用批判理性诠释科学研究 创对话课程陶冶科学精神

廖兴建

(重庆市沙坪坝区教师进修学院 重庆 400030)

科学精神是中国学生六大核心素养之一。自20世纪以来，通过对实证主义“证实”观的批判，波普尔建立的以“证伪”为核心的批判理性主义哲学得到普遍的认同，已经成为当下主流的科学精神。对科学知识的性质、来源和发展等方面，实证主义与批判理性主义的观点差异巨大，批判理性主义与库恩的历史主义科学哲学、建构主义持有相对一致的主观主义知识观。本文结合科学探究实例，应用批判理性主义的理论进行如下诠释。

1 批判理性主义“P1→TT→EE→P2”的知识增长模型简介

实证主义的归纳法中存在的逻辑错误被称为“休谟问题”。波普尔对该错误举例说：即使我们观察到成千上万只白天鹅，也不足以证实“所有的天鹅都是白的”这样一个“全称陈述”，因为平时的观察不可能穷尽所有天鹅。然而，只要发现“有一只天鹅是黑色的”，便可以证伪这一判断[1]。通过对实证主义归纳法的批判，波普尔认为任何科学理论都是试探性的、暂时的和推测性的，并提出了科学知识的动态增长模型：P1→TT→EE→P2。其中P代表“问题”，“TT”代表为解决问题“P1”而通过猜想提出的“试探性学说”，它可能在部分或整体上是错误的，这就需要通过“EE”(排错)对试探性理论进行证伪、批判、检验(反驳)，或修改、或放弃，这样旧的问题得以解决，新的问题“P2”得以产生，导致进行第二次、第三次……如此推动着科学理论不断地创新和发展。所以，波普尔说：“应当把科学设想为从问题到问题的不断进步，即从问题到愈来愈深刻的问题。”

2 用知识增长模型诠释科学研究，领会科学发现的逻辑

据有关调查表明，学生对生物学史比较感兴趣，但目前的教材由于篇幅有限等原因对于生物科学史的还原不够充分[2]。应用知识增长模型来诠释科学演化史，可以获得大量有科学精神教育价值的信息。“DNA是主要的遗传物质”这节内容所探究的假设，就是关于遗传物质的“理论”，下面以其中的研究片段为例，诠释如下。

P1问题：遗传物质是DNA还是蛋白质？该如何来展开这个研究？

格里菲斯肺炎双球菌实验及其发现的转化现象，为解决上述问题提供了研究的材料和方法。

TT1：遗传物质是DNA、蛋白质或者多糖。

EE1：艾弗里将S型肺炎双球菌的DNA、蛋白质、多糖等提纯后分别与R型肺炎双球菌进行转化，实验结果表明：肺炎双球菌的转化因子是DNA(单称陈述)。即TT1经过修改，得到的实验结论是“DNA是遗传物质”(全称陈述)。

但是，这个理论与当时费伯斯·列文对DNA分子的研究结果“四核苷酸”假说(DNA分子是由核糖、磷酸和四种碱基组成的极其简单的四核苷酸小分子)发生严重的逻辑冲突，学界不相信小分子的DNA能控制遗传。导致艾弗里的实验得到的结论遭到怀疑、否定，甚至是责难和偏见。但艾弗里坚信自己的实验结果，一遍又一遍地不断研究，提高DNA的纯度。

P1问题的解决需要继续寻找更加严格的方法来检验，但此时的问题情境已经发生了变化，可以命名为P2。赫尔希、蔡斯根据噬菌体的特点，采用放射性同位素标记法来检验。于是他们提出TT2：遗传物质是DNA，或者是蛋白质。

EE2：1953年，经过实验检验、修正后的“遗传物质理论”为“DNA是遗传物质”，并迅速得到学界广泛的认同。这是怎么回事？原来随DNA分子研究技术的进步，“四核苷酸”学说被彻底否定，为DNA作为遗传物质扫清了障碍。此时问题情境就进化到了P3。

由于“DNA是遗传物质”是从肺炎双球菌、噬菌体等个案实验经推理得到的“全称陈述”，因此完全可以质疑：所有生物的遗传物质都是DNA吗？有科学家发现烟草花叶病毒的物质组成是RNA和蛋白质，没有DNA。

TT3：RNA也是遗传物质。

EE3：1956年，Fraenkel—Corat用烟草花叶病毒进行了重建实验，实验结果检验表明：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。经过批判，“遗传物质理论”再次修正为：“绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数生物的遗传物质是RNA”。

按此思路可以诠释的例子很多，只要打开生物科学史，比比皆是：如生物进化理论、细胞分化理论、细胞膜的结构模型、中心法则和基因遗传定律，等。正如波普尔所说：“科学史不应该看成理论的历史，而应该看成问题情境及其变化的历史[3]。”

3 创建对话课程，陶冶学生的科学精神

3.1 用疑难的问题情境开启学习之旅，认同探究需要理性质疑、大胆猜想的科学精神 “科学始于问题”是波普尔科学知识增长论的重要命题。知识绝对不能始于虚无，它总是起源于镶嵌在一定背景知识中的内在期望及其问题。科学的学习也是如此，必须从问题的情境开始，理解问题就必须理解问题的情境。

