姜平

摘要 以新冠病毒為背景，創(chuàng)設(shè)情境，使學(xué)生深度體驗假說—演繹法，提高學(xué)生的歸納與概括、演繹與推理的科學(xué)思維能力，提高實驗設(shè)計的科學(xué)探究能力，提升關(guān)注社會熱點問題的社會責(zé)任感，從而發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 假說—演繹法 核心素養(yǎng) 新冠病毒

中圖分類號 G633.91

文獻標(biāo)志碼 B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》明確提出：學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，如能夠基于生物學(xué)事實和證據(jù)，運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會議題。假說—演繹法是生物學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的研究方法。下面以社會熱點——新冠病毒為背景，創(chuàng)設(shè)“新冠病毒受體的研究”和“阻止新冠病毒侵染人體細胞的藥物研究”情境，使學(xué)生在理解假說—演繹法的思維過程基礎(chǔ)上，運用該方法分析和解決實際問題，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力，提升其社會責(zé)任感，從而發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

1教學(xué)內(nèi)容分析和學(xué)情分析

假說—演繹法是貫穿整個高中生物的一個科學(xué)研究方法，尤其是必修2中孟德爾定律的研究、遺傳的染色體學(xué)說的證明、DNA的半保留復(fù)制、遺傳密碼的破譯、中心法則等內(nèi)容。該方法在浙科版教材中首次出現(xiàn)是在必修2第一章“遺傳的基本規(guī)律”的課外讀“孟德爾獲得成功的原因”中。教材的介紹非常簡略，不利于學(xué)生充分理解該方法的內(nèi)涵。很多學(xué)生初學(xué)假說—演繹法時，不能理解假說—演繹法的思維過程，無法區(qū)分假設(shè)、推理和驗證環(huán)節(jié)，更談不上運用該方法分析和解決新的問題。所以，筆者嘗試以學(xué)生熟悉的社會熱點問題為切入點，幫助學(xué)生深刻理解和運用假說—演繹法。

2教學(xué)目標(biāo)

1通過假說—演繹法在發(fā)現(xiàn)分離定律中的應(yīng)用分析，理解假說—演繹法各環(huán)節(jié)的內(nèi)涵，提高歸納與概括的科學(xué)思維素養(yǎng)。

2初步運用假說—演繹法分析“新冠病毒受體的研究”，提升演繹與推理的科學(xué)思維素養(yǎng)。

3通過比較假說—演繹法在發(fā)現(xiàn)分離定律和新冠病毒受體研究中的應(yīng)用，歸納假說—演繹法的思維模式。

4討論“阻止新冠病毒侵染人體細胞的藥物研究”，進一步運用假說—演繹法探究未知問題，提升演繹與推理的科學(xué)思維素養(yǎng)、提問和實驗設(shè)計的科學(xué)探究素養(yǎng)以及社會責(zé)任感。

3教學(xué)過程

3.1新冠病毒導(dǎo)入，提出研究問題

教師介紹新冠疫情的現(xiàn)狀，播放“病毒進入人體細胞”的視頻，介紹已知的多種冠狀病毒的受體，引入本節(jié)課的研究問題：新冠病毒的受體和其他冠狀病毒相同嗎？從而引入未知問題的研究方法——假說—演繹法。

設(shè)計意圖：教師聯(lián)系當(dāng)前的社會熱點議題，利用生動的視頻，引入本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生探究的興趣。

3.2分析典型實例，理解假說—演繹法各環(huán)節(jié)的內(nèi)涵

教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀必修2教材第一章第一節(jié)“孟德爾從一對相對性狀的雜交實驗中總結(jié)出分離定律”的內(nèi)容，梳理分離定律的發(fā)現(xiàn)歷程，總結(jié)出假說—演繹法的6個環(huán)節(jié)及其內(nèi)涵，見表1。

設(shè)計意圖：教師利用學(xué)生熟悉的典型實例分析——分離定律的發(fā)現(xiàn)過程，使學(xué)生體會假說—演繹法是如何應(yīng)用到科學(xué)研究中的，進而準(zhǔn)確理解假說—演繹法各環(huán)節(jié)的內(nèi)涵。

