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(xiàn)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(xì)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(xì)胞的藥物研究”，進(jìn)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(jìn)入人體細(xì)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(jìn)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(xì)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(xì)胞（不表達(dá)冠狀病毒受體）、人ACE2基因、ACE2抑制劑、來自人體的多種不同細(xì)胞系（人腎細(xì)胞系、肺細(xì)胞系、肝細(xì)胞系等）等實驗材料，對假設(shè)進(jìn)行演繹推理。學(xué)生推理的思路有多種：1若新冠病毒的細(xì)胞受體是ACE2，則它可以感染表達(dá)ACE2的細(xì)胞，而不能感染沒有ACE2的細(xì)胞;2若新冠病毒的細(xì)胞受體是ACE2，則抑制ACE2的物質(zhì)能抑制新冠病毒感染表達(dá)ACE2的細(xì)胞;3若新冠病毒的細(xì)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(xì)胞系時，兩者的易感細(xì)胞系相同。

在驗證環(huán)節(jié)，教師展示武漢病毒所石正麗團(tuán)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(xì)胞受體正是ACE2，而ACE2是一種跨膜蛋白，在上呼吸道黏膜細(xì)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(jìn)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(xì)胞的藥物研究”情境，進(jìn)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(jìn)入細(xì)胞取決于病毒刺突蛋白與細(xì)胞受體ACE2的結(jié)合，而刺突蛋白的活化依賴于宿主細(xì)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(xì)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(xì)胞。教師引導(dǎo)學(xué)生利用人結(jié)腸細(xì)胞Caco-2、細(xì)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(jìn)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(xì)胞Caco-2和細(xì)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(xì)胞;4一段時間后測定病毒的細(xì)胞進(jìn)入率;5統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。若假設(shè)成立，則A組的細(xì)胞進(jìn)入率顯著低于B組。該推理過程得到Cell上的文章《SARS-CoV-2進(jìn)入細(xì)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(xì)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(xì)胞后在人體細(xì)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(jìn)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。科學(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(jìn)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(xì)胞的藥物研究”情境呈現(xiàn)遞進(jìn)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)。