例談利用“假說—演繹”法強化科學方法教育

彭金剛+謝純政

一、“假說—演繹”法的由來與特點

“假說—演繹”法是人教版高中生物必修二中重要的科學方法，教材明確給出其概念：“在觀察和分析基礎上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，并根據假說進行推理演繹，再通過實驗檢驗演繹推理的結論。如果實驗結果與預期結論相符，就證明假說是正確的。”笛卡兒被認為是“假說—演繹”法的倡導者，因為他早在17世紀中葉的《哲學原理》一書中就提出了相似的觀點。到19世紀中葉，英國休厄爾發展了“假說—演繹”法。從近代科學到現代科學，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。因此，“假說—演繹”的思想也被稱為近代科學方法論史上的一座豐碑。

《生物課程標準》中指出“高中生物必修二的學習將有助于學生領悟‘假說—演繹

等科學方法及其在科學研究中的應用”，這就明確了教學中要側重于科學方法的教育，尤其體現在第一、第二章的相關教學內容中。根據概念推知“假說—演繹”法可分為發現問題與分析問題、提出假設與設計實驗、驗證假說與歸納綜合、得出結論與總結規律四個環節，但“假說—演繹”法究竟由幾個環節組成也有不同的說法。如方鈞（2011年）認為“假說—演繹”法可分實驗、問題、假說、設計實驗、預期結果、進行實驗得到結果、比較分析、得出結論等八個環節；而吳君民（2012年）將其分成六個環節，即觀察現象、提出問題、作出假說、演繹推理、實驗驗證、得出結論。筆者認為將“

假說—演繹”法劃分為問題、假說、演繹、驗證、結論等五個環節可能更加簡明，有利于學生記憶和理解，同時能體現“假說—演繹”法的思想精髓。當然，“假說—演繹”法無論劃分為幾個環節，其表達的核心含義都大同小異。

二、例談“假說—演繹”法在生物教學中的應用

高中生物必修二中“假說—演繹”法主要應用在孟德爾豌豆雜交實驗的內容中，各位學者已經討論的比較透徹，在此不再贅述，本文著重闡述“假說—演繹”法在摩爾根果蠅實驗、DNA的半保留復制這兩個知識點中的應用。

1.“假說—演繹”法引領摩爾根果蠅實驗的教學

美國生物學家摩爾根在研究基因和染色體的關系時遵循“假說—演繹”法的科學思維方法，按照問題、假說、演繹、驗證、結論五個環節進行實驗探究，最后確定了基因在染色體上。

問題：摩爾根在一群紅眼果蠅中偶然發現了一只白眼雄果蠅，為了研究白眼性狀的遺傳方式做了如下雜交實驗（見圖1）。

圖1 果蠅雜交實驗

通過實驗結果發現果蠅中紅眼相對于白眼為顯性性狀，且F2中性狀分離比是3∶1，由此可知紅眼與白眼由一對等位基因控制。但細心的摩爾根發現無論在親代還是子二代中白眼的果蠅總是雄性的，于是提出問題：“為什么果蠅白眼性狀的表現總是和性別相聯系？”

假說：此時生物學家已經知道X、Y性染色體控制生物的性別，而基因可以控制生物的性狀。于是摩爾根大膽作出如下假說：控制白眼的基因（b）位于X染色體上，Y染色體上不含有它的等位基因。

演繹：根據假說可知不同性狀果蠅的基因型為♀紅眼（XBXB、XBXb）、♀白眼（XbXb）、♂紅眼（XBY）、♂白眼（XbY），則以上雜交實驗可作如下解釋（見圖2）。

驗證：能成為定律的假說一定是不僅能解釋已觀察到的現象，而且能夠預言尚未發生的實驗結果。摩爾根也設計了果蠅紅雌（F1）白雄的測交實驗來驗證他的假說，圖3是對測交實驗的推測。測交結果中四種表現型果蠅的數量分別是126只、120只、132只和115只，非常接近預測比例1∶1∶1∶1，從而驗證了摩爾根假說的正確性。

