善用科学史增进逻辑思维能力 附基于科学史训练逻辑思维的教学设计.docx

《善用科学史增进逻辑思维能力 附基于科学史训练逻辑思维的教学设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《善用科学史增进逻辑思维能力 附基于科学史训练逻辑思维的教学设计.docx（6页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、善用科学史增进逻辑思维能力摘要：逻辑思维是人的理性认识阶段。科学核心素养要求学生必须培养逻辑思维能力。充分利用科学史材料，可以通过重演、分析评价、推理等方式，培养学生在判断概括、分析比较、综合推理等方面的逻辑思维能力。关键词：逻辑思维;科学史;科学核心素养学生常常抱怨看不懂题目，尤其是说理题和探究题中的评价问题，找不到切入点，答案写成了小作文，却还是一无所获。笔者总结学生的解题过程，发现了原因：青少年思维逻辑性较差，主要体现在对某些现象或问题的条件乱套或因果顺序混乱，导致学生对事物的本质分析不清。一、逻辑思维的内涵获得知识的方法有多种，而整理知识最有效的方法就是逻辑思维。所谓逻辑思维，是指人运

2、用概念、判断、推理等思维类型反映事物本质与规律的认识过程。逻辑思维是一种理性认识活动，人们首先把收集到的具体信息材料抽象成概念，然后进行判断，并按一定逻辑关系进行推理演绎，从而产生新的认识。逻辑思维具有规范、严密、确定和可重复的特点。逻辑思维核心理论包括归纳与演绎、分析与综合、抽象与概括、比较思维法、因果思维法、递推法、逆向思维法，而运用和掌握这些思维形式和方法的程度，就是逻辑思维的能力。二、科学核心素养要求学生必须培养逻辑思维能力科学课程的学习内容应该包括知识及获得知识的方法。知识可能会落伍、会不适用于各种不同的实际情况，但获得知识的方法是通用的，分析比较推理综合的能力才是适用于未来社会发展

3、和个人终身成长的必备品格和关键能力。整个获得知识的过程，就是逻辑思维能力。有人将科学学科的核心素养定义为：学生在接受科学教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过科学学习内化的带有科学学科特性的品质，是科学学科育人价值的集中体现。科学学科核心素养包括四个方面：科学观念及应用，科学思维与创新，科学探究与交流，科学态度与责任。贯穿科学的核心素养的四个方面的认识过程，用抽象的思维将事物的本质及物质间的内在联系概括归纳，这个过程就是逻辑思维的过程。所以说科学学科核心素养要求学生必须培养逻辑思维能力。学者归纳出培养逻辑思维的方法主要有：提供感性材料，促使抽象和概括

4、能力的开发，注重知识的迁移和转化，在练习中突出思维的引导作用等。三、充分利用科学史材料，培养学生的逻辑思维能力科学史是科学课程的重要组成之一，同时科学史也是宝贵的教学资源，其独特的研究视角和丰富的内涵决定了它具有多方面的教育价值。L创设情境，重演历史上的实验过程现在的科技进步是无数代科学研究工作者摸索的结果，这个过程中出现了无数的里程碑式的重要发现或发明。创设情境，引导学生重现当时的实验，培养学生判断和归纳的能力，着重培养因果逻辑。以奥斯特实验为例。课堂教学中以“如何判定一个铁钉是否有磁性”作为开始，然后学生分组实验判断通电前后导线周围是否有磁场。由于事先没有说明小磁针的摆放方向和观察的时机，

5、所以还有几组学生没有成功。而这恰与科学史重合了。借此契机，学生讨论电生磁实验的机要。科学不仅仅是静态的原理知识，更是动态的实验过程和推理发现的过程。学生只有经历了意外，才会更慎重地通过重演实验过程，用心归纳其操作要点后，更会思考失败背后的原因，从中更深刻地理解响应的科学原理。2 .转换视角，评价当时的实验过程和实验结论科学进步不是一蹴而就的。许多科学发现都受限于当时的整体科学认知，最后会被判定错误或不准确。但不能否认，这些错误发现对当时的整体社会而言已经是一种进步。解析科学史的材料，引导学生以现在的科学眼光，评价当时的实验过程和实验结论，培养学生的分析比较的能力。以海尔蒙特实验为例。在探讨“光

