通過提出假說促進學生溯因推理能力的發展

摘 要：提出假說的能力是學生運用溯因推理能力的重要組成，是學生發展創新思維的路徑之一。本文通過概述溯因推理的內涵和特點區分了溯因推理與歸納推理、演繹推理的區別，闡明了假說的內涵、特點和產生原因，最終通過假說類問題培養學生提出假說的能力，進而培養學生的溯因推理能力。

關鍵詞：提出假說；創新能力；溯因推理

文章編號：1003-7586（2024）06-0087-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

在人教版普通高中教科書《生物學·選擇性必修2·生物與環境》中提及了溯因推理的相關問題，可見溯因推理對學生科學探究能力的發展具有重要作用。

1 溯因推理的內涵和意義

1.1 溯因推理的內涵

溯因推理是一種認知方式，從已知數據或事實推出能夠解釋那些數據或事實的假設。^［1］同時溯因推理是一種重要的擴展性推理和科學方法論，也是一個形成說明性假說的程序，是引入新觀念的唯一推理類型。^［2］

1.2 溯因推理的意義

溯因推理在科學探究中發揮著重要作用，主要從三個方面體現：首先是能夠導出新假說，即由結果推出情境；其次是從諸多假說中選擇出最合理的假說；最后是回溯從假說到命題產生推理過程。^［3］

1.3 溯因推理與歸納推理和演繹推理的區別

皮爾士（C.Peirce）認為，在任何推理過程中，都要涉及以下三個實體：一是規則（關于世界的看法）；二是情境（世界上存在的已知事實）；三是結果（如果把規則用于該情境，預期將發生的事情）。演繹推理可以認為是規則在情境下出現何種結果的推理；歸納推理可以認為是在情境出現了相應結果后對規則的推理；而溯因推理是建立在已知規則和結果的情況下，對情境的推理。因此通?？梢哉J為推理過程的起點決定了推理過程的種類。^［4］

2 認識假說

2.1 假說的內涵

假說指的是根據已有的科學知識和實際材料，對客觀事物的情況和規律性作出的一種假定的說明。^［5］生物學作為一門科學，其假說大多是科學性假說，即指根據已有的事實陳述和相關的科學理論，對未知事物或規律性所作的猜測性解釋。^［6］基于此，生物學學科中沒有經過實證的嘗試性解釋即為假說。生物學學科的科學性假說是根據已知生物學知識推導未知的生物學知識的過程，是一種演繹的結果。如人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》教材中第53頁中，關于溶酶體內水解酶不會水解自身膜的假說即是一種典型的科學性假說。

2.2 假說的特點

首先假說具有相對科學性，因為假說的提出基于科學事實或試驗，然而由于假說是應用演繹方法得出的假設，所以不是必然正確的。其次假說具有多樣性，即使面對同樣的事實和實驗結果，不同的個體提出的假說可能完全不同。最后，假說具有邏輯性。^［7］假說是由事實、概念、命題等構成的體系，具有內在邏輯，不是隨意堆砌和憑空遐想出來的。

2.3 假說產生的原因

首先，客觀事物往往具有復雜性，人們很難直接認識到事物的本質，因此人類在認識事物時，往往只能“盲人摸象”。其次，人類認識事物具有局限性，影響人類做出判斷的因素眾多，經常根據一些表面的偶然因素得出結論，因此得出不正確的或者不完善的結論是十分普遍的。最后，科學發展具有階段性和奠基性。在生物科學史中“站在巨人的肩膀上”是十分普遍的現象。如針對細胞膜結構的研究，如果沒有電子顯微鏡等技術的支持便很難向前發展。

3 培養學生提出假說的能力

3.1 通過實驗教學培養學生提出假說的能力

生物學實驗，尤其是其中的探究性實驗，本質上都是從提出假說開始的。可是在教學中對于如何提出假說卻不被重視，往往都是作為實驗背景被忽視。然而提出假說是提高學生創新能力的重要思想方法。^［8］提出假說在很多時候是科學發展的第一步。通過培養學生提出的高質量假說能力，培育科學人才的基本素養，進而推進自主創新的能力并引領科學發展。

