“假说—演绎”法在高中生物新课程中的应用

　摘要：假说—演绎法不仅仅是科学家进行科学研究的方法，也是学生认识客观事物、理解客观规律的重要的科学探究方法。假说—演绎法应用于高中生物教学不仅可以帮助学生学习理解相关知识，体验科学研究的过程，还可以锻炼学生的逻辑推理能力。
　　关键词：假说—演绎法；孟德尔豌豆杂交实验；科学方法
　　　假说—演绎法是形成和构造科学理论的一种重要思维方法。它的基本特点是：在科学研究过程中，研究者在观察、实验的基础上，对所获得的事实材料进行加工制作，首先提出某种作为理论基本前提的假说来，然后以假说作为出发点，逻辑地演绎出可由经验检验的结论，构成一个理论系统。用这个理论系统解释和预见所研究的对象系统的各种现象，并用实验来进行检验和修正。图1为假说—演绎推理的逻辑关系。
　　
　　图1假说—演绎推理的逻辑关系
　　近代科学到现代科学，以“观察（实验）—归纳”为主的方法逐渐让位给以假说—演绎为主的方法。假说—演绎法不仅仅是科学家进行科学研究的方法，也是学生认识客观事物，形成客观规律的重要的科学探究方法。假说—演绎法相对于观察—归纳法对于培养学生大胆想象的创新能力、严密的逻辑推理能力都有很好的作用。
　　一、假说—演绎法在高中生物新课程中的要求及体现
　　在《普通高中生物课程标准(实验)》的“课程设计思路”部分，阐述“遗传与进化”模块的教学价值时指出，该模块有助于学生领悟“假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用”。在新课标中分为了解、理解、应用三个水平要求，其中属于应用水平的仅有两项，一项是“总结人类对遗传物质的探索过程”，另一项是“分析孟德尔遗传实验的科学方法”。在课程标准必修二模块的前言部分，还特别指出要让学生“体验科学家探索生物生殖、遗传和进化奥秘的过程”，可见引导学生体验科学的过程和方法，是必修二模块的重要任务之一。
　　必修二教材中涉及假说—演绎方法的内容还有：DNA分子半保留复制方式的提出与证实（第52页，沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说，笔耕文化传播，1958年科学家以大肠杆菌为实验材料，设计了一个巧妙的实验，证实了DNA是以半保留的方式复制的），整个中心法则的提出与证实（第68—第69页）以及遗传密码的破译（第73—第75页）等内容。这些内容可以让学生体会，领悟其中蕴含的方法。同时在教材中，编者也设计了类似的练习题对学生进行训练。如教材第38页拓展题“……你怎样解释这种奇怪的现象？如何验证你的解释”，及第71页的技能训练——提出假说，得出结论“请针对出现残翅果蝇的原因提出假说，进行解释”，必修三教材第69页进一步探究“根据你对影响酵母菌种群数量增长的因素作出的推测，设计实验进行验证”等。
　　二、假说—演绎法的典型课例分析
　　孟德尔的豌豆杂交实验是高中生物学教学的经典内容。遗传因子分离导致性状分离这一命题，是孟德尔通过豌豆的一对相对性状的杂交实验，运用假说—演绎法，历经“提出问题—构建假说—验证假说—获得结论”建立起来的。因此，这一内容非常适合作为培养学生科学探究能力的素材。构建假说需要大胆设想，演绎推理需要缜密思维,验证假设则需要设计实验，寻求证据,进行论证。这一系列过程非常有利于训练学生的思维。下面以一对相对性状的分离实验为例（如图2），看看孟德尔在进行豌豆杂交实验过程中，以及提出基因的分离定律的过程中，是怎样体现假说—演绎法的。