6、合作用的条件”的过程中，以海尔蒙特实验为线索分析。引导学生分析当时的结论“海尔蒙特认为使柳树生长的主要物质不是来自土壤，而是水Z寻找其中的科学错误。但这个错误并非海尔蒙特的过错,实际受限于当时的人们对空气的认识不足导致的。通过分析科学史上某些重要实验的不足，学生能增加对科学概念和科学方法的判断，同时以现代的视角，重新设计更科学更合理的实验，培养学生应用和表达的能力。3 .合理推理，综合认识科学历史与科学观念科学史不仅是对过去实际发生的事情的述说，也包括对这种述说背后起支配作用的观念进行反思和解释。在初中阶段，地球形状的认识过程、宇宙的起源，这两段科学史的描述都是从占人的认知开始，由于观察工具等

7、技术的进步，最终形成了新的认识。分析历史的同时，引导学生同论背后起支配作用的观念如神学、唯物学等。比如的板块构造学说及自然选择学说，书本对这两个学说的叙述相对较详细，并且其建立过程涉及多方面的证据，如古生物学、地质学、生物生理学等，学生没有那些知识储备，无法自行举证，所以一般是在课堂中进行逻辑分析的训练，如“对下列材料进行分析，判断它能否成为大陆漂移说的证据另一方面，以现有的学说和事实为证据，引导学生推理学说与事实不相符的矛盾之处，综合认识利.学历史和科学观念。综上所述，科学史是科学彝展的过程记录，是以前的科学家思维过程的具体化内容。通过重新整理、挖掘、解构科学史材料，学生能感受、模仿前人的逻

8、辑思维，并培养出自己的分析、比较、归纳、综合、推理能力，提高个人的科学核心素养，适应以后的社会发展和个人终身学习。参考文献1胡珍儿.初中科学教学中提升学生的逻辑思维能力对策研究J.新课程(中学)，2017(11).章国富.在初中科学教学中培养学生的逻辑思维能力J.明日，2019(12)：126-126引费萍萍.浅析初中科学课程中学生创新思维的培养J.中学课程辅导(教师通讯)，2018(09)基于科学史训练逻辑思维的教学设计FI代个体间进行杂交RWXXRWXGamerxwrxwFlRWXX(25%)RWXX(25%Rgi(25%)WWX(25%)Redfcnc%)(Redfemale*)(Red

9、fcnc*)(Whitewlc*)WX-WWhitcnwlr)RX-RXRWXX(50%)RWX(5O%)(RedtgaIoO(Rcdnle)图I库尔根进行的杂交实验,、H等位基因一将同源一色体的分开而分/依一尔定律的现代IH非同源染色体上的非等位唯因的非同源柒色体而自由切合基因在染色体上W,、,一一、/、IJ（提出者）（萨顿q（“色体与携因的行为变化”推理“将因在染色体上”qXCXX（证明者）摩尔根q（果蝇杂交实验-假说-绛某因在染色体上）图2学生构速的思维导图摘要以“基因在染色体上”的探究史为主线展开教学，通过10则小资料及问题串相结合，引导学生重演萨顿及摩尔根团队的思维过程，逐步发展学生

10、的归纳与概括、演绎与推理的科学思维，自主推理基因与染色体的位置及数量关系，并尝试解释孟德尔定律的实质。关键词科学思维科学史教学设计基因染色体普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）（以下简称新课标）指出学生通过对高中生物课程的学习逐步形成科学思维的学科核心素养，而科学思维是尊重事实和证据，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。“基因在染色体上”这一研究成果经历了近15年的探索，包含了大量的遗传实验事实。教师若能将此研究过程串成证据链，呈现证据，使学生沉浸式地体验科学探究的过程，阐释遗传现象，从而可以发展学生的归纳推理、演绎与推理等科学思