例如，前文的“P1”在教学时就可做如下的表述：“自1900年孟德尔定律重新发现后得到广泛传播，孟德尔的遗传因子也就是后来约翰逊命名的基因，摩尔根已经将其定位到染色体上。但有个问题一直困扰着科学家：在已经知道染色体由DNA和蛋白质组成的情况下，遗传物质究竟是DNA还是蛋白质呢？虽然大多数科学家根据分子大小倾向于蛋白质，但并没有可靠的实验证据支持。你认为该如何来展开这个研究呢？请大家谈谈研究的思路。”在接下来的活动中，通过学生对研究思路的初步分享和寻找研究材料的困境，可“邀约”学生自学肺炎双球菌的转化实验，并领悟这一实验给解决“P1”带来的重大研究价值。据此思路，可继续创建P2、P3的问题情境，使研究继续沿知识增长模型的路径不断地循环。使学生意识到：科学理论的发展不仅需要理性的质疑，而且还需要大胆猜想的创造精神，因为任何一个理论都有被证伪的潜在风险。

3.2 通过反思性对话，感悟科学探究中严格反驳的批判实证精神 在学习中，学生产生了很多错误印象：“孟德尔对豌豆一选就准”“科学家提出假设，一经检验都是正确的”等，这往往与反思性的对话不充分有关。对教学来说，反思性的对话是寻求意义转向的枢轴，是教学的重要法宝。

例如，在前文的实例中教师可提出以下的问题来让学生反思：“经过艾弗里的实验检验，人们已经知道了DNA是遗传物质。请同学们看看教材第44页，为什么还有一个证明实验，难道艾弗里的实验结果不可靠吗？大家可以猜猜看，都有哪些可能的原因呢？”经过学生的分享、推测，然后教师补充“四核苷酸”理论的冲突。再进一步设问：“这个事实说明了什么呢？”就可以把学生的思维引领到对科学理论成立条件的思考上。“当艾弗里的实验结论与四核苷酸理论发生冲突而受到质疑时，艾弗里是怎么做的？赫尔希、蔡斯又是怎么做的？”通过该问，一是把学生引领到如何理性地、批判地对待冲突的态度上；二是通过艾弗里对实验不断地严谨求证、赫尔希、蔡斯应用同位素示踪法进行更严格的检验，都体现了对科学理论的批判和检验是建立在探究实验基础之上，这就是科学研究的批判和实证精神。

3.3 创设主流科学理论的疑难情境，激发学生的科学使命感 实证主义客观的、旁观的和封闭的知识观，与理论相关的反例或不能解释的疑难都成了干扰学习的因素。如此就养成了对科学理论不再质疑、完全接受的态度。但从批判理性主义观点看来，科学理论不是绝对的真理，而是假说，是暂时的。即便是当下主流的科学理论，仍然是有待发展完善的存在。适当地将主流理论遇到的反例、疑难和局限性等问题情境给予学生，能激发部分学生产生强烈的使命感。

例如，对遗传物质理论可结合朊病毒的发现进行开放式的设问总结：“通过学习，我们知道绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数生物的遗传物质是RNA。这个结论是不是就是完全正确的呢？1982年，科学家在研究疯牛病时就发现了一种新的病毒——朊病毒，它没有DNA、 RNA，只有蛋白质。那是不是意味着遗传物质的理论又将再一次的面临修正和发展呢？建议大家课后查阅资料，继续探究。”又如，对向光性的探讨，“关于向光性的原因，还有不同说法和争议。在教材第48页的小字部分就提出了相反的研究证据。目前，关于向光性原因的研究还在继续，因为科学的发展就是在争议和质疑中前进，也欢迎大家加入研究者的行列。”正如知识增长模型所显示的，解决了P1，或早或迟总会产生P2。在生物学领域，由于生物的多样性，很多顶级的、主流的理论都面临着新证据的挑战，可以应用开放式总结的例子还有很多。再如，流动镶嵌模型原有的流动无序性和均质性在解释生物膜上有序的化学反应时就存在局限；RNA编辑的发现、以蛋白质为模板的肽链合成等，都极大地挑战了中心法则原有的理论框架。

3.4 理性对待知识增长中的错误，涵养科学的人文精神 在有些科学教材中，往往对科学发展中的错误和提出错误见解的科学家进行批评。根据知识增长的进化理论，即便是正常的科学研究，总有时代的局限性，出现错误是必然的，但如何对待这些错误却指向科学的人性。波普尔在《猜想与反驳》的序言中，特别强调：“我们能够从我们的错误中学习。”并认为，科学的态度就是批判的态度，批判是对错误的批判，但批评别人及其理论的错误，或基于自尊执着自己的错误，都不是科学的理性态度，这是教师在教学中应予以关注和反思的。

例如，当对遗传物质的争论尘埃落定之后，可进一步地设问反思：“通过学习已经知道，噬菌体实验的结果再次表明艾弗里的实验结论是正确的。因此，要对艾弗里的实验成果受到的怀疑、不公，表示歉意；对他们当年对自己研究结果的坚定、执着，应心生敬意；但对提出错误“四核苷酸”假说的费伯斯·列文，需要进行谴责吗？”以此将反思的方向引导到如何对待科学的“错误”上，是该“批判”还是“批评”？批判而非批评错误，是为了探索真理。只要知识在进化，错误也是科学理论的有机组成部分。若是将批判转换为批评，让学生嘲笑、贬低以前科学家的研究水平和智慧，以此来彰显我们当代人的聪明、高深，甚至是优越感，这是非常错误的。

无论是批判、质疑别人还是自己的错误，都应该持有科学的理性态度和精神。因为知识确定性的丧失鼓励我们，既要理性地用严谨求证的方式捍卫主张，同时也要开放性地保持与他人进行对话和交流。