用批判理性詮釋科學研究 創對話課程陶冶科學精神

廖興建

(重慶市沙坪壩區教師進修學院 重慶 400030)

科學精神是中國學生六大核心素養之一。自20世紀以來，通過對實證主義“證實”觀的批判，波普爾建立的以“證偽”為核心的批判理性主義哲學得到普遍的認同，已經成為當下主流的科學精神。對科學知識的性質、來源和發展等方面，實證主義與批判理性主義的觀點差異巨大，批判理性主義與庫恩的歷史主義科學哲學、建構主義持有相對一致的主觀主義知識觀。本文結合科學探究實例，應用批判理性主義的理論進行如下詮釋。

1 批判理性主義“P1→TT→EE→P2”的知識增長模型簡介

實證主義的歸納法中存在的邏輯錯誤被稱為“休謨問題”。波普爾對該錯誤舉例說：即使我們觀察到成千上萬只白天鵝，也不足以證實“所有的天鵝都是白的”這樣一個“全稱陳述”，因為平時的觀察不可能窮盡所有天鵝。然而，只要發現“有一只天鵝是黑色的”，便可以證偽這一判斷[1]。通過對實證主義歸納法的批判，波普爾認為任何科學理論都是試探性的、暫時的和推測性的，并提出了科學知識的動態增長模型：P1→TT→EE→P2。其中P代表“問題”，“TT”代表為解決問題“P1”而通過猜想提出的“試探性學說”，它可能在部分或整體上是錯誤的，這就需要通過“EE”(排錯)對試探性理論進行證偽、批判、檢驗(反駁)，或修改、或放棄，這樣舊的問題得以解決，新的問題“P2”得以產生，導致進行第二次、第三次……如此推動著科學理論不斷地創新和發展。所以，波普爾說：“應當把科學設想為從問題到問題的不斷進步，即從問題到愈來愈深刻的問題。”

2 用知識增長模型詮釋科學研究，領會科學發現的邏輯

據有關調查表明，學生對生物學史比較感興趣，但目前的教材由于篇幅有限等原因對于生物科學史的還原不夠充分[2]。應用知識增長模型來詮釋科學演化史，可以獲得大量有科學精神教育價值的信息。“DNA是主要的遺傳物質”這節內容所探究的假設，就是關于遺傳物質的“理論”，下面以其中的研究片段為例，詮釋如下。

P1問題：遺傳物質是DNA還是蛋白質？該如何來展開這個研究？

格里菲斯肺炎雙球菌實驗及其發現的轉化現象，為解決上述問題提供了研究的材料和方法。

TT1：遺傳物質是DNA、蛋白質或者多糖。

EE1：艾弗里將S型肺炎雙球菌的DNA、蛋白質、多糖等提純后分別與R型肺炎雙球菌進行轉化，實驗結果表明：肺炎雙球菌的轉化因子是DNA(單稱陳述)。即TT1經過修改，得到的實驗結論是“DNA是遺傳物質”(全稱陳述)。

但是，這個理論與當時費伯斯·列文對DNA分子的研究結果“四核苷酸”假說(DNA分子是由核糖、磷酸和四種堿基組成的極其簡單的四核苷酸小分子)發生嚴重的邏輯沖突，學界不相信小分子的DNA能控制遺傳。導致艾弗里的實驗得到的結論遭到懷疑、否定，甚至是責難和偏見。但艾弗里堅信自己的實驗結果，一遍又一遍地不斷研究，提高DNA的純度。

P1問題的解決需要繼續尋找更加嚴格的方法來檢驗，但此時的問題情境已經發生了變化，可以命名為P2。赫爾希、蔡斯根據噬菌體的特點，采用放射性同位素標記法來檢驗。于是他們提出TT2：遺傳物質是DNA，或者是蛋白質。

