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刘鑫:“假说—演绎”法在高中生物新课程中的应用  

2015-06-18 10:45:21|  分类: 遗传与变异 |  标签: |举报 |字号 订阅

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         假说—演绎法是形成和构造科学理论的一种重要思维方法。它的基本特点是:在科学研究过程中,研究者在观察、实验的基础上,对所获得的事实材料进行加工制作,首先提出某种作为理论基本前提的假说来,然后以假说作为出发点,逻辑地演绎出可由经验检验的结论,构成一个理论系统。用这个理论系统解释和预见所研究的对象系统的各种现象,并用实验来进行检验和修正。图1为假说—演绎推理的逻辑关系。
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         近代科学到现代科学,以“观察(实验)—归纳”为主的方法逐渐让位给以假说—演绎为主的方法。假说—演绎法不仅仅是科学家进行科学研究的方法,也是学生认识客观事物,形成客观规律的重要的科学探究方法。假说—演绎法相对于观察—归纳法对于培养学生大胆想象的创新能力、严密的逻辑推理能力都有很好的作用。
         一、假说—演绎法在高中生物新课程中的要求及体现
         在《普通高中生物课程标准(实验)》的“课程设计思路”部分,阐述“遗传与进化”模块的教学价值时指出,该模块有助于学生领悟“假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”。在新课标中分为了解、理解、应用三个水平要求,其中属于应用水平的仅有两项,一项是“总结人类对遗传物质的探索过程”,另一项是“分析孟德尔遗传实验的科学方法”。在课程标准必修二模块的前言部分,还特别指出要让学生“体验科学家探索生物生殖、遗传和进化奥秘的过程”,可见引导学生体验科学的过程和方法,是必修二模块的重要任务之一。
         必修二教材中涉及假说—演绎方法的内容还有:DNA分子半保留复制方式的提出与证实(第52页,沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说,1958年科学家以大肠杆菌为实验材料,设计了一个巧妙的实验,证实了DNA是以半保留的方式复制的),整个中心法则的提出与证实(第68-69页)以及遗传密码的破译(第73-75页)等内容。这些内容可以让学生体会,领悟其中蕴含的方法。同时在教材中,编者也设计了类似的练习题对学生进行训练。如教材第38页拓展题“……你怎样解释这种奇怪的现象?如何验证你的解释”,及第71页的技能训练——提出假说,得出结论“请针对出现残翅果蝇的原因提出假说,进行解释”,必修三教材第69页进一步探究“根据你对影响酵母菌种群数量增长的因素作出的推测,设计实验进行验证”等。
         二、假说—演绎法的典型课例分析
         孟德尔的豌豆杂交实验是高中生物学教学的经典内容。遗传因子分离导致性状分离这一命题,是孟德尔通过豌豆的一对相对性状的杂交实验,运用假说—演绎法,历经“提出问题→构建假说→验证假说→获得结论”建立起来的。因此,这一内容非常适合作为培养学生科学探究能力的素材。构建假说需要大胆设想,演绎推理需要缜密思维,验证假设则需要设计实验,寻求证据,进行论证。这一系列过程非常有利于训练学生的思维。下面以一对相对性状的分离实验为例(如图2),看看孟德尔在进行豌豆杂交实验过程中,以及提出基因的分离定律的过程中,是怎样体现假说—演绎法的。