結論：摩爾根得出結論“控制果蠅白眼的基因位于X染色體上，Y染色體上不含有它的等位基因”，從而用實驗證明了基因在染色體上。

2.“假說—演繹”法引領DNA半保留復制的教學

教材在第3章第3節講到了DNA半保留復制，雖然沒有明顯指出“假說—演繹”法的幾個環節，但字里行間無不滲透著“假說—演繹”法的科學思維方法。下面，筆者同樣嘗試用

“假說—演繹”法的

五個環節來解釋DNA半保留復制機制的發現。

問題：遺傳物質的一個基本特征是能自我復制，20世紀前期人們在明確了DNA是細胞中的遺傳物質后，立刻就會猜想：“DNA是如何進行復制的？是半保留復制，還是全保留復制呢？”

假說：DNA結構的發現者沃森和克里克在《核酸的分子結構——脫氧核糖核酸的一個結構模型》一文的結尾處寫道：“在提出堿基特異性配對的看法后，我們立即又提出了遺傳物質進行復制的一種可能機理。”他們在此后的第二篇論文里提出了半保留復制的假說：“DNA分子復制時，DNA分子的雙螺旋將解開，互補的堿基之間氫鍵斷裂，解開的兩條單鏈作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸依據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵結合到作為模板的單鏈上。由于新合成的每個DNA分子中都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此這種復制方式被稱為半保留復制。”

演繹：直到1958年，科學家Meselson和Stahl運用同位素技術設計了一個巧妙的實驗對這一機制進行了研究（具體見教材P53）。他們以含有15N標記的NH4Cl培養液來培養大腸桿菌，讓其繁殖幾代后再轉移至含有14N的普通培養基中。然后收集大腸桿菌提取DNA，進行密度梯度離心后記錄試管中DNA的位置。按照沃森和克里克提出的DNA半保留復制的假說，離心后應該出現三條DNA帶：一條是15N/15N，密度最大，最靠近試管底部；一條是15N/14N，密度居中，位置也居中；還有一條是14N/14N，密度最小，離試管底部也最遠。如果DNA是全保留復制的，在試管中應該只出現兩條DNA帶，即15N/15N和14N/14N。

驗證：Meselson和Stahl的實驗結果與預期完全一致，試管中共出現了三條DNA帶。

結論：DNA的復制是以半保留方式進行的。

物理學中冥王星的發現、愛因斯坦的相對論也應用了這一科學思維方法，因此“假說—演繹”法被稱為近代科學方法論史上的一座豐碑實不為過。教材中第4章第2節中心法則的提出、第4章第3節遺傳密碼的破譯等內容也運用了“假說—演繹”法，同時編者也設計了類似的練習題對學生進行訓練。如教材第38頁拓展題“……你怎樣解釋這種奇怪的現象？如何驗證你的解釋”；第71頁的技能訓練“請針對出現殘翅果蠅的原因提出假說，并進行解釋”；必修三第69頁進一步探究“根據你對影響酵母菌種群數量增長的因素作出的推測，設計實驗進行驗證”……

三、結語

新課程背景下，中學教育要更加注重科學素養的培養和科學方法的訓練，“假說—演繹”法是很好的素材。在教學實踐中，教師應充分理解“假說—演繹”法的精髓，不但將其應用于孟德爾的豌豆雜交實驗、摩爾根的果蠅實驗教學中，而且應滲透于各種習題解答、探究性活動中去，著力于使學生形成科學的思維方法，從而達到培養學生科學素養和創新精神的教育目標。

參考文獻

[1]劉鑫.“假說—演繹”法在高中生物新課程中的應用[J].教育科學講壇，2011，（10）：14-16.

[2]方鈞.“假說—演繹”法的專題教學探究[J].中學生物教學，2011，（6）：15-17.

[3]杭躍男.剖析經典實驗領悟“假說—演繹法”的實質及其應用[J].生物學通報，2012，（7）：28-30.

[4]顧鳳秀.例析類比推理法和“假說—演繹”法[J].中學生物教學，2010，（7）：42-45.

