科学解释的“演绎-规律模型”在科学思维能力提升中的应用——以“有丝分裂”教学为例

（江苏省华罗庚中学江苏常州213200）

生命科学不仅是一个结论丰富的知识体系，也包涵了人类认识自然现象特有的思维方式和探究历程，是基于正常研究逻辑进行问题解决的过程。因此，对于生命科学等学科的课教学自然强调对科学事实的理解和应用所学知识解决实际问题的过程。一堂有质量的生物课应该从学生发现问题，提出学科主张到努力寻求证据来表达和论证主张，最终达到对学科概念内涵的深度理解和创新应用。下面从科学解释常用的一种“演绎-规律模型”对“有丝分裂”一课教学进行科学解释，展示提升学生科学思维能力的课堂特色。

《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》一文指出，科学解释是要求学习者在回答所要调查的问题时，应该将证据放在优先地位，从而使证据与结论之间建立起联结。科学解释就是在证据的基础上，通过合理的科学推理，使证据和结论之间产生联结，近而建构起来的对于问题的解释。科学解释的三要素为提出学科主张、例举科学事实、科学逻辑推理支持主张。以生物学为例，学科主张是对生物学某一重要概念的陈述。例举有效证据主要指《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）规定的必修内容和选择性必修内容，由生物学的基本概念、基本规律、基本方法组成的学科知识体系。科学逻辑推理主要指《课程标准》中科学思维的要素，如归纳与概括、演绎与推理等。简而言之，就是对生命现象背后的原理进行论证，进而给予现象更丰富的意义内涵。

科学思维是指在认识事物解决问题的过程中，尊重事实证据，崇尚严谨求实，基于证据和逻辑，应用比较分类、归纳演绎、分析综合、模型建构等方法，进行独立的思考判断，多角度辩证分析问题，对已知的观点结论进行批判审视，包容或质疑最终提出创造性意见的品格能力。在科学教学中，教师应强调科学事实作为证据的真实可信，更要将科学事实与学科主张之间的逻辑联系从不同角度进行建构以训练学生科学思维技能，从而达到提升科学思维能力的目的。

科学解释相关要素与科学思维的关系图解如图1所示。

演绎-规律模型由亨普尔和奥本海默于1948年在“解释的逻辑研究”中提出。演绎-规律模型提出的学科主张或陈述是生物学科中的一些自然定律或重要概念。科学解释就是为该自然定律或重要概念所蕴含的表象建构逻辑意义，从一般性的已知前提出发，通过逻辑推理演绎得出具体陈述或个别结论。该模型组成包涵2个充分条件：①解释项与被解释项之间确有逻辑关系，故解释必须是一个从解释项到被解释项的有效演绎推理；②解释项的陈述必须是由权威的论证结果或真实的实验数据推理的普遍定律，是可反复检验的，以保证该演绎推理的可靠、可信、可操作。满足了这两个充分条件的解释才是一个科学解释。科学解释的“演绎-规律模型”结构图解如图2所示。

该模型的科学解释分为三部分：

①被解释项提出学科主张：由课堂中具体问题提出学科主张。例如，在有丝分裂课堂教学中，教师展示大象和小鼠个体有差异而细胞的显微照片显示两者细胞大小无差异，引导学生提出学科主张：多细胞个体通过增加细胞数量实现个体的生长。

②解释项例举科学事实：引用以解释现象的权威言论或实验过程，包括陈述科学研究一般过程和引用普适定律的概念。例如，学生讨论、设计观察实验：用NaOH溶液浸泡不同边长的含酚酞的琼脂立方块。一定时间后，发现琼脂块中NaOH扩散的深度相当。实验证明细胞体积越大相对表面积越小，细胞物质运输速率越慢。可知，多细胞生物的每个细胞不能无限长大。

③基于前两项的科学解释：建立解释项与被解释项的逻辑联结。细胞随着体积的长大，表面积和体积的比例下降，细胞与外界物质交换的速率降低。所以，在细胞体积不能无限长大的情况下，多细胞生物通过细胞的分裂增加细胞数量实现个体的生长。

教师应用“演绎-规律模型”，创设真实的情境，引导学生对课堂教学中的被解释项寻找有效科学实证，既能让学生亲自体验科学事实的收集过程，又能通过提出主张训练概括质疑的科学思维能力和归纳演绎等方法。在解释项中，学生通过对经典物质扩散实验的观察演绎推理，对多细胞生物的生长的本质进行科学解释，实现了深度学习中由感知力向思维力的提升。

“有丝分裂”教学是高中生物学《必修1·分子与细胞》中概念2“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”的重要内容。细胞增殖的概念教学相对抽象，尤其对于染色体、染色单体、DNA等数量的变化规律，学生很难理解，所以教师应用科学解释的“演绎-规律模型”对这些变化的规律进行分析，便于学生深度理解变化的本质，迁移应用所学的知识。

课堂开始，教师展示一组洋葱在连续培养10d、根尖从没有长出到出现大量又白又长不定根的图片，引导学生根据这一现象提出质疑：洋葱根尖的自然生长是怎样实现的？

师生共同讨论，教师指导