通过提出假说促进学生溯因推理能力的发展

2024-10-01王欣宇罗福君

中学生物学 2024年6期

摘要：提出假说的能力是学生运用溯因推理能力的重要组成，是学生发展创新思维的路径之一。本文通过概述溯因推理的内涵和特点区分了溯因推理与归纳推理、演绎推理的区别，阐明了假说的内涵、特点和产生原因，最终通过假说类问题培养学生提出假说的能力，进而培养学生的溯因推理能力。

关键词：提出假说；创新能力；溯因推理

文章编号：1003-7586（2024）06-0087-03 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

在人教版普通高中教科书《生物学·选择性必修2·生物与环境》中提及了溯因推理的相关问题，可见溯因推理对学生科学探究能力的发展具有重要作用。

1 溯因推理的内涵和意义

1.1 溯因推理的内涵

溯因推理是一种认知方式，从已知数据或事实推出能够解释那些数据或事实的假设。^［1^］同时溯因推理是一种重要的扩展性推理和科学方法论，也是一个形成说明性假说的程序，是引入新观念的唯一推理类型。^［²^］

1.2 溯因推理的意义

溯因推理在科学探究中发挥着重要作用，主要从三个方面体现：首先是能够导出新假说，即由结果推出情境；其次是从诸多假说中选择出最合理的假说；最后是回溯从假说到命题产生推理过程。^［3^］

1.3 溯因推理与归纳推理和演绎推理的区别

皮尔士（C.Peirce）认为，在任何推理过程中，都要涉及以下三个实体：一是规则（关于世界的看法）；二是情境（世界上存在的已知事实）；三是结果（如果把规则用于该情境，预期将发生的事情）。演绎推理可以认为是规则在情境下出现何种结果的推理；归纳推理可以认为是在情境出现了相应结果后对规则的推理；而溯因推理是建立在已知规则和结果的情况下，对情境的推理。因此通常可以认为推理过程的起点决定了推理过程的种类。^［4^］

2 认识假说

2.1 假说的内涵

假说指的是根据已有的科学知识和实际材料，对客观事物的情况和规律性作出的一种假定的说明。^［5^］生物学作为一门科学，其假说大多是科学性假说，即指根据已有的事实陈述和相关的科学理论，对未知事物或规律性所作的猜测性解释。^［⁶^］基于此，生物学学科中没有经过实证的尝试性解释即为假说。生物学学科的科学性假说是根据已知生物学知识推导未知的生物学知识的过程，是一种演绎的结果。如人教版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》教材中第53页中，关于溶酶体内水解酶不会水解自身膜的假说即是一种典型的科学性假说。

2.2 假说的特点

首先假说具有相对科学性，因为假说的提出基于科学事实或试验，然而由于假说是应用演绎方法得出的假设，所以不是必然正确的。其次假说具有多样性，即使面对同样的事实和实验结果，不同的个体提出的假说可能完全不同。最后，假说具有逻辑性。^［7^］假说是由事实、概念、命题等构成的体系，具有内在逻辑，不是随意堆砌和凭空遐想出来的。

2.3 假说产生的原因

首先，客观事物往往具有复杂性，人们很难直接认识到事物的本质，因此人类在认识事物时，往往只能“盲人摸象”。其次，人类认识事物具有局限性，影响人类做出判断的因素众多，经常根据一些表面的偶然因素得出结论，因此得出不正确的或者不完善的结论是十分普遍的。最后，科学发展具有阶段性和奠基性。在生物科学史中“站在巨人的肩膀上”是十分普遍的现象。如针对细胞膜结构的研究，如果没有电子显微镜等技术的支持便很难向前发展。

3 培养学生提出假说的能力

3.1 通过实验教学培养学生提出假说的能力

生物学实验，尤其是其中的探究性实验，本质上都是从提出假说开始的。可是在教学中对于如何提出假说却不被重视，往往都是作为实验背景被忽视。然而提出假说是提高学生创新能力的重要思想方法。^［8^］提出假说在很多时候是科学发展的第一步。通过培养学生提出的高质量假说能力，培育科学人才的基本素养，进而推进自主创新的能力并引领科学发展。