[5]吳君民.準確理解“假說—演繹法”的本質[J].中學生物學，2012，（5）：61-63.endprint

一、“假說—演繹”法的由來與特點

“假說—演繹”法是人教版高中生物必修二中重要的科學方法，教材明確給出其概念：“在觀察和分析基礎上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，并根據假說進行推理演繹，再通過實驗檢驗演繹推理的結論。如果實驗結果與預期結論相符，就證明假說是正確的。”笛卡兒被認為是“假說—演繹”法的倡導者，因為他早在17世紀中葉的《哲學原理》一書中就提出了相似的觀點。到19世紀中葉，英國休厄爾發展了“假說—演繹”法。從近代科學到現代科學，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。因此，“假說—演繹”的思想也被稱為近代科學方法論史上的一座豐碑。

《生物課程標準》中指出“高中生物必修二的學習將有助于學生領悟‘假說—演繹

等科學方法及其在科學研究中的應用”，這就明確了教學中要側重于科學方法的教育，尤其體現在第一、第二章的相關教學內容中。根據概念推知“假說—演繹”法可分為發現問題與分析問題、提出假設與設計實驗、驗證假說與歸納綜合、得出結論與總結規律四個環節，但“假說—演繹”法究竟由幾個環節組成也有不同的說法。如方鈞（2011年）認為“假說—演繹”法可分實驗、問題、假說、設計實驗、預期結果、進行實驗得到結果、比較分析、得出結論等八個環節；而吳君民（2012年）將其分成六個環節，即觀察現象、提出問題、作出假說、演繹推理、實驗驗證、得出結論。筆者認為將“

假說—演繹”法劃分為問題、假說、演繹、驗證、結論等五個環節可能更加簡明，有利于學生記憶和理解，同時能體現“假說—演繹”法的思想精髓。當然，“假說—演繹”法無論劃分為幾個環節，其表達的核心含義都大同小異。

二、例談“假說—演繹”法在生物教學中的應用

高中生物必修二中“假說—演繹”法主要應用在孟德爾豌豆雜交實驗的內容中，各位學者已經討論的比較透徹，在此不再贅述，本文著重闡述“假說—演繹”法在摩爾根果蠅實驗、DNA的半保留復制這兩個知識點中的應用。

1.“假說—演繹”法引領摩爾根果蠅實驗的教學

美國生物學家摩爾根在研究基因和染色體的關系時遵循“假說—演繹”法的科學思維方法，按照問題、假說、演繹、驗證、結論五個環節進行實驗探究，最后確定了基因在染色體上。

問題：摩爾根在一群紅眼果蠅中偶然發現了一只白眼雄果蠅，為了研究白眼性狀的遺傳方式做了如下雜交實驗（見圖1）。

圖1 果蠅雜交實驗

通過實驗結果發現果蠅中紅眼相對于白眼為顯性性狀，且F2中性狀分離比是3∶1，由此可知紅眼與白眼由一對等位基因控制。但細心的摩爾根發現無論在親代還是子二代中白眼的果蠅總是雄性的，于是提出問題：“為什么果蠅白眼性狀的表現總是和性別相聯系？”

假說：此時生物學家已經知道X、Y性染色體控制生物的性別，而基因可以控制生物的性狀。于是摩爾根大膽作出如下假說：控制白眼的基因（b）位于X染色體上，Y染色體上不含有它的等位基因。

演繹：根據假說可知不同性狀果蠅的基因型為♀紅眼（XBXB、XBXb）、♀白眼（XbXb）、♂紅眼（XBY）、♂白眼（XbY），則以上雜交實驗可作如下解釋（見圖2）。

驗證：能成為定律的假說一定是不僅能解釋已觀察到的現象，而且能夠預言尚未發生的實驗結果。摩爾根也設計了果蠅紅雌（F1）白雄的測交實驗來驗證他的假說，圖3是對測交實驗的推測。測交結果中四種表現型果蠅的數量分別是126只、120只、132只和115只，非常接近預測比例1∶1∶1∶1，從而驗證了摩爾根假說的正確性。

