浅议“证伪”思想在高中生物教学中的价值

涂宽 崔鸿

1“证伪”思想的相关知识概念

1.1“证伪”思想的核心观点

“证伪”思想是波普尔以源于古希腊的理性主义批判传统为基础，对逻辑证实主义进行批判，并受爱因斯坦相对论的启发而提出的。“证伪”思想的主要核心观点有：

1 任何科学理论原则上不会被最终证实，但却会被否证或证伪;

2 科学发现的过程是理论不断地被否定或修正的过程而绝非证实的过程;

3 科学进步和发展源于提出问题和解决问题，问题是科学的起点;

4 从科学探索的方法论角度出发，提出以试错法为核心的“猜想与反驳”学说。

1.2“证伪”思想解决生物学问题的过程

“证伪”思想认为，科学的根本方法是试错法，即尝试与清除错误的方法。故在日常教学过程中，教师应鼓励学生大胆采用试错法，针对初始问题积极提出自己的观点和猜测，然后去寻找证伪的事例，并根据事例对自己的猜想进行修正。在此过程中，初始问题得以解决，但又会出现新的问题。学生解决生物学问题就是通过“发现问题——解决问题——产生新问题——解决新问题——......”的过程（图1），最终无限接近生物学真理，这才是生物科学发展的真正轨迹和主流方向。

1.3“证伪”思想在生物历史发展及生物教育中的影响

众所周知，20世纪是自然科学发展最为辉煌的时代，而生物学又是其中的佼佼者。但生物学及其教育的历史发展并非一帆风顺，而是一个曲折的前进过程。作为揭示生物学发生和发展的生物学历史具有较高的科学教育价值，对生物学教学具有重要的指导和借鉴作用。而运用“证伪”思想成功破解生物学历史上难题的案例更是不胜枚举。例如，关于DNA的复制方式，科学家提出全保留复制模型、半保留复制模型、弥散复制模型三种模型。直到1958年，科学家以大肠杆菌为实验材料，利用同位素标记法，通过巧妙的实验设计，才证伪了全保留复制模型和弥散复制模型，最终确立了半保留复制为DNA的复制方式。又如，关于哪种物质才是生物体遗传物质这一问题，在20世纪20年代绝大多数科学家认为蛋白质才是遗传物质。究其原因在于科学家已经在蛋白质领域取得了丰硕的成果，而正是因为这些成果严重阻碍了生物学的发展。后来，在科學家格里菲斯、艾弗里、赫尔希和蔡斯等人开展了大量实验的不懈努力下，最终证伪了蛋白质是遗传物质的观点。

再如，关于遗传密码的阅读方式，科学家为争论主要集中在几个碱基决定一个氨基酸、依次阅读还是重叠阅读两方面。科学家克里克和他的同事通过大量的实验工作，最终在1961年证伪了不是一个或两个碱基决定一个氨基酸，阅读方式不是重叠阅读，而是三个碱基决定一个氨基酸，阅读方式为依次阅读。可见，生物学的历史发展离不开不断的证伪，只有这样人们才能向真理无限接近。

2“证伪”思想在高中生物教学中的价值

2.1有利于帮助学生获得生物学概念

生物学概念是对一类“生物学事物”的概括，是反映生命世界中各种物质、现象及本质属性的思维形式，是构成生物学知识体系的重要组成部分。甚至可以认为，学好生物学科的关键就是掌握生物学概念及概念组成的知识体系。而学生获得生物学概念必须从四方面入手，即生物学概念的术语（名称）、概念的内涵、概念的外延和概念的例证。以上四方面的任何一方面出现问题，都将导致不能形成正确的科学概念。如何提高高中生物概念教学的有效性，是广大教师面临的难题。在教学过程中向学生渗透“证伪”思想，极大地促进学生获得生物学概念。

