“假說—演繹”法在高中生物新課程中的應(yīng)用

摘要：假說—演繹法不僅僅是科學(xué)家進行科學(xué)研究的方法，也是學(xué)生認識客觀事物、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；孟德爾豌豆雜交實驗；科學(xué)方法

中圖分類號：G633.91 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-4289（2011）10-0014-03

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。它的基本特點是：在科學(xué)研究過程中，研究者在觀察、實驗的基礎(chǔ)上，對所獲得的事實材料進行加工制作，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，邏輯地演繹出可由經(jīng)驗檢驗的結(jié)論，構(gòu)成一個理論系統(tǒng)。用這個理論系統(tǒng)解釋和預(yù)見所研究的對象系統(tǒng)的各種現(xiàn)象，并用實驗來進行檢驗和修正。圖1為假說—演繹推理的邏輯關(guān)系。

圖1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（實驗）—歸納”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)家進行科學(xué)研究的方法，也是學(xué)生認識客觀事物，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—歸納法對于培養(yǎng)學(xué)生大膽想象的創(chuàng)新能力、嚴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)(實驗)》的“課程設(shè)計思路”部分，闡述“遺傳與進化”模塊的教學(xué)價值時指出，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)用三個水平要求，其中屬于應(yīng)用水平的僅有兩項，一項是“總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程”，另一項是“分析孟德爾遺傳實驗的科學(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“體驗科學(xué)家探索生物生殖、遺傳和進化奧秘的過程”，可見引導(dǎo)學(xué)生體驗科學(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（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)家以大腸桿菌為實驗材料，設(shè)計了一個巧妙的實驗，證實了DNA是以半保留的方式復(fù)制的），整個中心法則的提出與證實（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)悟其中蘊含的方法。同時在教材中，編者也設(shè)計了類似的練習(xí)題對學(xué)生進行訓(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，進行解釋”，必修三教材第69頁進一步探究“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)計實驗進行驗證”等。

二、假說—演繹法的典型課例分析

孟德爾的豌豆雜交實驗是高中生物學(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驗，運用假說—演繹法，歷經(jīng)“提出問題—構(gòu)建假說—驗證假說—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，驗證假設(shè)則需要設(shè)計實驗，尋求證據(jù)，進行論證。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驗為例（如圖2），看看孟德爾在進行豌豆雜交實驗過程中，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，在于讓學(xué)生理解孟德爾研究過程中的哪個步驟是演繹。學(xué)生看到的是，孟德爾提出假說后，就設(shè)計測交實驗進行檢驗了，那么哪一步是演繹呢?事實上，測交實驗所檢驗的不是假說本身，而是假說的推論。如果孟德爾要直接驗證他的假說，只能用顯微觀察的方法，確定遺傳因子的真實存在和遺傳因子的傳遞方式，顯然在當(dāng)時這是不可能的。只能由假設(shè)演繹出一個必然的可證明的待檢驗陳述，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、最簡單地證明這個推論呢？孟德爾非常巧妙地設(shè)計了測交方法，即將子一代與隱性親本類型回交，這是因為隱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的真正目的。孟德爾所做的測交實驗結(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—演繹法時需注意的問題

（一）給學(xué)生更多思考的時間和空間

活躍的思維是課堂教學(xué)成功的保證，在再現(xiàn)孟德爾實驗和思維的過程中，不僅有分析、推理、歸納、演繹，還有設(shè)計和想象等思維活動，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)生足夠的時間進行思考和討論非常重要。

（二）引導(dǎo)學(xué)生進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，不進行分析和思考就被動接受，其后果是學(xué)生遇到檢驗?zāi)骋簧飩€體是否是雜種的實際問題時，只會想到測交而不會根據(jù)實際情況進行分析判斷，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、實驗驗證，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、在細胞何處的情況下，選取豌豆若干對相對性狀進行雜交實驗，對呈現(xiàn)的現(xiàn)象提出假說，合理演繹，實驗驗證，從而歸納得出兩個遺傳的基本規(guī)律。基于當(dāng)時的情況，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驗，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，往往要運用分析和綜合、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。因為假說—演繹法證明的是符合假說這個大前提下的一個事件推導(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“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)對遺傳變異的認識已經(jīng)有些不合時宜，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。

（作者單位：遂寧市高級實驗學(xué)校，四川，遂寧 629000）