結論：摩爾根得出結論“控制果蠅白眼的基因位于X染色體上，Y染色體上不含有它的等位基因”，從而用實驗證明了基因在染色體上。

2.“假說—演繹”法引領DNA半保留復制的教學

教材在第3章第3節講到了DNA半保留復制，雖然沒有明顯指出“假說—演繹”法的幾個環節，但字里行間無不滲透著“假說—演繹”法的科學思維方法。下面，筆者同樣嘗試用

“假說—演繹”法的

五個環節來解釋DNA半保留復制機制的發現。

問題：遺傳物質的一個基本特征是能自我復制，20世紀前期人們在明確了DNA是細胞中的遺傳物質后，立刻就會猜想：“DNA是如何進行復制的？是半保留復制，還是全保留復制呢？”

假說：DNA結構的發現者沃森和克里克在《核酸的分子結構——脫氧核糖核酸的一個結構模型》一文的結尾處寫道：“在提出堿基特異性配對的看法后，我們立即又提出了遺傳物質進行復制的一種可能機理。”他們在此后的第二篇論文里提出了半保留復制的假說：“DNA分子復制時，DNA分子的雙螺旋將解開，互補的堿基之間氫鍵斷裂，解開的兩條單鏈作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸依據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵結合到作為模板的單鏈上。由于新合成的每個DNA分子中都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此這種復制方式被稱為半保留復制。”

演繹：直到1958年，科學家Meselson和Stahl運用同位素技術設計了一個巧妙的實驗對這一機制進行了研究（具體見教材P53）。他們以含有15N標記的NH4Cl培養液來培養大腸桿菌，讓其繁殖幾代后再轉移至含有14N的普通培養基中。然后收集大腸桿菌提取DNA，進行密度梯度離心后記錄試管中DNA的位置。按照沃森和克里克提出的DNA半保留復制的假說，離心后應該出現三條DNA帶：一條是15N/15N，密度最大，最靠近試管底部；一條是15N/14N，密度居中，位置也居中；還有一條是14N/14N，密度最小，離試管底部也最遠。如果DNA是全保留復制的，在試管中應該只出現兩條DNA帶，即15N/15N和14N/14N。

驗證：Meselson和Stahl的實驗結果與預期完全一致，試管中共出現了三條DNA帶。

結論：DNA的復制是以半保留方式進行的。

物理學中冥王星的發現、愛因斯坦的相對論也應用了這一科學思維方法，因此“假說—演繹”法被稱為近代科學方法論史上的一座豐碑實不為過。教材中第4章第2節中心法則的提出、第4章第3節遺傳密碼的破譯等內容也運用了“假說—演繹”法，同時編者也設計了類似的練習題對學生進行訓練。如教材第38頁拓展題“……你怎樣解釋這種奇怪的現象？如何驗證你的解釋”；第71頁的技能訓練“請針對出現殘翅果蠅的原因提出假說，并進行解釋”；必修三第69頁進一步探究“根據你對影響酵母菌種群數量增長的因素作出的推測，設計實驗進行驗證”……

三、結語

新課程背景下，中學教育要更加注重科學素養的培養和科學方法的訓練，“假說—演繹”法是很好的素材。在教學實踐中，教師應充分理解“假說—演繹”法的精髓，不但將其應用于孟德爾的豌豆雜交實驗、摩爾根的果蠅實驗教學中，而且應滲透于各種習題解答、探究性活動中去，著力于使學生形成科學的思維方法，從而達到培養學生科學素養和創新精神的教育目標。

參考文獻

[1]劉鑫.“假說—演繹”法在高中生物新課程中的應用[J].教育科學講壇，2011，（10）：14-16.

[2]方鈞.“假說—演繹”法的專題教學探究[J].中學生物教學，2011，（6）：15-17.

[3]杭躍男.剖析經典實驗領悟“假說—演繹法”的實質及其應用[J].生物學通報，2012，（7）：28-30.

[4]顧鳳秀.例析類比推理法和“假說—演繹”法[J].中學生物教學，2010，（7）：42-45.