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         本案例教学的难点,在于让学生理解孟德尔研究过程中的哪个步骤是演绎。学生看到的是,孟德尔提出假说后,就设计测交实验进行检验了,那么哪一步是演绎呢?事实上,测交实验所检验的不是假说本身,而是假说的推论。如果孟德尔要直接验证他的假说,只能用显微观察的方法,确定遗传因子的真实存在和遗传因子的传递方式。显然在当时这是不可能的。只能由假设演绎出一个必然的可证明的待检验陈述,即子一代如果是杂合体,则必然会产生两种数量相等的配子。那么如何最直观、最简单地证明这个推论呢?孟德尔非常巧妙地设计了测交方法,即将子一代与隐性亲本类型回交,这是因为隐性亲本性状不能遮盖显性性状,并能显出纯隐性性状,这样测交结果就能直接反映出子一代所产生的配子的类型和数目。如果测交结果能得到后代的性状分离比例是1∶1的话,就证明了推论的正确性。这应该是孟德尔之所以采用测交试验的真正目的。孟德尔所做的测交实验结果与预期的结果完全相符,证明了推论的正确性,由此就得出被确证的结论,即分离定律。
         三、在应用假说—演绎法时需注意的问题
         (一)给学生更多思考的时间和空间
         活跃的思维是课堂教学成功的保证,在再现孟德尔实验和思维的过程中,不仅有分析、推理、归纳、演绎,还有设计和想象等思维活动,教师要有足够的耐心,提出问题或由学生提出问题后,再引导学生分析。因此给学生足够的时间进行思考和讨论非常重要。
         (二)引导学生进行合理推理而非主观臆断
         在演绎推理这一环节中最好以问题“为什么孟德尔不是用F1代自交或用F1代与纯种高茎豌豆杂交来证明其假说,而是将F1代与矮茎豌豆进行测交呢”来引导学生思考,而非主观臆断地告诉学生,孟德尔当时就是这么想的,就是将F1代与纯隐性类型杂交,至于为什么这样做却没有进行分析。这种教学的结果是使学生失去了思考的动力,不进行分析和思考就被动接受,其后果是学生遇到检验某一生物个体是否是杂种的实际问题时,只会想到测交而不会根据实际情况进行分析判断,这是一种失败的教学。
         四、假说—演绎法在科学发现中的应用与限制
         回顾经典遗传学的历史就会发现,人们对基因和性状关系的认识,首先是从性状传递的规律变化提出合理的假说,然后再分析、演绎推理、实验验证,在“合理”和“不合理”的冲突中发现正确的结论。如孟德尔在不知道遗传因子为何物、在细胞何处的情况下,选取豌豆若干对相对性状进行杂交实验,对呈现的现象提出假说,合理演绎,实验验证,从而归纳得出两个遗传的基本规律。基于当时的情况,孟德尔的假说是合理的,可以演绎说明其他类似的现象。如果联系到基因在染色体上的位置,就可以看出孟德尔假说的局限性,譬如孟德尔讲的颗粒式遗传、基因的独立自由问题。如摩尔根和他的合作者就是在觉得孟德尔遗传理论“不合理的”基础上,通过大量的果蝇杂交实验,发现连锁和交换定律。
         “合理”和“正确”是有差别的,现有现象或事实和已有的科学理论没有冲突就可以说是“合理”的。研究孟德尔、萨顿、摩尔根等人的工作就会发现,在提出假说时,往往要运用分析和综合、归纳和演绎、类比及想象等思维方法和研究方法。归纳、类比推理都是“合乎情理”的推理。能帮助我们猜想和发现结论,能为我们的研究提供一种方向,但得出的结论不一定正确。假说—演绎法是在不能直接证明而只能间接证明时的好方法。经典遗传学的发展历史就给了最好的说明。因为假说—演绎法证明的是符合假说这个大前提下的一个事件推导出来的结论,是由特殊到一般的推导过程。经典的范例就是孟德尔根据他的假说,演绎推理F1产生的配子种类及其比例,通过测交检验演绎的结论论证假说正确与否。演绎的结论是否正确,取决于假说这个“大前提”。
        经过分子遗传学的建立这一场科学革命后,经典遗传学对遗传变异的认识已经有些不合时宜,如果单纯从知识传承的角度考虑,教科书中关于经典遗传学的内容完全没有必要花这么多的篇幅进行介绍。人教版课标教科书必修二前半部分大体是遵循遗传学的发展历史来叙述的,让学生重走科学家科学发现的道路,体会假说—演绎等科学思维和科学方法,提高科学素养。教科书这样处理,符合人们从现象到本质的认知习惯,也能突出假说在科学发现中的用处及限制。
【原文出处】《教育科学论坛》(成都)2011年10期第14~16页
【作者简介】刘鑫,四川省遂宁市高级实验学校(629000)。
本文转载自小乜《“假说—演绎”法在高中生物新课程中的应用(转载)》
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