基于科學技術哲學的高中生物教學研究

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【摘 要】以孟德爾豌豆雜交實驗（一）為研究對象，分析雜交實驗成功的關鍵因素，引導學生建構歷史與辯證、批判與繼承、歸納與演繹等科學技術哲學方法，以期在高中生物課堂中學生主動獲得科學思維等生物學科核心素養。

【關鍵詞】科學技術哲學；科學思維；高中生物教學

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）04-0010-01

〖WTHZ〗High school biology teaching research based on philosophy of science and technology

——A case study of Mendel pea hybridization experiment （1）

Wang Xi1 ，Zhou Jianghui3﹡， Zhao Yudan1，Yang Yingyan1，Gong Jiyi1，2， Yi Yin1，2

前言

生物科學是自然科學中的基礎學科，研究生命現象和生命活動規律[1]。生物科學與哲學緊密相聯，研究方法從屬于科學技術哲學?？茖W技術哲學包含對自然現象的認識，科學技術發展對學科發展的影響，學科發展推動技術創新等[2]。高中生物教材中包含了歷史唯物和辯證唯物主義等諸多科學技術哲學思想。在教學過程中應深挖教材，從前人的研究中吸取有價值、可供借鑒的技術、方法，這有利于發現和認識生物規律和學科本質。引導學生建構科學技術哲學等科學思維，并以此指導高中生物的教與學[3]。在《普通高中生物課程標準》中，課程目標力求培養學生的生物學科核心素養：生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任[4]。要發展科學素養等課程目標，無不基于科學技術哲學。

一、認識世界的客觀規律要遵循歷史唯物與辯證唯物相結合

人們對自然規律的認識總是有歷史可循。1866年孟德爾發現遺傳學兩大定律：遺傳因子的分離定律及自由組合定律。孟德爾并不憑空想象，其發現過程在歷史唯物主義思想上建構。選擇植物花的性狀進行遺傳研究：基于卡梅臘魯斯證明植物兩性性別的基礎研究；運用不同表現型豌豆進行雜交實驗：借鑒18世紀科爾羅伊德植物人工授粉技術發明。孟德爾繼承前人的研究成果，建構了實驗成功的關鍵：運用先進科學技術及方法，正確選擇豌豆作為實驗材料等。認識自然規律要遵循歷史唯物與辯證唯物相結合，體現了科學思維等生物學科核心素養的課程目標。

1.繼承歷史研究成功實驗選材。

1694年，植物學家卡梅臘魯斯通過觀察，發現并證明了植物存在兩性性別；1822年，奈特曾經選擇豌豆作為材料進行遺傳雜交實驗。在選擇豌豆之前，孟德爾對其他植物同樣進行過遺傳雜交實驗。如山柳菊和玉米，但都無特別發現。通過回顧植物兩性歷史研究，可能是孟德爾發現F2代出現分離及特殊3：1比例等現象解釋時引入“配子”的概念提供依據。孟德爾繼承前人的研究，成功選擇自花傳粉，閉花授粉的豌豆作為實驗材料。

2.批判與繼承歷史觀點建構科學思維。

在孟德爾之前，已有科學家提出不同的遺傳理論。19世紀早期，耐格里認為植物間存在“融合遺傳”及兩親本結合后，遺傳物質會相互融合在子代中。后代既表現出雙親遺傳性狀又與雙親任意一方不同，就像不同顏色混合后出現新的顏色；不同的是，到60年代達爾文提出了“顆粒遺傳”[5]。孟德爾通過實驗觀察得到了與“融合遺傳”理論不符合的實證，因此批判了耐格里的觀點。怎樣對相對性狀親本雜交后代出現的分離現象做出解釋，孟德爾通過大量數據統計、分析而大膽猜想，影響生物出現不同性狀的決定因素是由生物體內的“遺傳因子”決定的，就像獨立的顆粒，既不會在子代體內融合，也不會無故消失，應該在子代體內得到表達。孟德爾“遺傳因子”的存在假說，繼承和發展了達爾文的“顆粒遺傳”理論[6]。前人的研究結果往往能夠為我們開拓認識世界的視野。因此，在教學中教師要引導學生主動建構批判與繼承等科學思維。

二、科學技術進步推動遺傳規律研究進程

孟德爾沒有同時對7對相對性狀雜交實驗進行數據分析，而選擇逐對研究，遵循了單因子實驗的科學研究方法。成功規避了多因子實驗同時出現不利分析的復雜數據。實驗取得成功，是植物人工授粉技術、數據統計技術等先進科學技術集中運用的體現，推動了遺傳規律的研究進程。