[5]吳君民.準確理解“假說—演繹法”的本質[J].中學生物學，2012，（5）：61-63.endprint

一、“假說—演繹”法的由來與特點

“假說—演繹”法是人教版高中生物必修二中重要的科學方法，教材明確給出其概念：“在觀察和分析基礎上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，并根據假說進行推理演繹，再通過實驗檢驗演繹推理的結論。如果實驗結果與預期結論相符，就證明假說是正確的。”笛卡兒被認為是“假說—演繹”法的倡導者，因為他早在17世紀中葉的《哲學原理》一書中就提出了相似的觀點。到19世紀中葉，英國休厄爾發展了“假說—演繹”法。從近代科學到現代科學，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。因此，“假說—演繹”的思想也被稱為近代科學方法論史上的一座豐碑。

《生物課程標準》中指出“高中生物必修二的學習將有助于學生領悟‘假說—演繹

等科學方法及其在科學研究中的應用”，這就明確了教學中要側重于科學方法的教育，尤其體現在第一、第二章的相關教學內容中。根據概念推知“假說—演繹”法可分為發現問題與分析問題、提出假設與設計實驗、驗證假說與歸納綜合、得出結論與總結規律四個環節，但“假說—演繹”法究竟由幾個環節組成也有不同的說法。如方鈞（2011年）認為“假說—演繹”法可分實驗、問題、假說、設計實驗、預期結果、進行實驗得到結果、比較分析、得出結論等八個環節；而吳君民（2012年）將其分成六個環節，即觀察現象、提出問題、作出假說、演繹推理、實驗驗證、得出結論。筆者認為將“

假說—演繹”法劃分為問題、假說、演繹、驗證、結論等五個環節可能更加簡明，有利于學生記憶和理解，同時能體現“假說—演繹”法的思想精髓。當然，“假說—演繹”法無論劃分為幾個環節，其表達的核心含義都大同小異。

二、例談“假說—演繹”法在生物教學中的應用

高中生物必修二中“假說—演繹”法主要應用在孟德爾豌豆雜交實驗的內容中，各位學者已經討論的比較透徹，在此不再贅述，本文著重闡述“假說—演繹”法在摩爾根果蠅實驗、DNA的半保留復制這兩個知識點中的應用。

1.“假說—演繹”法引領摩爾根果蠅實驗的教學

美國生物學家摩爾根在研究基因和染色體的關系時遵循“假說—演繹”法的科學思維方法，按照問題、假說、演繹、驗證、結論五個環節進行實驗探究，最后確定了基因在染色體上。

問題：摩爾根在一群紅眼果蠅中偶然發現了一只白眼雄果蠅，為了研究白眼性狀的遺傳方式做了如下雜交實驗（見圖1）。

圖1 果蠅雜交實驗

通過實驗結果發現果蠅中紅眼相對于白眼為顯性性狀，且F2中性狀分離比是3∶1，由此可知紅眼與白眼由一對等位基因控制。但細心的摩爾根發現無論在親代還是子二代中白眼的果蠅總是雄性的，于是提出問題：“為什么果蠅白眼性狀的表現總是和性別相聯系？”

假說：此時生物學家已經知道X、Y性染色體控制生物的性別，而基因可以控制生物的性狀。于是摩爾根大膽作出如下假說：控制白眼的基因（b）位于X染色體上，Y染色體上不含有它的等位基因。

演繹：根據假說可知不同性狀果蠅的基因型為♀紅眼（XBXB、XBXb）、♀白眼（XbXb）、♂紅眼（XBY）、♂白眼（XbY），則以上雜交實驗可作如下解釋（見圖2）。

驗證：能成為定律的假說一定是不僅能解釋已觀察到的現象，而且能夠預言尚未發生的實驗結果。摩爾根也設計了果蠅紅雌（F1）白雄的測交實驗來驗證他的假說，圖3是對測交實驗的推測。測交結果中四種表現型果蠅的數量分別是126只、120只、132只和115只，非常接近預測比例1∶1∶1∶1，從而驗證了摩爾根假說的正確性。