11、维。1教材分析“基因在染色体上”位于人教版2019年版必修2遗传与进化（以下称“新教材）第二章第二节，衔接孟德尔遗传定律及减数分裂、受精作用，阐明了遗传因子与染色体（同源/非同源）的关系。在科学史上，研究减数分裂的萨顿为提出者，摩尔根团队在研究过程中以果蝇为实验材料，运用假说-演绎法，“误打误撞”地成为证明者，并发现伴性遗传，为后面学习“伴性遗传”埋下伏笔。新教材中问题探讨的问题有所“升级：不再直白提示学生遗传因子与同源染色体的联系，转而引导学生思考人类基因组测序的染色体数量问题。这与新课标的发展“科学思维”不谋而合。新教材编者基于对类比推理法概念的理解及萨顿提出“等位基因与染色体行为的相似性

12、”这一科学事实的分析，将“类比推理”删除，同样也是尊重事实和证据，运用科学的思维方法认识事物的体现。2教学目标1说出细胞学和遗传规律的有关基础知识;阅读萨顿的论文信息，认同科学需技术的支持，通过移动染色体和遗传因子的活动，理解萨顿提出的假说。2分析摩尔根团队的科学史材料，推理“基因在染色体上”的实验证据，并运用假说演绎法分析果蝇杂交实验，认同科学研究需要团队合作，大胆质疑及勤奋实践。3尝试阐明孟德尔遗传定律的实质。3教学过程3.1导入学生通过参与希沃白板的“趣味分类游戏一孟”派VS减”派大挪移游戏，温故知新，分析孟德尔定律中遗传因子与减数分裂中染色体的行为特点。3.2 学习新知3.2.1 学习

13、提出者萨顿的假说教师提供阅读资料1、2,介绍科学家蒙哥马利及萨顿在减数分裂、受精作用过程中关于染色体的研究成果，以及萨顿提出的假说。11901年，蒙哥马利研究椿象减数分裂提出染色体在体细胞中成对存在。2威尔逊的学生萨顿观察的对象是蝗虫细胞，在其1902年发表的文章中表明蝗虫细胞有成对的同源染色体，并于1903年发表的文章中表明雌性蝗虫卵原细胞含22条常染色体，雄性蝗虫的精原细胞含23条染色体，产生的两种配子分别含12条、11条。教师提出问题，引导学生思考：1材料中的信息与人们现在对蝗虫染色体组成的认识有什么异同点？差异的原因是什么？2萨顿提出假说“基因在染色体上”的依据是什么？学生通过讨论,分

14、析资料,从而理解当时的科学技术的限制了科学家对生命现象的认识。学生在认同萨顿假说后，进行实操体验，利用平板，移动配子形成过程的染色体及遗传因子，体验并理解“基因在染色体上3.2.2 学习证明者摩尔根团队的果蝇杂交实验教白币提供资料3-10,介绍摩尔根的性格及其做果蝇杂交实验的背景，呈现研究历程。学生根据事实，推理“基因在染色体上”的实验证据。31908年，摩尔根开始在实验室培养果蝇，想看看是否能在动物中发现德佛里斯式的新种水平大突变。4在1910年1月，摩尔根发现了几个突变体，将突变体与野生型杂交后，子代性状比都不是明显的3：1或者9：3：3：1。51910年5月，摩尔根在他的培养瓶中发现了一

15、只白眼雄果蝇，将它与一只正常红眼雌果蝇杂交,子代性状比符合孟德尔比例，但白眼性状只出现在雄果蝇。该杂交实验如图1所示。619051908年，植物学家和动物学家的细胞学研究清楚地说明雄配子（花粉或精子）有两种类型：携带X染色体或Y染色体。对于大多数生物来说，雄配子决定性别。7红眼雌果蝇有纯合体和杂合体两种类型。而雄果蝇中红眼是杂合体，白眼是纯合体。在1910年，威尔逊甚至建议摩尔根，最简单的解释就是假设眼色因子与X染色体相联系。8红眼雌果蝇和白眼雄果蝇测交结果：红眼雌果蝇126只，红眼雄果蝇132只，白眼雌果蝇120只，白眼雄果蝇115只。红眼雄果蝇和白眼雌果蝇测交结果：红眼雌果蝇和白眼雄果蝇为