3.3創(chuàng)設(shè)“新冠病毒受體的研究”情境，引導(dǎo)學(xué)生初步應(yīng)用假說—演繹法

教師提出本節(jié)課的研究問題：新冠病毒的受體和其他冠狀病毒相同嗎？并引導(dǎo)學(xué)生針對問題思考作出假設(shè)。學(xué)生假設(shè)：新冠病毒的細胞受體與SARS病毒相同，均是ACE2（血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2）。教師創(chuàng)設(shè)情境，要求學(xué)生利用新冠病毒、SARS病毒、HeLa細胞（不表達冠狀病毒受體）、人ACE2基因、ACE2抑制劑、來自人體的多種不同細胞系（人腎細胞系、肺細胞系、肝細胞系等）等實驗材料，對假設(shè)進行演繹推理。學(xué)生推理的思路有多種：1若新冠病毒的細胞受體是ACE2，則它可以感染表達ACE2的細胞，而不能感染沒有ACE2的細胞;2若新冠病毒的細胞受體是ACE2，則抑制ACE2的物質(zhì)能抑制新冠病毒感染表達ACE2的細胞;3若新冠病毒的細胞受體與SARS病毒相同，則用兩種病毒去感染一系列不同的細胞系時，兩者的易感細胞系相同。

在驗證環(huán)節(jié)，教師展示武漢病毒所石正麗團隊發(fā)表在Nature上的文章《肺炎爆發(fā)與可能源于蝙蝠的新型冠狀病毒有關(guān)》中的實驗結(jié)果，與學(xué)生推理的思路1預(yù)測結(jié)果相符，由此證明了假設(shè)正確。新冠病毒的細胞受體正是ACE2，而ACE2是一種跨膜蛋白，在上呼吸道黏膜細胞、肺泡組織、心臟、眼睛、胃腸道、腎臟、睪丸等部位都有分布。所以這些部位正是新冠病毒侵襲導(dǎo)致人體病變的主要部位。由此，學(xué)生明確新冠病毒感染人體后的癥狀。

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生在新情境中初步應(yīng)用假說—演繹法，體驗作出假設(shè)和演繹推理的過程，提高了學(xué)生演繹與推理的科學(xué)思維能力，使學(xué)生感悟科學(xué)的研究方法。

3.4引導(dǎo)學(xué)生比較假說—演繹法在發(fā)現(xiàn)分離定律和新冠病毒受體研究中的應(yīng)用，歸納假說—演繹法的思維模式

教師引導(dǎo)學(xué)生在表1的基礎(chǔ)上，梳理假說—演繹法在新冠病毒受體研究中的應(yīng)用，比較假說—演繹法在發(fā)現(xiàn)分離定律和新冠病毒受體研究中的應(yīng)用，總結(jié)共同點，進一步領(lǐng)會假說—演繹法各環(huán)節(jié)的內(nèi)涵。并引導(dǎo)學(xué)生思考：若實驗驗證的結(jié)果與演繹推理不一致，則假設(shè)被證偽，需要人們提出新的假設(shè)繼續(xù)研究。學(xué)生討論、歸納出假說—演繹法的思維模式（圖1）。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過比較假說—演繹法在發(fā)現(xiàn)分離定律和新冠病毒受體研究中的應(yīng)用，體會假說—演繹法在不同研究中的共性，歸納出其思維模式，提高了歸納與概括的科學(xué)思維能力。

3.5創(chuàng)設(shè)“阻止新冠病毒侵染人體細胞的藥物研究”情境，進一步引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用假說—演繹法