例如，教材用“科学家根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核，把细胞分为真核细胞和原核细胞两大类”这一特点来区别原核细胞和真核细胞。殊不知，学生学完原核细胞和真核细胞概念之后，往往会形成“真核细胞一定具备以核膜为界限的细胞核，没有以核膜为界限的细胞核的细胞一定是原核细胞”这样的错误概念。此时，笔者追问：由真核细胞组成的哺乳动物（如人），它的成熟红细胞有细胞核吗？由于学生在初中阶级已经学习过哺乳动物成熟红细胞的相关知识，故很容易回答出没有细胞核（也没有核膜）。在“证伪”思想的渗透下，学生原有的认知结构与熟悉的事实内容发生冲突，从而使学生在冲突中发现原有前概念的错误之处，以达到对科学概念的正确顺应，进而对“原核细胞和真核细胞”概念有更准确更完善的理解。

又如，在介绍“胞吞胞吐”概念时，教师往往会照本宣科，强调其运输对象为大分子物质，并以“分泌蛋白的分泌过程”“白细胞吞噬病菌”作为正例佐证。那么，胞吞胞吐是否只能运输大分子物质？答案显然是否定的。教师应举出几个与之相悖的概念进行证伪，如多巴胺、乙酰胆碱等神经递质的运输方式也是以胞吐的形式，而多巴胺的相对分子质量为153.18，是典型的小分子物质。这样，学生在“正例”和“反例”的共同支持下，对胞吞胞吐的运输对象也有了更准确的理解和把握。

可见，在高中生物教学中渗透“证伪”思想可提高科学概念的教学效率，特别是在处理学生易错、难懂的生物学概念时，往往起着事半功倍的效果。

2.2有利于帮助学生发展批判性思维

众所周知，科学没有绝对的真理。今天被认为是合乎真理的认知都有它隐蔽着的以后会显露出来的错误的方面。而科学的进步就体现在把这种错误逐渐消除或更新为新的，从而无限接近真理。故人们不能以绝对真理的态度来对待科学，而是应该对真理保持无限渴望和不懈追求的态度。而推动科学进步少不了批判性思维，正如波普尔所言：“在知识领域中不存在任何不向批判开放的东西”。唯有坚持批判性思维，科学理论才会不断发展、更新并相对完善。

批判性思维绝非个人主观臆断或人云亦云，它是一个人在面对陌生的事件、信息时，下意识地悬置判断，不轻易肯定，也不轻易否定，而是尽可能地去寻找全面对称的信息，与已掌握的信息进行对比，从而得出一个相对合理的看法。而“证伪”思想对提高学生批判性思维能力大有裨益。

在生物科学史上有着丰富的被证伪的经典案例，教师可通过这些案例潜移默化地影响学生批判性思维的养成。例如，19世纪的科学界普遍认为胰腺分泌胰液是通过神经调节。很快该结论就被斯他林和贝利斯所证伪，并提出新的假设：一种化学物质引起胰腺分泌胰液。斯他林和贝利斯这两位科学家不畏权威、勇于质疑科学态度最终成就了他们自己，促胰液素也成为了人类发现的第一种激素。

又如，沃森和克里克在构建DNA双螺旋结构模型过程中，先后尝试了很多种不同的双螺旋（如碱基位于螺旋的外部，A与A、T与T配对等）和三螺旋结构模型，但这些模型很快就被一一证伪。两位科学家以对科学真理无限渴望的决心，通过坚持不懈地努力，最终提出合乎事实的DNA双螺旋结构模型。

以上科学史案例要求教师在处理生物科学史时，切不可一笔带过或简单陈述，而应深度挖掘其中蕴含“证伪”思想，培养学生养成基于事实、基于证据的思维方式，从而提升批判性思维品质。

2.3有利于帮助学生提高问题意识

问题是思维的动力，是创新的源泉，而科学的发展更是在发现问题与解决问题中曲折前行的。正如爱因斯坦所言：“我并没有什么特殊的才能，我只不过是喜欢寻根问底地追究问题罢了。”这句名言更是道破科学家成功的秘诀：必须具备锲而不舍追求真理的探索精神和强烈的问题意识。

问题意识表现为人们在认知过程中，經常会意识到一些难以解决、疑惑的实际问题或理论问题，并产生一种怀疑、困惑、焦虑、探究的心理状态。这种心理状态又会驱使人们积极思维，不断提出问题和解决问题。然而，纵观当前的生物课堂，“教师习惯于满堂灌，学生习惯于被动听”的课堂比比皆是。这种现象到了高学段，更是有过之而无不及，必然导致学生问题意识消失殆尽。然而，教师如若将“证伪”思想渗透入平时教学中，能一定程度提高学生的问题意识。