16、1：1。91910年的夏天，培养中出现了更多的突变体，出现了残翅、袖珍翅和黄身这些像白眼一样是“性别限定”的性状。利用威尔逊的建议将这些性状成为X染色体的一部分，则解释起来便顺理成章。10”孟德尔染色体”范式的建立。摩尔根的学生组成了充满热情的团队，推动染色体图谱工作，并开始详细阐述一整套遗传法则，拓展和澄清了孟德尔主义模型，延伸到了更多的问题。教师提出问题，引导学生分析：1摩尔根团队最初选择果蝇作为实验材料目的是什么？果蝇作为实验材料的优点是什么？2最初的遗传实验结果是否意味着这些性状不遵循孟德尔定律？什么原因导致这样的结果？3回忆遵循孟德尔定律的必要脩件。并对该结果进行分析、推理。4仔细观

17、察图1,图中所示的果蝇染色体组成和你所认识的有何不同？推测摩尔根对控制眼色的基因位置的想法。这一期间的研究结果关于性染色体组成上有什么新的发现？5请根据摩尔根的假设，观察书本杂交实验的遗传图解。该图解和孟德尔的遗传图解有何不同？该假说能够解释已出现的实验结果，是否说明假说正确？还应如何做？6观察书本31页的遗传图解，比较基因在性染色体上和常染色体上时，遗传图解的差异。得到基因在性染色体上时，应写出性染色体，并把基因写在右上角O7根据以上资料，可以得到什么信息？如此，孟德尔定律中成对的遗传因子（等位基因）为什么分离？决定不同性状的遗传因子（非等位基因）为什么自由组合？8”基因在染色体上”“伴性遗

18、传”的发现是摩尔根一人的研究成果吗？从这个发现史，能学到什么呢？学生通过讨论，了解摩尔根的性格背景及理解做相关实验的初衷;并根据书本的小资料得出果蝇作为遗传学实验材料具有易饲养、繁殖快、子代多、多对易于区分的性状等优点;观察摩尔根提出杂交过程的遗传图解，推理眼色的显隐性,并思考问题。体会、理解摩尔根的研究是经过反复的推演;知道果蝇的性染色体为XY。教师利用智慧课堂，收集实验设计方案，展示个别学生小组的方案，并进行评价。学生分析资料，发现多个性状与性别相关联，推理性染色体上有多个基因，从而阐明孟德尔遗传定律的实质。教师引导学生讨论科学研究需要的品质，使学生认同科学研究在团队个体的思维碰撞与合作下

19、更容易取得成功，科学研窕需要有理有据的质疑，更需要孜孜不倦的实践与证明。3.3 学生构建思维导图（图2）进行小结4教学反思本节课以“基因在染色体上”的发现史为主线索展开教学，培养了学生的逻辑思维能力，运用假说-演绎法解决问题的能力，利用现代信息技术手段，活跃课堂，调动学生学习积极性，更有利于教师收集和掌握学生学习情况。本节课利用游戏复习孟德尔遗传规律及减数分裂，从而导入学习，使学生在游戏中温故知新，提高学生的学习积极性。教师在第一环节利用信息技术手段希沃白板、智慧课堂、平板作答，让每个学生参与3个互动游戏，动手实践,深入理解基因在染色体上这一假说。第二环节主要通过教师引导学生分析摩尔根团队研究

20、历程的资料，运用学案教学法、探究式问题讨论法、引导探索法等方法,循序渐进，让学生有沉浸式的体验，深入理解摩尔根的研究过程、研究方法，从而掌握学习内容，并通过自主设计实验方案,运用假说演绎法突破本节课重难点。最后小结、练习巩固知识点。但是，本节课在游戏互动环节，应多展示几位学生的作答情况，更多地了解学生学习情况，便于下一个教学活动的开展。参考文献：1中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)S：北京：人民教育出版社,2020：5.2郑春和.萨顿对“基因在染色体上”的推理方式J.生物学通报，2010,(5)：28-30.3SuttonWS.OnthemorphologyofthechromosomegroupinBrachystolaMagnaLJ.BiologicalBulletin,1902,(14)：24-39.l4GarlandE.Allen.HowManyTimesCanYouBeWrongandStillBeRight?T.H.Morgan,Evolution,ChromosomesandtheOriginsofModernGeneticslJJ.ScienceEducation,2015,(24)：77-795戴维班布里奇X染色体的故事M.北京：中国社会科学出版社，2006：1-21.