假說演繹法在高中生物新課程中的應(yīng)用論文
摘要：假說—演繹法不僅僅是科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究的方法，也是學(xué)生認(rèn)識客觀事物、理解客觀規(guī)律的重要的科學(xué)探究方法。假說—演繹法應(yīng)用于高中生物教學(xué)不僅可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)理解相關(guān)知識，體驗(yàn)科學(xué)研究的過程，還可以鍛煉學(xué)生的邏輯推理能力。
關(guān)鍵詞：假說—演繹法；孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)；科學(xué)方法
假說—演繹法是形成和構(gòu)造科學(xué)理論的一種重要思維方法。它的基本特點(diǎn)是：在科學(xué)研究過程中，研究者在觀察、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對所獲得的事實(shí)材料進(jìn)行加工制作，首先提出某種作為理論基本前提的假說來，然后以假說作為出發(fā)點(diǎn)，邏輯地演繹出可由經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)的結(jié)論，構(gòu)成一個(gè)理論系統(tǒng)。用這個(gè)理論系統(tǒng)解釋和預(yù)見所研究的對象系統(tǒng)的各種現(xiàn)象，并用實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。圖1為假說—演繹推理的邏輯關(guān)系。
近代科學(xué)到現(xiàn)代科學(xué)，以“觀察（實(shí)驗(yàn)）—?dú)w納”為主的方法逐漸讓位給以假說—演繹為主的方法。假說—演繹法不僅僅是科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究的方法，也是學(xué)生認(rèn)識客觀事物，形成客觀規(guī)律的重要的科學(xué)探究方法。假說—演繹法相對于觀察—?dú)w納法對于培養(yǎng)學(xué)生大膽想象的創(chuàng)新能力、嚴(yán)密的邏輯推理能力都有很好的作用。
一、假說—演繹法在高中生物新課程中的要求及體現(xiàn)
在《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》的“課程設(shè)計(jì)思路”部分，闡述“遺傳與進(jìn)化”模塊的教學(xué)價(jià)值時(shí)指出，該模塊有助于學(xué)生領(lǐng)悟“假說演繹、建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用”。在新課標(biāo)中分為了解、理解、應(yīng)用三個(gè)水平要求，其中屬于應(yīng)用水平的僅有兩項(xiàng)，一項(xiàng)是“總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程”，另一項(xiàng)是“分析孟德爾遺傳實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法”。在課程標(biāo)準(zhǔn)必修二模塊的前言部分，還特別指出要讓學(xué)生“體驗(yàn)科學(xué)家探索生物生殖、遺傳和進(jìn)化奧秘的過程”，可見引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)的過程和方法，是必修二模塊的重要任務(wù)之一。
必修二教材中涉及假說—演繹方法的內(nèi)容還有：dna分子半保留復(fù)制方式的提出與證實(shí)（第52頁，沃森和克里克提出遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說，1958年科學(xué)家以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了dna是以半保留的方式復(fù)制的），整個(gè)中心法則的提出與證實(shí)（第68—第69頁）以及遺傳密碼的破譯（第73—第75頁）等內(nèi)容。這些內(nèi)容可以讓學(xué)生體會，領(lǐng)悟其中蘊(yùn)含的方法。同時(shí)在教材中，編者也設(shè)計(jì)了類似的練習(xí)題對學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。如教材第38頁拓展題“……你怎樣解釋這種奇怪的現(xiàn)象？如何驗(yàn)證你的解釋”，及第71頁的技能訓(xùn)練——提出假說，得出結(jié)論“請針對出現(xiàn)殘翅果蠅的原因提出假說，進(jìn)行解釋”，必修三教材第69頁進(jìn)一步探究“根據(jù)你對影響酵母菌種群數(shù)量增長的因素作出的推測，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證”等。
二、假說—演繹法的典型課例分析
孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)是高中生物學(xué)教學(xué)的經(jīng)典內(nèi)容。遺傳因子分離導(dǎo)致性狀分離這一命題，是孟德爾通過豌豆的一對相對性狀的雜交實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用假說—演繹法，歷經(jīng)“提出問題—構(gòu)建假說—驗(yàn)證假說—獲得結(jié)論”建立起來的。因此，這一內(nèi)容非常適合作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的素材。構(gòu)建假說需要大膽設(shè)想，演繹推理需要縝密思維，驗(yàn)證假設(shè)則需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，尋求證據(jù)，進(jìn)行論證。這一系列過程非常有利于訓(xùn)練學(xué)生的思維。下面以一對相對性狀的分離實(shí)驗(yàn)為例（如圖2），看看孟德爾在進(jìn)行豌豆雜交實(shí)驗(yàn)過程中，以及提出基因的分離定律的過程中，是怎樣體現(xiàn)假說—演繹法的。