比如在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，教师介绍过氧化氢是生物进行有氧呼吸产生的有害代谢产物，与衰老、肿瘤、糖尿病等多种疾病的病理有关。^［9^］然而，进行有氧呼吸生物的绝大多数细胞都不能避免产生过氧化氢，但细胞经进化普遍具有分解过氧化氢的能力。学生通过讨论提出假设，总结出关于细胞解决过氧化氢问题的假设。假设一：过氧化氢能够自然分解，因为过氧化氢的化学性质不稳定。假设二：过氧化氢在体温下会发生分解。假设三：加热使过氧化氢分解。假设四：催化剂可以让过氧化氢分解。假设五：在可以利用酶将过氧化氢分解。学生提出假设后通过设计和进行实验来验证自己的假说。

教师的设计意图是创设一个问题情境，在这个情境中促进学生的所学知识与新情境产生碰撞，从而促进假说的提出。

3.2 通过命题情境评价学生提出假说的能力

学生提出假说的能力依赖于有效的评价方式。本研究初步探索通过命题情境的设计考查学生的认识水平，从而促进学生提出假说能力的提高。在实践中笔者初步尝试从针对现象提出假说（分析水平），针对生物学理论的假说评价（评价水平），学生自己提出假说并通过实验验证（创造水平）三个方面进行评价。

3.2.1 提出假说的一般步骤

首先，根据解决问题的需要获取信息。其次，根据获取的信息作出推测和解释，说明变量之间的关系。最后，根据推测和解释作出变量关系的预测。

3.2.2 学生列举可能结果并对某一对象的可能用途提出假说

【例1】列举蛋白质缺乏在渗透压角度的可能结果________。（至少写出2种）

3.2.3 学生基于信息提取能力分析产生假说的事实、现象和理论

【例2】人类祖先是先穿上衣服然后脱去体毛，还是先脱去体毛才穿衣服的？请阅读下面的资料，并作答。

资料1：英国科学家斯通金等人在《当代生物学》中指出，虱子分为两种——头上的和身体上的。前者诞生的年代较早，一般居住在人的头皮上。但是，随着古人渐渐习惯了穿衣蔽体，头皮上的虱子便开始转移阵地，挪到了衣服上，并且最终演化为后者。通过研究两者基因的差异，可以断定上述演化过程所发生的年代，而这个年代也就是人类开始穿jSw84/0VHnuT93qZjpU5jQ==衣服的时间——大约在距今7.2万年前。而人类祖先生活在非洲炎热的地区，大约120万年前脱去体毛。

资料2：人类由于隐私意识的产生和自我意识的进化从而用兽皮遮盖身躯，再到布料的产生，经过了一个漫长的过程。有了外面遮盖物的御寒保暖，毛发的必要性也慢慢减小，于是体表毛发较少的人类在社会交往、吸引异性等方面的优势越来越大，最后毛发逐渐减少到以汗毛或者无毛的形式存在，可是毛孔却一直都存在。人不会没有保暖物就无缘无故地减少毛发。

3.2.4 学生针对现象提出可能的假说

【例3】我国对牛进行胚胎移植，每年约3000万例，获得母畜600－800万头。请你提出出现这种现象的假说：________________（写出一种即可）并说出验证该假说需要搜集哪些数据________ 。（至少写出两种数据）。

4 总结

提出假说的能力是创造能力的表现形式和培养目标之一，能够促进新知识、新理论、新发明的产生。对于生物学学科核心素养而言，提出假说的能力就是科学思维的外延，也是科学探究的重要一环。因此，培养学生提出假说的能力对于生物学教学至关重要。

参考文献

［1］魏屹东.溯因推理与科学认知的适应性表征［J］.南京社会科学，2020（7）：34-43+67．

［2］黄闪闪.皮尔士溯因推理的合理性研究［J］.湖北大学学报（哲学社会科版），2019，46（6）：51-57．

［3］章士嵘.科学发现的逻辑［M］.北京：人民出版社，1986：240．

［4］［美］明托（Minto，B.）.金字塔原理［M］.汪洱，高愉，译. 海口：南海出版公司.2013：265．

［5］朱安义.假说是科学发展的重要形式［J］. 昭通学院学报， 1988，1：1-10．

［6］叶建柱.物理探究式教学中的科学假说之辨析［J］.课程·教材·教法.2015，35（4）：93-97．

［7］樊晓丽. 在生物教学中对学生进行假说方法的培养［J］.中学生物教学.2004， 10：24-25．