例如，在“基因指导蛋白质合成”一节教学中，笔者向学生创设了一个情景：如果DNA分子发生基因突变，导致编码正常血红蛋白多肽链的mRNA序列中的一个碱基被另一个碱基替换，会引起血红蛋白中氨基酸序列改变吗？随即，部分一学生脱口而出：会改变，因为密码子改变了，氨基酸种类自然会改变，血红蛋白中氨基酸序列当然改变。笔者并未回应，而是让一位表情疑惑且陷入沉思的学生发表观点。果不其然，这位学生回答道：“我感觉不会改变，至于原因我谈不上来。”此时，笔者说道：“有时候，生物学问题可通过一个反例进行解决，反例有着四两拨千斤的作用。”最终，这位学生在教师引导和其他同学的帮助下，用一个反例进行证伪，最终解开了问题的谜团。

又如，在“使用高倍显微镜观察几种细胞”实验课上，有一位学生观察的视野中出现了污点，并举手寻求教师的帮助。笔者于是暂停了课堂，让所有学生一起参与分析“污点在哪儿”。经过一段时间讨论后，有学生认为在目镜上，有学生认为在物镜上，有学生认为在装片上，甚至还有学生认为在反光镜上。究竟在哪儿呢？实践出真知，这位学生在其他学生的提示下，依次证伪了污点在目镜上、污点在物镜上和污点在反光镜上，最终确定污点在装片上。

爱因斯坦曾经说过：“提出一个问题比解决一个问题更加困难。”波普尔认为，所有科学理论都存在或多或少的问题，科学的发展就是在发现问题与解决问题的过程中蜿蜒前行。教师在教学过程中渗透“证伪”思想，往往能激发学生强烈的认知内驱力，让他们主动成为问题的发现者、分析者和解决者，对学生生物学学科核心素养的提高具有重要作用。

2.4有利于帮助学生培养创新精神

21世纪是充满希望充满挑战的世纪，知识爆炸式增多，经济快速发展，人们生活方式的多样化需要教育培养出更多更有质量的人才，尤其是创新型人才。创新的最大阻力就是改变传统思想。在应试教育的背景下，目前的高中生物教学以追求“升学率”为最终目标，课堂上主要是对知识的阐述和解释，较少关注知识本身的产生及研究方法的分析，导致学生的思维方式习惯于正向（善于A→B，不善于B→A）。久而久之，以教师为中心，学生被动接受的传统课堂教学模式便根深蒂固。显然，这样的课堂难以培养创造性学生。而波普尔的“证伪”思想则为课堂教学提供

了新思路。例如，学生在学完“伴性遗传”一节后，往往会形

成“只要致病基因位于性染色体上，其遗传方式在子代男女中的表现型就会不一样”的观点，并将此观点作为判断常染色体遗传病或性染色体遗传病的唯一依据。学生之所以有这样的观点，是对教材中伴性遗传的概念缺乏深刻理解。针对上述观点，笔者引导学生尝试用反例证伪它。很快，学生就找出一个反例：亲本组合为XAXA与XaYa，后代为XAXa和XAYa。教师继续提问：“上述亲本组合都是纯合子，你还能找到亲本组合中有杂合子的情况吗？”学生经过合作讨论，最终找出了一个反例：亲本组合为XAXa与XaY，后代为XAXa、XaXa、XAY、XaY。至此，在“证伪”思想的渗透下，通过找寻原有观点的反例以提高确认度，最终学生在对伴性遗传的概念有了更深层次理解的同时，也培育了创新精神。

通过以上案例可以看出，高中生物课堂渗透“证伪”思想是很有必要的。苏格拉底说过：“不能证伪的论断才是真理。”正如生物科学发展经历了不断证伪，学生也只有在学习中不断证伪，才能够感同身受，从而激发出对生物知识探索的欲望。但需要注意的是，并非所有生物知识的学习都需要通过“证伪”。“证伪”和“证实”密不可分，各有优点，具体使用需视知识类型而定。

参考文献：

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