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高中生物教学中“假说――演绎法”|高中生物假说演绎法

Answer 1

　　“假说――演绎法”是高中生物课程标准要求学生必须掌握的科学方法之一，对于落实“提高每个高中学生的生物科学素养”的课程理念是至关重要的。以下是本人对“假说―演绎法”学习、教学的点滴体会。
　　一、“假说――演绎法”概述
　　1.“假说―演绎法”的基本内涵
　　“假说―演绎法”是现代科学研究中常用的一种科学方法，它是在观察分析的基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解决问题的假说，根据假说进行演绎推理（形成推论），再通过实验检验演绎推理的结论（推论）。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的；反之，则证明假说是错误的。
　　科学假说是科学理论发展的思维形式，是人们根据已知的科学事实，以已经掌握的科学原理为指导，对未知的自然现象及其规律性，经过一系列的思维过程（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，对已有的经验材料进行加工），预先在自己头脑中作出的假定性解释。就其组成而言，包含已知事实和推测性假定两种基本成分。假设通过这两种成分的搭配明确问题解决途径，在条件与结果之间建构设想。
　　假说是通向科学理论的必要环节。科学研究和科学理论的主要任务是试探性地对已有的经验和事实作出解释，并对未来的经验和事实提出预测。作为一种正确的假说，不仅能够解释已有的实验结果，还应必须能够预测另一些实验结果。即除了解释性条件，还必须有预见性条件。如果由假说作出的科学预见得到实际的证实，那么就标志着假说已经转化为理论。就假说能否解释已知事实与能否预见未知事实相比而言，后者是假说具有真理性的更有力的证明，当然更能作为假说是否能转化为理论的鲜明标志。假说必须经过科学实践的检验才能发展为科学理论。观察、实验所检验的常常不是假说本身，而是假说的推论，即从该假说中逻辑地推导（演绎）出来的描述个别现象或事件的推论。当然，对假说的实践检验过程是很复杂的，不能单靠一两个实验来说明问题。
　　2.“假说――演绎法”的作用
　　就思维过程的方法论而言，观察――归纳和假说――演绎都是重要的科学思维方法，从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。这是因为现代科学从总体上来说，已经不是处在经验材料的收集阶段，而是处于高度的理论概括和演绎的阶段。由于数学、计算机科学等工具学科的发展，人们能够凭借这些工具提出假说，然后演绎出理论体系或具体推论，再通过观察和实验来检验。“假说――演绎法”被认为是构造科学理论的理想方法，也被一些人看做科学知识增长的基本模式。牛顿创立光的颜色理论的过程、爱因斯坦的广义相对论的提出和验证的过程、凯库勒提出苯分子的环状结构等，都是“假说――演绎法”的典型案例。
　　二、“遗传与进化”模块中“假说――演绎法”的教学素材
　　“假说――演绎法”的典型性教学素材是孟德尔用豌豆做一对相对性状的杂交实验。通过实验，他观察到了F1代并没有像人们预期的那种表现出两个亲本的性状，而只是表现出一个亲本的性状，但F2代中表现为性状分离。孟德尔正是观察到F2代出现性状的分离，并且比例为3:1，他提出了显性性状和隐性性状的概念，并且提出了显性遗传因子和隐性遗传因子的假设，用以解释产生性状分离现象的原因。孟德尔提出的遗传因子假说的构成如图1所示。
　　图1 遗传因子假说的构成
　　在当时条件下，孟德尔不可能用显微观察法直接证明他的假设，只能借助于实验法证明由假说演绎出的推论。孟德尔根据遗传因子假说进行演绎推理，并设计测交实验对推理过程及结果进行验证见图2。
　　图2 假说的演绎推理与验证
　　测交实验不能直接验证遗传因子假说本身，而是验证由遗传因子假说演绎出的推论，即如果遗传因子决定生物性状的假说是成立的，那么根据假说可以对测交实验结果进行理论推导和预测。然后，将实验获得的数据与理论推导值进行比较，如果二者一致说明假说正确的，如果不一致则证明假说是错误的。
　　当然，对假说的实践检验过程是很复杂的，不能单靠一两个实验来说明问题。事实上，孟德尔做了很多实验都得到了相似的结果，后来又有数位科学家做了许多与孟德尔相似的观察，大量的实验都验证了孟德尔假说的真实性之后，孟德尔假说最终发展为遗传学的经典理论。
　　“遗传与进化”模块中“假说――演绎法”的教学素材还包括：基因与染色体关系的探究历程；DNA分子结构、复制方式及中心法则的提出与证实；遗传密码的破译等等。