EE2：1953年，經過實驗檢驗、修正后的“遺傳物質理論”為“DNA是遺傳物質”，并迅速得到學界廣泛的認同。這是怎么回事？原來隨DNA分子研究技術的進步，“四核苷酸”學說被徹底否定，為DNA作為遺傳物質掃清了障礙。此時問題情境就進化到了P3。

由于“DNA是遺傳物質”是從肺炎雙球菌、噬菌體等個案實驗經推理得到的“全稱陳述”，因此完全可以質疑：所有生物的遺傳物質都是DNA嗎？有科學家發現煙草花葉病毒的物質組成是RNA和蛋白質，沒有DNA。

TT3：RNA也是遺傳物質。

EE3：1956年，Fraenkel—Corat用煙草花葉病毒進行了重建實驗，實驗結果檢驗表明：煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。經過批判，“遺傳物質理論”再次修正為：“絕大多數生物的遺傳物質是DNA，少數生物的遺傳物質是RNA”。

按此思路可以詮釋的例子很多，只要打開生物科學史，比比皆是：如生物進化理論、細胞分化理論、細胞膜的結構模型、中心法則和基因遺傳定律，等。正如波普爾所說：“科學史不應該看成理論的歷史，而應該看成問題情境及其變化的歷史[3]。”

3 創建對話課程，陶冶學生的科學精神

3.1 用疑難的問題情境開啟學習之旅，認同探究需要理性質疑、大膽猜想的科學精神 “科學始于問題”是波普爾科學知識增長論的重要命題。知識絕對不能始于虛無，它總是起源于鑲嵌在一定背景知識中的內在期望及其問題。科學的學習也是如此，必須從問題的情境開始，理解問題就必須理解問題的情境。

例如，前文的“P1”在教學時就可做如下的表述：“自1900年孟德爾定律重新發現后得到廣泛傳播，孟德爾的遺傳因子也就是后來約翰遜命名的基因，摩爾根已經將其定位到染色體上。但有個問題一直困擾著科學家：在已經知道染色體由DNA和蛋白質組成的情況下，遺傳物質究竟是DNA還是蛋白質呢？雖然大多數科學家根據分子大小傾向于蛋白質，但并沒有可靠的實驗證據支持。你認為該如何來展開這個研究呢？請大家談談研究的思路。”在接下來的活動中，通過學生對研究思路的初步分享和尋找研究材料的困境，可“邀約”學生自學肺炎雙球菌的轉化實驗，并領悟這一實驗給解決“P1”帶來的重大研究價值。據此思路，可繼續創建P2、P3的問題情境，使研究繼續沿知識增長模型的路徑不斷地循環。使學生意識到：科學理論的發展不僅需要理性的質疑，而且還需要大膽猜想的創造精神，因為任何一個理論都有被證偽的潛在風險。

3.2 通過反思性對話，感悟科學探究中嚴格反駁的批判實證精神 在學習中，學生產生了很多錯誤印象：“孟德爾對豌豆一選就準”“科學家提出假設，一經檢驗都是正確的”等，這往往與反思性的對話不充分有關。對教學來說，反思性的對話是尋求意義轉向的樞軸，是教學的重要法寶。

例如，在前文的實例中教師可提出以下的問題來讓學生反思：“經過艾弗里的實驗檢驗，人們已經知道了DNA是遺傳物質。請同學們看看教材第44頁，為什么還有一個證明實驗，難道艾弗里的實驗結果不可靠嗎？大家可以猜猜看，都有哪些可能的原因呢？”經過學生的分享、推測，然后教師補充“四核苷酸”理論的沖突。再進一步設問：“這個事實說明了什么呢？”就可以把學生的思維引領到對科學理論成立條件的思考上。“當艾弗里的實驗結論與四核苷酸理論發生沖突而受到質疑時，艾弗里是怎么做的？赫爾希、蔡斯又是怎么做的？”通過該問，一是把學生引領到如何理性地、批判地對待沖突的態度上；二是通過艾弗里對實驗不斷地嚴謹求證、赫爾希、蔡斯應用同位素示蹤法進行更嚴格的檢驗，都體現了對科學理論的批判和檢驗是建立在探究實驗基礎之上，這就是科學研究的批判和實證精神。