本案例教學(xué)的難點(diǎn)，在于讓學(xué)生理解孟德爾研究過程中的哪個(gè)步驟是演繹。學(xué)生看到的是，孟德爾提出假說后，就設(shè)計(jì)測交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)了，那么哪一步是演繹呢？事實(shí)上，測交實(shí)驗(yàn)所檢驗(yàn)的不是假說本身，而是假說的推論。如果孟德爾要直接驗(yàn)證他的假說，只能用顯微觀察的方法，確定遺傳因子的真實(shí)存在和遺傳因子的傳遞方式，顯然在當(dāng)時(shí)這是不可能的。只能由假設(shè)演繹出一個(gè)必然的可證明的待檢驗(yàn)陳述，即子一代如果是雜合體，則必然會產(chǎn)生兩種數(shù)量相等的配子。那么如何最直觀、最簡單地證明這個(gè)推論呢？孟德爾非常巧妙地設(shè)計(jì)了測交方法，即將子一代與隱性親本類型回交，這是因?yàn)殡[性親本性狀不能遮蓋顯性性狀，并能顯出純隱性性狀，這樣測交結(jié)果就能直接反映出子一代所產(chǎn)生的配子的'類型和數(shù)目。如果測交結(jié)果能得到后代的性狀分離比例是1：1的話，就證明了推論的正確性。這應(yīng)該是孟德爾之所以采用測交試驗(yàn)的真正目的。孟德爾所做的測交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期的結(jié)果完全相符，證明了推論的正確性，由此就得出被確證的結(jié)論，即分離定律。
三、在應(yīng)用假說—演繹法時(shí)需注意的問題
�。ㄒ唬┙o學(xué)生更多思考的時(shí)間和空間
活躍的思維是課堂教學(xué)成功的保證，在再現(xiàn)孟德爾實(shí)驗(yàn)和思維的過程中，不僅有分析、推理、歸納、演繹，還有設(shè)計(jì)和想象等思維活動，教師要有足夠的耐心，提出問題或由學(xué)生提出問題后，再引導(dǎo)學(xué)生分析，因此給學(xué)生足夠的時(shí)間進(jìn)行思考和討論非常重要。
�。ǘ┮龑�(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理推理而非主觀臆斷
在演繹推理這一環(huán)節(jié)中最好以問題“為什么孟德爾不是用f1代自交或用f1代與純種高莖豌豆雜交來證明其假說，而是將f1代與矮莖豌豆進(jìn)行測交呢”來引導(dǎo)學(xué)生思考，而非主觀臆斷地告訴學(xué)生，孟德爾當(dāng)時(shí)就是這么想的，就是將f1代與純隱性類型雜交，至于為什么這樣做卻沒有進(jìn)行分析。這種教學(xué)的結(jié)果是使學(xué)生失去了思考的動力，不進(jìn)行分析和思考就被動接受，其后果是學(xué)生遇到檢驗(yàn)?zāi)骋簧飩�(gè)體是否是xx的實(shí)際問題時(shí)，只會想到測交而不會根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析判斷，這是一種失敗的教學(xué)。
四、假說—演繹法在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用與限制
回顧經(jīng)典遺傳學(xué)的歷史就會發(fā)現(xiàn)，人們對基因和性狀關(guān)系的認(rèn)識，首先是從性狀傳遞的規(guī)律變化提出合理的假說，然后再分析、演繹推理、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在“合理”和“不合理”的沖突中發(fā)現(xiàn)正確的結(jié)論。如孟德爾在不知道遺傳因子為何物、在細(xì)胞何處的情況下，選取豌豆若干對相對性狀進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，對呈現(xiàn)的現(xiàn)象提出假說，合理演繹，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從而歸納得出兩個(gè)遺傳的基本規(guī)律。基于當(dāng)時(shí)的情況，孟德爾的假說是合理的，可以演繹地說明其他類似的現(xiàn)象。如果聯(lián)系到基因在染色體上的位置，就可以看出孟德爾假說的局限性，譬如孟德爾講的顆粒式遺傳、基因的獨(dú)立自由問題。如摩爾根和他的合作者就是在覺得孟德爾遺傳理論“不合理的”基礎(chǔ)上，通過大量的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)連鎖和交換定律。
“合理”和“正確”是有差別的，現(xiàn)有現(xiàn)象或事實(shí)和已有的科學(xué)理論沒有沖突就可以說是“合理”的。研究孟德爾、薩頓、摩爾根等人的工作就會發(fā)現(xiàn)，在提出假說時(shí)，往往要運(yùn)用分析和綜合、歸納和演繹、類比及想象等思維方法和研究方法。歸納、類比推理都是“合乎情理”的推理，能幫助我們猜想和發(fā)現(xiàn)結(jié)論，能為我們的研究提供一種方向，但得出的結(jié)論不一定正確。假說—演繹法是在不能直接證明而只能間接證明時(shí)的好方法。經(jīng)典遺傳學(xué)的發(fā)展歷史就給了最好的說明。因?yàn)榧僬f—演繹法證明的是符合假說這個(gè)大前提下的一個(gè)事件推導(dǎo)出來的結(jié)論，是由特殊到一般的推導(dǎo)過程。經(jīng)典的范例就是孟德爾根據(jù)他的假說，演繹推理f1產(chǎn)生的配子種類及其比例，通過測交檢驗(yàn)演繹的結(jié)論論證假說正確與否。演繹的結(jié)論是否正確，取決于假說這個(gè)“大前提”。
經(jīng)過分子遺傳學(xué)的建立這一場科學(xué)革命后，經(jīng)典遺傳學(xué)對遺傳變異的認(rèn)識已經(jīng)有些不合時(shí)宜，如果單純從知識傳承的角度考慮，教科書中關(guān)于經(jīng)典遺傳學(xué)的內(nèi)容完全沒有必要花這么多的篇幅進(jìn)行介紹。人教版課標(biāo)教科書必修二前半部分大體是遵循遺傳學(xué)的發(fā)展歷史來敘述的，讓學(xué)生重走科學(xué)家科學(xué)發(fā)現(xiàn)的道路，體會假說演繹等科學(xué)思維和科學(xué)方法，提高科學(xué)素養(yǎng)。教科書這樣處理，符合人們從現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)知習(xí)慣，也能突出假說在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的用處及限制。
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