“假说—演绎法”与理性思维的培养

2018-07-11魏述涛

广西教育·D版 2018年6期

魏述涛

“假说—演绎法”是现代科学研究中常用的一种科学方法，是在提出假说的过程中，演绎出推论，在实验检验和修正中得出结论的一种研究方法。那么，什么是假说—演绎法？在提出假说的基础上，如何演绎出推论，发展思维呢？下面，笔者以人教版高中生物必修二第一章第1节《孟德尔的豌豆杂交试验（一）》中的“一对相对性状的杂交实验”为例进行具体说明。

一、“假说—演绎法”的提出与内涵

“假说—演绎法”的思想源自法国哲学家笛卡尔。《方法论·情志论》一书中提到：“因为我觉得其中的推理环环相扣，后面的推理被前面的推理证明，前面的是后面的因；前面的也被后面的證明，后面的是前面的果。”[1]笛卡尔在推理前提出了相应的假设，用假设解释事实，得出结果，并对结果进行证明。这应该是“假说—演绎法”思想的雏形。《笛卡尔的人类哲学》一书对“演绎”做了明确阐释，并将“演绎”与“直观”进行了比较：“‘演绎也是理智的活动，但与‘直观不同，它们不是理智的单纯活动，必须先假定某些真理或定义，之后凭借这些定义推出一些结论。”[2]可见，笛卡尔是把自己的想法作为假说提出来，并用假定的真理去推论，演绎出结论，而这个结论可以应用到其他事实中。

“假说—演绎法”经过不断地演变和凝炼，最终以概念的形式出现在高中生物教材。在教材中，“假说—演绎法”是指在观察和分析的基础上提出问题，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符，就证明“假说”是正确的，反之，说明“假说”是错误的。将“假说—演绎法”应用于生物科学研究，不仅能够发展学生的逻辑推理能力，帮助学生形成理性思维，还有助于提升学生的生物核心素养。

二、“假说—演绎法”与传统探究的对比分析

传统探究过程的基本流程（如图1）是：观察实验现象→提出问题→作出假设→设计实验→数据分析→得出结论。传统探究过程虽然能够引导学生开展探究性活动，但已经形成了固定的探究流程，比如学生提出问题后就开始设计实验，然后对实验结果进行分析并得出结论。学生一直沿着固有的思维开展探究活动，思维和推理能力没有得到发展，导致思维创新不足，科学思维能力较为薄弱。而“假说—演绎法”的实施流程（如图2）是：观察实验过程→在分析中提出问题→逐步提出假说→解释实验现象→设计并演绎→实施实验→得出结论。

对比分析可知，“假说—演绎法”是在实验过程中生成问题，在解决问题过程中提出假说，假说不是在实验现象出现后提出的，而是在分析实验过程中逐步提出的，并且要运用假说逐步解释实验过程。此外，学生还要设计实验进行演绎，并预期实验结果，通过开展实验来验证“演绎”是否正确，从而得出结论。也就是说，“演绎”是应用这些原则建立一些定理和命题。[3]总之，“假说—演绎法”是实验者在实验过程中，在观察、归纳的基础上提出假说，以假说作为理论解释实验现象，演绎出一个可以支持假说的结论，并应用到相关实验的科学探究过程。

三、以读促写，引导学生理解“假说—演绎法”

“假说—演绎法”在教材中以文字描述的形式占据一定的篇幅，学生在理解方面难度较大。在考查这部分内容时，遗传类题目往往以生成性简答题为主，这就要求学生内化“假说—演绎法”，不仅能够提出假说，还要演绎出结论，生成答案。教学中，教师先要指导学生阅读教材内容，通过“问题导学”的形式，引导学生发现问题，提出假说，在分析实验过程中运用“假说”解释实验的合理性，然后分组讨论，设计演绎推理的过程，从而得出结论并证明假说是正确的。教师不仅要指导学生进行深度阅读，还要让学生尝试写出来，让读转化为写，这样才能呈现学生的思维过程，最后通过汇报学习成果，反馈学生掌握知识的程度，同时要设计有针对性的遗传类题目检验学生是否能够运用“假说—演绎法”解决实际问题。以读促写的形式有助于学生进入深度学习，内化知识，达到运用知识解决问题的目的。

四、以“问题导学”内化“假说—演绎法”

（一）观察实验，提出问题

在分析“一对相对性状的豌豆杂交实验”时，教师要引导学生对实验过程中出现的现象提出相应的问题。例如，教师在讲授时可以提出问题：F1代全部为高茎，说明什么？F1代中没有表现的隐性性状消失了吗？学生在观察F2代出现的现象后，会思考并生成问题：F2代为什么会出现性状分离？3∶1的性状分离比是偶然吗？围绕这些问题，师生展开讨论。

（二）提出假说，解释实验

在分析上述实验时，教师可先提出假说：（1）遗传因子决定了生物的性状；（2）遗传因子在生物体细胞中是成对存在的，一个来自父方，一个来自母方；（3）在F1代中显性遗传因子对隐性遗传因子具有显性作用。这几个“假说”能够解释基因组成和F1代的实验现象。接下来，教师就要引导学生对F2代出现的性状分离现象和3∶1的性状分离比例提出假说。学生会思考：F1代减数分裂时，成对的遗传因子在减数分裂第一次分裂后期分离，最终得到的配子中只含有每对遗传因子中的一个。这样就可以解释F2代的性状分离现象了。假如雌雄配子不随机结合，子代会出现什么情况？在“问题”的驱动下，学生提出假说：受精时，雌雄配子是随机结合的。在分析实验过程中，教师不要一次性地把全部“假说”都呈现给学生，而是要在分析实验过程中逐步引导学生提出核心假说，为演绎推理做好铺垫。