植物人工授粉技術在實驗設計中得到應用；豌豆是自花授粉，閉花傳粉植物，自然狀態下后代全部是純合子。解決異株豌豆進行授粉成為實驗設計的關鍵，18世紀科爾羅伊德發明的植物人工授粉技術使實驗得以進行。

實驗設計中繼承單因子實驗研究方法；豌豆有多種性狀[7]；經過觀察和篩選，孟德爾從豌豆34種相對性狀中選擇出7種作為實驗對象進行實驗。面對多對性狀同時出現的復雜數據，孟德爾選擇繼承17世紀發明的單因子實驗等科學技術研究方法，只統計一對相對性狀雜交實驗產生的簡單實驗數據。

數據統計分析技術在實驗數據處理中的應用；孟德爾創造性運用數學統計方法。選擇最具代表性的7對相對性狀作為實驗研究的對象。通過統計后代中不同表現型的大量數據，得到F2代性狀比例3：1這一特殊值。孟德爾創新運用數據統計分析技術，通過抽樣調查、數據統計，最終取得了科學的實證比例。

三、歸納和演繹的科學思維建構新的遺傳理論

1.歸納法在雜交實驗中的運用。

一個成功的實驗設計，是要運用哲學的科學思維作為支撐，孟德爾豌豆雜交實驗也不例外，體現在教材p4表1-1[8]。表1-1結果表明：從研究莖的高度雜交后代出現特殊的比例相近于3：1，再進行其他性狀雜交實驗，后代出現近似于3：1的一般比例。孟德爾從單一因子擴展到多因子研究，通過研究莖的高度推廣到其他6對相對性狀。從特殊現象推廣到一般現象，歸納法等科學思維在孟德爾的雜交實驗中得到了運用。

2.假說——演繹法建構新遺傳定律。

從特殊現象到一般能夠得到一定的規律，但缺乏從一般到特殊的驗證過程——演繹法：基于一定理論指導，從一般的現象擴展到特殊的結論過程。孟德爾為了解釋雜交后代產生性狀分離且后代出現相近于3：1等現象，在繼承達爾文的“顆粒遺傳”的基礎上，大膽創造假說——演繹法[8]。假說理論是否真實，需要實驗實證數據作支撐。因此，孟德爾創新地創造了另外的實驗設計——測交法：用同樣的假說理論運用在不同的雜交實驗及用雜種一代高莖與隱性純合子矮莖雜交，并運用假說理論來預測后代性狀分離比值接近1：1；若測交實驗結果數據接近1：1，則預測正確，則假說理論成立，并以此支撐假說——演繹法理論，孟德爾對性狀分離現象的解釋成立，發現了“遺傳因子”的存在。研究表明，孟德爾豌豆雜交實驗過程充分運用了科學技術哲學的科學思維，成功開拓了遺傳學科中遺傳學的兩大定律。

綜上所述，教學是有目的，有目的性認識世界是人所具有的屬性。要很好地完成課程目標，教師需要在科學技術哲學基礎上進行教材分析，才能有效引導學生建構科學思維，從而更好地客觀認識世界的本質?；诳茖W技術哲學的學習，對學生終身學習能力的培養具有重要意義，體現了新課程改革力求培養學生的科學思維。

參考文獻

[1]李莉靜，李海紅.高中生物教學中自然辯證法的滲透[J].中學生物學，2010，26（1）：17-19.

[2]何成瑜.農村初中生物教學中辯證法的妙用[J].農業科技與信息，2016（33）：140-140.

[3]侯建林.淺談辯證唯物主義在高中生物教學中的滲透[J].科教文匯，2014（27）：167-168.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標[M].北京：人民教育出版社，2017：4-5.

[5]林松.《遺傳與進化》模塊中的假說與假說檢驗[J].生物學教學，2016，41（5）：58-60.

[6]李杰.淺談遺傳學科學史的教育價值[J].中學生物教學，2012（12）：17-18.

[7]何風華，朱碧巖，高峰，等.孟德爾豌豆基因克隆的研究進展及其在遺傳學教學中的應用[J].遺傳，2013，35（7）：931-938.

[8]課程教材研究所生物課程教材研究開發中心.高中生物必修2遺傳與進化[M].北京：人民教育出版社，2012：4-5.