結論：摩爾根得出結論“控制果蠅白眼的基因位于X染色體上，Y染色體上不含有它的等位基因”，從而用實驗證明了基因在染色體上。

2.“假說—演繹”法引領DNA半保留復制的教學

教材在第3章第3節講到了DNA半保留復制，雖然沒有明顯指出“假說—演繹”法的幾個環節，但字里行間無不滲透著“假說—演繹”法的科學思維方法。下面，筆者同樣嘗試用

“假說—演繹”法的

五個環節來解釋DNA半保留復制機制的發現。

問題：遺傳物質的一個基本特征是能自我復制，20世紀前期人們在明確了DNA是細胞中的遺傳物質后，立刻就會猜想：“DNA是如何進行復制的？是半保留復制，還是全保留復制呢？”

假說：DNA結構的發現者沃森和克里克在《核酸的分子結構——脫氧核糖核酸的一個結構模型》一文的結尾處寫道：“在提出堿基特異性配對的看法后，我們立即又提出了遺傳物質進行復制的一種可能機理。”他們在此后的第二篇論文里提出了半保留復制的假說：“DNA分子復制時，DNA分子的雙螺旋將解開，互補的堿基之間氫鍵斷裂，解開的兩條單鏈作為復制的模板，游離的脫氧核苷酸依據堿基互補配對原則，通過形成氫鍵結合到作為模板的單鏈上。由于新合成的每個DNA分子中都保留了原來DNA分子中的一條鏈，因此這種復制方式被稱為半保留復制。”

演繹：直到1958年，科學家Meselson和Stahl運用同位素技術設計了一個巧妙的實驗對這一機制進行了研究（具體見教材P53）。他們以含有15N標記的NH4Cl培養液來培養大腸桿菌，讓其繁殖幾代后再轉移至含有14N的普通培養基中。然后收集大腸桿菌提取DNA，進行密度梯度離心后記錄試管中DNA的位置。按照沃森和克里克提出的DNA半保留復制的假說，離心后應該出現三條DNA帶：一條是15N/15N，密度最大，最靠近試管底部；一條是15N/14N，密度居中，位置也居中；還有一條是14N/14N，密度最小，離試管底部也最遠。如果DNA是全保留復制的，在試管中應該只出現兩條DNA帶，即15N/15N和14N/14N。

驗證：Meselson和Stahl的實驗結果與預期完全一致，試管中共出現了三條DNA帶。

結論：DNA的復制是以半保留方式進行的。

物理學中冥王星的發現、愛因斯坦的相對論也應用了這一科學思維方法，因此“假說—演繹”法被稱為近代科學方法論史上的一座豐碑實不為過。教材中第4章第2節中心法則的提出、第4章第3節遺傳密碼的破譯等內容也運用了“假說—演繹”法，同時編者也設計了類似的練習題對學生進行訓練。如教材第38頁拓展題“……你怎樣解釋這種奇怪的現象？如何驗證你的解釋”；第71頁的技能訓練“請針對出現殘翅果蠅的原因提出假說，并進行解釋”；必修三第69頁進一步探究“根據你對影響酵母菌種群數量增長的因素作出的推測，設計實驗進行驗證”……

三、結語

新課程背景下，中學教育要更加注重科學素養的培養和科學方法的訓練，“假說—演繹”法是很好的素材。在教學實踐中，教師應充分理解“假說—演繹”法的精髓，不但將其應用于孟德爾的豌豆雜交實驗、摩爾根的果蠅實驗教學中，而且應滲透于各種習題解答、探究性活動中去，著力于使學生形成科學的思維方法，從而達到培養學生科學素養和創新精神的教育目標。

參考文獻

[1]劉鑫.“假說—演繹”法在高中生物新課程中的應用[J].教育科學講壇，2011，（10）：14-16.

[2]方鈞.“假說—演繹”法的專題教學探究[J].中學生物教學，2011，（6）：15-17.

[3]杭躍男.剖析經典實驗領悟“假說—演繹法”的實質及其應用[J].生物學通報，2012，（7）：28-30.

[4]顧鳳秀.例析類比推理法和“假說—演繹”法[J].中學生物教學，2010，（7）：42-45.

[5]吳君民.準確理解“假說—演繹法”的本質[J].中學生物學，2012，（5）：61-63.endprint