教師展示現(xiàn)象：Cell發(fā)表的一項研究揭示了新冠病毒進入細胞取決于病毒刺突蛋白與細胞受體ACE2的結(jié)合，而刺突蛋白的活化依賴于宿主細胞跨膜絲氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）。目前，在日本有一種治療胰腺炎的上市藥物——甲磺酸卡莫司他，它能抑制跨膜絲氨酸蛋白酶2的活性，因此有望成為潛在的抗病毒靶向藥。教師啟發(fā)學(xué)生提出問題：甲磺酸卡莫司能阻止新冠病毒侵染人體細胞嗎？學(xué)生作出假設(shè)：甲磺酸卡莫司他能阻止新冠病毒侵染人體細胞。教師引導(dǎo)學(xué)生利用人結(jié)腸細胞Caco-2、細胞培養(yǎng)液、新冠病毒、甲磺酸卡莫司他、生理鹽水、培養(yǎng)瓶等實驗材料，設(shè)計實驗進行演繹推理。經(jīng)過小組討論后，學(xué)生展示實驗思路：1將等量的人結(jié)腸細胞Caco-2和細胞培養(yǎng)液加入A、B兩組的培養(yǎng)瓶中;2在A組培養(yǎng)瓶中加入適量且等量的甲磺酸卡莫司他，B組培養(yǎng)瓶中加入等量的生理鹽水;3用適量的新冠病毒感染各組細胞;4一段時間后測定病毒的細胞進入率;5統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。若假設(shè)成立，則A組的細胞進入率顯著低于B組。該推理過程得到Cell上的文章《SARS-CoV-2進入細胞依賴于ACE2和TMPRSS2，并被臨床證實的蛋白酶抑制劑所阻斷》的驗證。由此證明了學(xué)生作出的假設(shè)正確。甲磺酸卡莫司他通過阻止新冠病毒侵染人體細胞而對新冠肺炎有治療作用。這僅僅是新冠肺炎的治療方法之一。病毒侵入人體細胞后在人體細胞內(nèi)繁殖的過程有諸多環(huán)節(jié)，教師要注意啟發(fā)學(xué)生思考：還有哪些方法可以成為研究治療新冠肺炎的方向？

設(shè)計意圖：學(xué)生在新情境中進一步應(yīng)用“假設(shè)—推理法”，體驗提出問題、作出假設(shè)和演繹推理的研究歷程，提高了演繹與推理的科學(xué)思維能力，提高了提問和實驗設(shè)計的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)了開放性思維。

3.6課堂總結(jié)

教師再次呈現(xiàn)假說—演繹法的各個環(huán)節(jié)，總結(jié)假說—演繹法在新冠病毒研究中的應(yīng)用，并向?qū)W生提出希望：人類對新冠病毒的了解是逐步深入的?？茖W(xué)的發(fā)展是一種螺旋式的上升過程，希望同學(xué)們以后面對未知現(xiàn)象時能向科學(xué)家學(xué)習(xí)，用科學(xué)態(tài)度來對待，用科學(xué)思維來論證，將基于事實或證據(jù)而發(fā)表言論當(dāng)成一種內(nèi)化于心的習(xí)慣，使它成為自身生物學(xué)科核心素養(yǎng)的一部分。

4教學(xué)反思

情境是湯，知識是鹽，鹽只有溶于湯中才好入口，知識只有融于情境才好理解和消化，能力只有在分析和解決情境中的問題時才能更有效地提高。本節(jié)課上，教師以新冠病毒為背景，精心創(chuàng)設(shè)兩個情境，激發(fā)學(xué)生提出問題，引導(dǎo)學(xué)生利用已有的知識和經(jīng)驗提出合理假設(shè)，并根據(jù)假設(shè)進行演繹推理。教師展示科學(xué)家的真實實驗結(jié)果，來驗證學(xué)生推理，從而使學(xué)生得出結(jié)論。“新冠病毒受體的研究”情境和“阻止新冠病毒侵染人體細胞的藥物研究”情境呈現(xiàn)遞進式的關(guān)系，可以讓學(xué)生步步深入地體驗科學(xué)研究的歷程，深度體驗假說—演繹法，從而深刻理解其內(nèi)涵和應(yīng)用，提高歸納與概括、演繹與推理的科學(xué)思維能力，提高實驗設(shè)計的科學(xué)探究能力，提升關(guān)注社會熱點問題的社會責(zé)任感，從而發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。