3.3 創設主流科學理論的疑難情境，激發學生的科學使命感 實證主義客觀的、旁觀的和封閉的知識觀，與理論相關的反例或不能解釋的疑難都成了干擾學習的因素。如此就養成了對科學理論不再質疑、完全接受的態度。但從批判理性主義觀點看來，科學理論不是絕對的真理，而是假說，是暫時的。即便是當下主流的科學理論，仍然是有待發展完善的存在。適當地將主流理論遇到的反例、疑難和局限性等問題情境給予學生，能激發部分學生產生強烈的使命感。

例如，對遺傳物質理論可結合朊病毒的發現進行開放式的設問總結：“通過學習，我們知道絕大多數生物的遺傳物質是DNA，少數生物的遺傳物質是RNA。這個結論是不是就是完全正確的呢？1982年，科學家在研究瘋牛病時就發現了一種新的病毒——朊病毒，它沒有DNA、 RNA，只有蛋白質。那是不是意味著遺傳物質的理論又將再一次的面臨修正和發展呢？建議大家課后查閱資料，繼續探究。”又如，對向光性的探討，“關于向光性的原因，還有不同說法和爭議。在教材第48頁的小字部分就提出了相反的研究證據。目前，關于向光性原因的研究還在繼續，因為科學的發展就是在爭議和質疑中前進，也歡迎大家加入研究者的行列。”正如知識增長模型所顯示的，解決了P1，或早或遲總會產生P2。在生物學領域，由于生物的多樣性，很多頂級的、主流的理論都面臨著新證據的挑戰，可以應用開放式總結的例子還有很多。再如，流動鑲嵌模型原有的流動無序性和均質性在解釋生物膜上有序的化學反應時就存在局限；RNA編輯的發現、以蛋白質為模板的肽鏈合成等，都極大地挑戰了中心法則原有的理論框架。

3.4 理性對待知識增長中的錯誤，涵養科學的人文精神 在有些科學教材中，往往對科學發展中的錯誤和提出錯誤見解的科學家進行批評。根據知識增長的進化理論，即便是正常的科學研究，總有時代的局限性，出現錯誤是必然的，但如何對待這些錯誤卻指向科學的人性。波普爾在《猜想與反駁》的序言中，特別強調：“我們能夠從我們的錯誤中學習。”并認為，科學的態度就是批判的態度，批判是對錯誤的批判，但批評別人及其理論的錯誤，或基于自尊執著自己的錯誤，都不是科學的理性態度，這是教師在教學中應予以關注和反思的。

例如，當對遺傳物質的爭論塵埃落定之后，可進一步地設問反思：“通過學習已經知道，噬菌體實驗的結果再次表明艾弗里的實驗結論是正確的。因此，要對艾弗里的實驗成果受到的懷疑、不公，表示歉意；對他們當年對自己研究結果的堅定、執著，應心生敬意；但對提出錯誤“四核苷酸”假說的費伯斯·列文，需要進行譴責嗎？”以此將反思的方向引導到如何對待科學的“錯誤”上，是該“批判”還是“批評”？批判而非批評錯誤，是為了探索真理。只要知識在進化，錯誤也是科學理論的有機組成部分。若是將批判轉換為批評，讓學生嘲笑、貶低以前科學家的研究水平和智慧，以此來彰顯我們當代人的聰明、高深，甚至是優越感，這是非常錯誤的。

無論是批判、質疑別人還是自己的錯誤，都應該持有科學的理性態度和精神。因為知識確定性的喪失鼓勵我們，既要理性地用嚴謹求證的方式捍衛主張，同時也要開放性地保持與他人進行對話和交流。