比如在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗中，教師介紹過氧化氫是生物進行有氧呼吸產生的有害代謝產物，與衰老、腫瘤、糖尿病等多種疾病的病理有關。^［9］然而，進行有氧呼吸生物的絕大多數細胞都不能避免產生過氧化氫，但細胞經進化普遍具有分解過氧化氫的能力。學生通過討論提出假設，總結出關于細胞解決過氧化氫問題的假設。假設一：過氧化氫能夠自然分解，因為過氧化氫的化學性質不穩定。假設二：過氧化氫在體溫下會發生分解。假設三：加熱使過氧化氫分解。假設四：催化劑可以讓過氧化氫分解。假設五：在可以利用酶將過氧化氫分解。學生提出假設后通過設計和進行實驗來驗證自己的假說。

教師的設計意圖是創設一個問題情境，在這個情境中促進學生的所學知識與新情境產生碰撞，從而促進假說的提出。

3.2 通過命題情境評價學生提出假說的能力

學生提出假說的能力依賴于有效的評價方式。本研究初步探索通過命題情境的設計考查學生的認識水平，從而促進學生提出假說能力的提高。在實踐中筆者初步嘗試從針對現象提出假說（分析水平），針對生物學理論的假說評價（評價水平），學生自己提出假說并通過實驗驗證（創造水平）三個方面進行評價。

3.2.1 提出假說的一般步驟

首先，根據解決問題的需要獲取信息。其次，根據獲取的信息作出推測和解釋，說明變量之間的關系。最后，根據推測和解釋作出變量關系的預測。

3.2.2 學生列舉可能結果并對某一對象的可能用途提出假說

【例1】 列舉蛋白質缺乏在滲透壓角度的可能結果________。（至少寫出2種）

3.2.3 學生基于信息提取能力分析產生假說的事實、現象和理論

【例2】 人類祖先是先穿上衣服然后脫去體毛，還是先脫去體毛才穿衣服的？請閱讀下面的資料，并作答。

資料1：英國科學家斯通金等人在《當代生物學》中指出，虱子分為兩種——頭上的和身體上的。前者誕生的年代較早，一般居住在人的頭皮上。但是，隨著古人漸漸習慣了穿衣蔽體，頭皮上的虱子便開始轉移陣地，挪到了衣服上，并且最終演化為后者。通過研究兩者基因的差異，可以斷定上述演化過程所發生的年代，而這個年代也就是人類開始穿jSw84/0VHnuT93qZjpU5jQ==衣服的時間——大約在距今7.2萬年前。而人類祖先生活在非洲炎熱的地區，大約120萬年前脫去體毛。

資料2：人類由于隱私意識的產生和自我意識的進化從而用獸皮遮蓋身軀，再到布料的產生，經過了一個漫長的過程。有了外面遮蓋物的御寒保暖，毛發的必要性也慢慢減小，于是體表毛發較少的人類在社會交往、吸引異性等方面的優勢越來越大，最后毛發逐漸減少到以汗毛或者無毛的形式存在，可是毛孔卻一直都存在。人不會沒有保暖物就無緣無故地減少毛發。

3.2.4 學生針對現象提出可能的假說

【例3】 我國對牛進行胚胎移植，每年約3000萬例，獲得母畜600－800萬頭。請你提出出現這種現象的假說：________________（寫出一種即可）并說出驗證該假說需要搜集哪些數據________ 。（至少寫出兩種數據）。

4 總結

提出假說的能力是創造能力的表現形式和培養目標之一，能夠促進新知識、新理論、新發明的產生。對于生物學學科核心素養而言，提出假說的能力就是科學思維的外延，也是科學探究的重要一環。因此，培養學生提出假說的能力對于生物學教學至關重要。

參考文獻

［1］魏屹東.溯因推理與科學認知的適應性表征［J］.南京社會科學，2020（7）：34-43+67．

［2］黃閃閃.皮爾士溯因推理的合理性研究［J］.湖北大學學報（哲學社會科版），2019，46（6）：51-57．

［3］章士嶸.科學發現的邏輯［M］.北京：人民出版社，1986：240．

［4］［美］明托（Minto，B.）.金字塔原理［M］.汪洱， 高愉， 譯. ?？冢?南海出版公司.2013：265．

［5］朱安義.假說是科學發展的重要形式［J］. 昭通學院學報， 1988，1：1-10．

［6］葉建柱.物理探究式教學中的科學假說之辨析［J］.課程·教材·教法.2015，35（4）：93-97．

［7］樊曉麗. 在生物教學中對學生進行假說方法的培養［J］.中學生物教學.2004， 10：24-25．

［8］彭健伯. 假說的類型與自主創新能力系統研究［J］. 系統科學學報， 2013（3）：41-43．

［9］郭亨長. 細胞內可控過氧化氫的產生和熒光成像［A］. 中國光學學會.中國光學學會：中國光學學會，2011：1.