般不可能一次完善大多数要经过若干次假定→检验→再假定→再检验根据检验的客观证据不断修改与补充才能逐步完成。在验证假设时有的假设可能被否定有的假设可能起到了提示、启发和桥梁的作用。所以一个正确假设的建立往往需要经历实践→认识→再实践→再认识的一个螺旋式发展过程。

例如细胞学说的建立首先是施莱登通过对植物体的观察归纳提出了“植物体由细胞构成”的假设随后施旺把这一见解扩大到了动物界。后来经过许多生物学家补充修改日趋完善形成了“生物都是由细胞和细胞的产物所构成”这一假设。现在我们知道这一假设也是不完善的因为病毒是没有细胞结构的。同样对酶化学本质的探索也经历了“酶是一类蛋白质”到“绝大多数酶是蛋白质少数是RNA”的假设。由此我们可以看出科学的假设是一个不断发展、不断完善的过程。

1.6 表述的明确性

研究假设要以叙述的方式说明两个或更多个变量之间可期待的关系。假设的概念要简单表述要清晰、简明、准确条理分明结构完整假设命题本身在逻辑上无矛盾。例如“植物的生殖生长抑制营养生长”这一假设对两个变量生殖生长和营养生长之间的关系就很明确抑制!

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2.1 构建知识网络形成知识块

要形成假设必须对相关的理论知识、背景知识有相当的了解。所以我们要让学生不断地积累知识丰富生活经验构建知识间的内在联系这是学科能力向综合能力转化的知识基础。能力是建立在知识这个载体上的。例如生命的物质和结构系统、生命的自我更新和调节系统、生命的自我复制和发育系统以及生物与环境关系系统这四大系统共同构成全书的知识系统。在教学和复习过程中将知识系统化网络化才有利于知识的迁移这是实现学科能力向综合能力转化的基础。

2.2 注重假设形成方法的教学

假设是一种科学方法是人们思考问题的一种思维方式。假设的形成有很多种方法常用的有以下三种方法归纳和演绎法、分析和综合、类比法。学生掌握假设形成的科学方法才能对许多问题进行多样性的假设提出假设也会更具有合理性、可检性。

2.2.1 归纳和演绎 归纳和演绎是一对思维方向相反的推理形式和思维方法。归纳法是一种从特殊、个别事实所获得的认识和规律提高到一般性的认识和规律的方法。具体说来运用归纳法形成假设就是从实验和观察的事实材料、实验数据出发归纳推理出理论性的一般的结果或规律。而演绎法则指一般到特殊的推理方法。它的特点是前提与结论之间的联系具有蕴涵关系即只要是推理的前提是正确的推理的形式合乎逻辑那么推进的结论必然是正确的。例如施莱登和施旺运用归纳推理提出了细胞学说孟德尔对测交实验的预测则是成功地运用了演绎推理。在生物学教学中有很多可以培养学生归纳和演绎能力的资源教师可以充分地挖掘利用。如以松作为代表植物研究它的形态结构、生活习性和生殖方式之后概括出裸子植物的主要特征学习原生动物时以草履虫作为代表动物通过叙述草履虫的生态环境用显微镜观察草履虫的形态结构和运动情况用实验探究草履虫对刺激的反应概括出原生动物的主要特征通过研究酵母菌、青霉、曲霉和蘑菇概括出真菌的主要特征。这些都是训练学生归纳能力的好资源。而利用各种颜色反应如用碘来鉴定光合作用产物、用斐林试剂鉴定还原性糖等则是培养学生演绎能力的好材料。

2.2.2 分析和综合 分析是把研究对象的整体分解为一个个部分分别加以研究的方法。例如为了研究各种细胞器的化学组成必须将各种细胞器从细胞中分离出来分别加以研究。这样的研究使人们对事物的认识越来越深入但也容易导致只见树木不见森林。综合是指把研究对象的各个部分或各个方面联系起来考察从整体上去认识和把握研究对象的思维方法。分析是综合的基础综合是分析的发展两者是相互依存、相互渗透甚至是相互转化的。例如关于细胞的结构和功能教科书先采取分析的方法引导学生认识细胞膜、细胞核和各种细胞器的结构和功能这就是分析接下来引导学生认识细胞内各种细胞器的协调配合、细胞的生物膜系统从整体上认识细胞这就是综合。孟德尔取得成功也与分析和综合分不开他首先是分析——把各对相对性状分别进行思考然后是综合——把各对相对性状整合在一起思考从而提出了著名的基因的分离定律和自由组合定律。

2.2.3 类比 类比是指根据两个研究对象的相同或相似方面来推断它们在其他方面一致性的一种思维方法和推理形式。与归纳和演绎不同的是类比是从特殊到特殊、从一般到一般的推理。例如教材中介绍的萨顿的推理(根据基因和染色体行为之间的平行行为推断基因位于染色体上) 就是类比推理的范例。在科学研究中类比推理是假设形成的重要途径往往可以导致新发现、新理论。但是应当注意的是类比推理的结论具有或然性可能是正确的也可能是错误的其证实或证伪还需要通过观察或实验。

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2.3 加强学生创造性思维的培养

从假设形成的特点来看加强学生创造性思维的培养有助于提高学生的假设形成能力。创造性思维包括发散性思维和聚合性思维具有流畅性、灵活性和独创性等特点。假设首先是根据与问题相关的已有的知识经验和新的科学事实从不同的角度、不同的层面提出多种不同的假设运用的是发散性思维然后运用聚合性思维对所提出的假设进行评价和反思对那些不符合科学性的不能用现有条件、实验等方法进行检验的假设进行修正或抛弃使学生提出的假设更科学、合理从而提高学生的假设形成能力。

2.4 利用实验异常现象培养学生的假设形成能力

教学过程是预设性和生成性的矛盾统一体更是一种动态生成性过程。许多生物学课程资源都是在课堂教学中动态生成的。实验是生物学的学科特征开展实验教学(特别是探究性实验教学)是提高学生科学探究能力的一种重要方式和手段。由于实验条件、实验装置、实验药品、实验操作等许多客观因素和人为因素的影响无论演示实验还是学生自主探究性实验在实验过程中有时会出现实验异常现象。这时教师应该积极地开发和利用实验异常现象这一重要的课堂教学生成性资源利用它来提高学生的假设形成能力发展学生的科学探究能力。

例如在利用斐林试剂鉴定蔗糖和葡萄糖的还原性时有时会发现蔗糖中也生成了砖红色沉淀。这时教师应引导学生分析实验提出假设。在本例中学生会提出“蔗糖发生水解”这一假设并进一步设计实验去证明。

2.5 运用生物学史料培养学生的假设形成能力

科学的发展过程从一定意义上说是假设不断被证实或证伪的过程是沿着假设—理论—新假说—新理论的途径不断地向前发展的过程。可以说一部科学发展史就是一部假说和理论更迭的历史生物学发展的历史也是科学探究。所以在生物学教学中可以运用丰富的生物学史料让学生充分认识假设形成的重要性和科学家探究未知世界时所运用的假设的科学方法培养学生假设意识和能力进而发展学生的科学探究能力。

例如对“细胞膜分子结构”这一内容的教学让学生阅读“单位膜模型”的资料形成假设。随着科技的发展然后分析后续资料完善假设。通过对细胞膜结构的探索过程不断地形成假设、发展假设从而体验细胞膜结构的发现经历了“单位膜模型液态镶嵌模型晶格镶嵌模型”的过程。


(责任编辑:王翔)


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(原文章信息:标题:,作者:殷加余   ,来源:转载    ,来源地址:)

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