　　“假说――演绎法”不仅是经典遗传学研究的一种重要方法，而且在现代遗传学的发展历程中发挥了重要的作用。因此，高中生物课标准在生物2“遗传和进化”模块中要求学生领悟“假说――演译法”是十分正确的。
　　三、“假说――演绎法”的教学策略
　　孟德尔的豌豆杂交实验是高中生物学教学的经典内容。现以孟德尔一对相对性状的杂交实验为例，对“假说――演译法”的教学提几点建议。
　　1.模拟孟德尔的实验过程，理解“假说”内涵
　　很多教师在孟德尔的豌豆杂交实验的教学时，往往喜欢单刀直入，直接深入基因分离定律的本质，即减数分裂中基因随染色体的分离而分离，这种讲授方式确实能促进学生对基因的分离定律的本质的认识和理解，但学生分析问题、形成假说和进行推理的能力并没有得到训练和提高，特别是“假说――演绎”的科学方法没有得到学习和训练。
　　通过“模拟性状分离的杂交实验”，帮助学生认识和理解等位基因的分离和配子的随机结合与性状之间的数量关系，促进对孟德尔提出的“假说”的理解。本模拟实验的教学关键是做好两件事：（1）确保实验操作规范以得到合理的结果；（2）引导学生分析认识模拟实验结果与孟德尔解释的关系，认同孟德尔解释的合理性。关于确保实验操作的规范性问题，主要是教师对教学的组织，以及采用各小组实验数据汇总的方式，就可以得到合理的实验结果；关于引导学生分析模拟实验结果与孟德尔解释的关系问题，需要在教学中抓住以下四个关键问题:物品模拟的是什么?操作模拟什么?随机取出并组合代表着配子的随机结合；对模拟实验结果的统计结果与孟德尔单因子杂交实验结果进行对比等。
　　通过模拟孟德尔的提出问题、进行分析、形成假说、演绎推理、设计测交实验，这是对科学发现史的再现，既是思维能力和科学方法的训练，也是深入理解科学知识的一种重要途径。
　　2.剖析孟德尔的科学研究思路
　　表3〓孟德尔的研究过程与“假说――演绎法”思路的对应关系
　　通过表3帮助学生理清孟德尔的科学研究思路。同时，引导学生剖析假说的构想过程。例如，孟德尔提出遗传因子在生物的体细胞中是成对存在的，并且显性遗传因子对隐性遗传因子具有显性作用，是基于哪些实验现象做出的假设?控制隐性性状的遗传因子在F1代体细胞中消失了吗?为什么子二代中隐性性状又出现了?学生自然会联想到F1自交后代中出现了隐性性状，所以在Fl体细胞中必然含有隐性遗传因子；而Fl表现的是显性性状，因此F1体细胞中的遗传因子应该是Dd，并且显性遗传因子对隐性遗传因子具有显性作用。隐性状之所以在子二代又出现了，是因为在F1细胞中D与d保持各自的独立性，没有相互混杂和融合；当F1产生配子时成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子中，当含有d的雌雄配子相遇时就会出现隐性性状。如此剖析假说的构想过程有利于学生思维的磨炼、智慧的增长，消除了他们对假说的神秘感。
　　3.分析“测交”实验，认识“演绎”本质
　　演绎是在假说的基础上所做的一种逻辑推理，让学生理解孟德尔研究过程中的哪个步骤是演绎则是教学中的难点。
　　教学时首先介绍孟德尔选用F1与隐性纯合子进行的测交实验，再让学生根据孟德尔的假说进行演绎推理，对测交实验结果作出预测，并画出相应的遗传图解。然后向学生呈现孟德尔的测交实验结果，引导学生尝试根据测交后代的表现型及其比例，推知F1的配子种类及其比例，进而推知F1的基因组合方式及其遗传行为，从而掌握科学的测交验证方法，并明确孟德尔设计的测交实验实际上检验的是推论，即根据假说对测交实验所进行演绎得到的：杂合子生成配子时具有相对性状关系的遗传因子（等位基因）分离这一论题；也就是教材中提到的测交实验结果所要证实的推论：F1究竟是不是杂合体（Dd）如果是杂合体，生成配子时具有相对性状关系的遗传因子（等位基因）果真分离吗?
　　4.留给学生更多思考的时间与空间
　　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，这对于高一学生来说难度较大。如果按照遗传学史进行教学，学生学习孟德尔一对相对性状的杂交实验时，应该还没有学过减数分裂的知识，理解这部分知识并非易事。因此，给学生足够的时间和空间进行思考和讨论非常重要!教师要有足够的耐心，提出问题或由学生提出问题，引导学生分析，让学生充分领会和理解。
　　“假说――演绎法”作为一种科学的思维方法，其核心环节在于建立假设、基于假设的逻辑推理及其验证。在设计教学方案时应锁定上述核心环节，尽量还原科学发现的本来面目，不能以现代科学的已知事实去代替或冲淡原本对假设及其推理的预测和求证，否则将不利于学生探究能力的培养。
　　（责任编辑：陈欣）