（三）演绎推理，深入探究

为解释实验而提出的假说，不仅要能够解释原有的实验现象，还要成为预测其他实验结果的理论依据。因此，教师在分析实验后，要进一步提出问题：假说的核心是F1代产生了两种类型的配子，比例为1∶1，如何证明这是正确的？配子是看不到的，如何设计实验才能证明这一点？再引导学生演绎实验过程。这时学生就会想到隐性纯合子只能产生一种类型的配子，若让F1代与这样的个体杂交，子代如果有两种表现型且比例为1∶1，就可以说明F1代通过减数分裂产生了两种类型的配子，也就能够说明等位基因在产生配子时发生了分离，且分别进入不同的配子遗传给了后代。根据推理，教师再让学生设计实验并进行验证，引出孟德尔的“测交实验”，并画出遗传图解，进一步完成演绎推理过程。学生完成实验设计后，教师再指导学生阅读教材，理解“测交实验”的意义，这样做有利于培养学生的理性思维。

五、运用“假说—演绎法”解决遗传类题目

遗传定律是高考理综生物必考内容，大多以非选择题的形式出现。题目给的信息量比较大，解题的条件则常常隐藏在给出的实验中，很多考生还未读完题目就产生了畏难情绪。笔者分析近3年全国卷理综生物试题遗传类题目发现，常考的解题方法是“假说—演绎法”，统计如下表：

分析上表可知，遺传类题目的考查从知识考查向解题方法考查转变。这就要求教师不仅要教给学生知识，还要教给学生解题的方法。因此，考生要将“假说—演绎法”内化为自己的思维方式，从题目给出的实验去分析，依据“假说—演绎法”的探究流程形成解题思路。下面，笔者以近年高考试题为例说明解答此类型题目的方法。

【2017全国卷Ⅰ】某种羊的性别决定为XY型。已知黑毛和白毛由等位基因（M/m）控制，且黑毛对白毛为显性。某同学为了确定M/m是位于X染色体上，还是位于常染色体上，让多对纯合黑毛母羊与纯合白毛公羊交配，子二代中黑毛∶白毛=3∶1，我们认为根据这一实验数据，不能确定M/m是位于X染色体上，还是位于常染色体上，还需要补充数据，如统计子二代中白毛个体的性别比例，若，则说明M/m是位于X染色体上；若，则说明M/m是位于常染色体上。（题目内容有删减）

解析：从题干中可以获取三个关键信息，即黑毛和白毛的显隐性关系、亲本是纯合黑毛母羊和纯合白毛公羊、统计子二代性状及性别。题目要求写出子二代出现什么现象，才能说明这对基因是位于X染色体或常染色体上。在获取以上信息后，可以把题目中的说明作为“假说”，然后用这一“假说”进行演绎，推理出结论，从而生成答案。M/m位于X染色体上，会出现白毛个体全为雄性；M/m位于常染色体上，会出现白毛个体中雄性∶雌性=1∶1。

【2016全国卷Ⅰ】已知果蝇的灰体和黄体受一对等位基因控制，但这对相对性状的显隐性关系和该等位基因所在的染色体是未知的。同学甲用一只灰体雌蝇与一只黄体雄蝇杂交，子代中♀灰体：♀黄体：♂灰体：♂黄体为1∶1∶1∶1。同学乙用两种不同的杂交实验都证实了控制黄体的基因位于X染色体上，并表现为隐性。请根据上述结果，回答下列问题：

（1）仅根据同学甲的实验，能不能证明控制黄体的基因位于X染色体上，并表现为隐性？

（2）请用同学甲得到的子代果蝇为材料设计两个不同的实验，这两个实验都能独立证明同学乙的结论。（要求：每个实验只用一个杂交组合，并指出支持同学乙结论的预期实验结果。）

解析：（1）根据“假说—演绎法”的解题思路，先提出假说——假设控制黄体的基因为隐性，且位于X染色体上；接下来运用这个假说进行推理，就可以得出杂交子代雌雄都表现为灰体，这与题目给出的子代现象不相符。所以答案是——不能。

（2）题目中已经说明乙同学用两组实验证明了控制黄体的基因位于X染色体，并表现为隐性，实际上这就是“假说”，利用这一“假说”进行推理便可得出答案。根据伴性遗传知识可知，有两个杂交组合可以说明题目的要求，即让雌性黄体果蝇和雄性灰体果蝇杂交，若后代中所有的雌性果蝇都表现为灰体性状，雄性果蝇都表现为黄体性状，就可以说明控制黄体的基因是隐性性状，且位于X染色体上；或让雌性灰体果蝇和雄性灰体果蝇杂交，若后代中雌性果蝇全部都表现为灰体性状，雄性果蝇中灰体性状和黄体性状各占一半，就可以说明控制黄体的基因是隐性，且位于X染色体上。

通过解析遗传类题目可知，学习“孟德尔遗传定律”这一内容时，学生不仅要能够通过实验分析掌握遗传学基础知识，还要运用“假说—演绎法”解决问题。教学过程中教师要提倡“以读促写”的学习方式，不仅让学生阅读教材中的经典实验，还要阅读与实验相关的内容，在阅读中生成问题，通过合作学习解决问题，让科学研究的方法落实在学生的读与写中。因此，采取“以读促写”的方式培养学生的实验能力和探究能力，对于提升学生生物学科核心素养和理性思维能力具有一定的意义。