　　本案例教学的难点，在于让学生理解孟德尔研究过程中的哪个步骤是演绎。学生看到的是，孟德尔提出假说后，就设计测交实验进行检验了，那么哪一步是演绎呢?事实上，测交实验所检验的不是假说本身，而是假说的推论。如果孟德尔要直接验证他的假说，只能用显微观察的方法，确定遗传因子的真实存在和遗传因子的传递方式，显然在当时这是不可能的。只能由假设演绎出一个必然的可证明的待检验陈述,即子一代如果是杂合体，则必然会产生两种数量相等的配子。那么如何最直观、最简单地证明这个推论呢？孟德尔非常巧妙地设计了测交方法，即将子一代与隐性亲本类型回交，这是因为隐性亲本性状不能遮盖显性性状，并能显出纯隐性性状，这样测交结果就能直接反映出子一代所产生的配子的类型和数目。如果测交结果能得到后代的性状分离比例是1：1的话，就证明了推论的正确性。这应该是孟德尔之所以采用测交试验的真正目的。孟德尔所做的测交实验结果与预期的结果完全相符，证明了推论的正确性，由此就得出被确证的结论，即分离定律。
　　三、在应用假说—演绎法时需注意的问题
　　（一）给学生更多思考的时间和空间
　　活跃的思维是课堂教学成功的保证，在再现孟德尔实验和思维的过程中，不仅有分析、推理、归纳、演绎，还有设计和想象等思维活动，教师要有足够的耐心，提出问题或由学生提出问题后，再引导学生分析，因此给学生足够的时间进行思考和讨论非常重要。
　　（二）引导学生进行合理推理而非主观臆断
　　在演绎推理这一环节中最好以问题“为什么孟德尔不是用F1代自交或用F1代与纯种高茎豌豆杂交来证明其假说，而是将F1代与矮茎豌豆进行测交呢”来引导学生思考，而非主观臆断地告诉学生，孟德尔当时就是这么想的，就是将F1代与纯隐性类型杂交，至于为什么这样做却没有进行分析。这种教学的结果是使学生失去了思考的动力，不进行分析和思考就被动接受，其后果是学生遇到检验某一生物个体是否是杂种的实际问题时，只会想到测交而不会根据实际情况进行分析判断，这是一种失败的教学。
　　四、假说—演绎法在科学发现中的应用与限制
　　回顾经典遗传学的历史就会发现，人们对基因和性状关系的认识，首先是从性状传递的规律变化提出合理的假说，然后再分析、演绎推理、实验验证，在“合理”和“不合理”的冲突中发现正确的结论。如孟德尔在不知道遗传因子为何物、在细胞何处的情况下，选取豌豆若干对相对性状进行杂交实验，对呈现的现象提出假说，合理演绎，实验验证，从而归纳得出两个遗传的基本规律。基于当时的情况，孟德尔的假说是合理的，可以演绎地说明其他类似的现象。如果联系到基因在染色体上的位置，就可以看出孟德尔假说的局限性，譬如孟德尔讲的颗粒式遗传、基因的独立自由问题。如摩尔根和他的合作者就是在觉得孟德尔遗传理论“不合理的”基础上，通过大量的果蝇杂交实验，发现连锁和交换定律。
　　“合理”和“正确”是有差别的，现有现象或事实和已有的科学理论没有冲突就可以说是“合理”的。研究孟德尔、萨顿、摩尔根等人的工作就会发现，在提出假说时，往往要运用分析和综合、归纳和演绎、类比及想象等思维方法和研究方法。归纳、类比推理都是“合乎情理”的推理，能帮助我们猜想和发现结论，能为我们的研究提供一种方向，但得出的结论不一定正确。假说—演绎法是在不能直接证明而只能间接证明时的好方法。经典遗传学的发展历史就给了最好的说明。因为假说—演绎法证明的是符合假说这个大前提下的一个事件推导出来的结论，是由特殊到一般的推导过程。经典的范例就是孟德尔根据他的假说，演绎推理F1产生的配子种类及其比例，通过测交检验演绎的结论论证假说正确与否。
演绎的结论是否正确，取决于假说这个“大前提”。 转贴于