“假說—演繹法”與理性思維的培養(yǎng)

魏述濤

“假說—演繹法”是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的一種科學(xué)方法，是在提出假說的過程中，演繹出推論，在實驗檢驗和修正中得出結(jié)論的一種研究方法。那么，什么是假說—演繹法？在提出假說的基礎(chǔ)上，如何演繹出推論，發(fā)展思維呢？下面，筆者以人教版高中生物必修二第一章第1節(jié)《孟德爾的豌豆雜交試驗（一）》中的“一對相對性狀的雜交實驗”為例進(jìn)行具體說明。

一、“假說—演繹法”的提出與內(nèi)涵

“假說—演繹法”的思想源自法國哲學(xué)家笛卡爾?！斗椒ㄕ摗で橹菊摗芬粫刑岬剑骸耙驗槲矣X得其中的推理環(huán)環(huán)相扣，后面的推理被前面的推理證明，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?！盵1]笛卡爾在推理前提出了相應(yīng)的假設(shè)，用假設(shè)解釋事實，得出結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行證明。這應(yīng)該是“假說—演繹法”思想的雛形?！兜芽柕娜祟愓軐W(xué)》一書對“演繹”做了明確闡釋，并將“演繹”與“直觀”進(jìn)行了比較：“‘演繹也是理智的活動，但與‘直觀不同，它們不是理智的單純活動，必須先假定某些真理或定義，之后憑借這些定義推出一些結(jié)論?！盵2]可見，笛卡爾是把自己的想法作為假說提出來，并用假定的真理去推論，演繹出結(jié)論，而這個結(jié)論可以應(yīng)用到其他事實中。

“假說—演繹法”經(jīng)過不斷地演變和凝煉，最終以概念的形式出現(xiàn)在高中生物教材。在教材中，“假說—演繹法”是指在觀察和分析的基礎(chǔ)上提出問題，通過推理和想象提出解釋問題的假說，根據(jù)假說進(jìn)行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結(jié)論。如果實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)論相符，就證明“假說”是正確的，反之，說明“假說”是錯誤的。將“假說—演繹法”應(yīng)用于生物科學(xué)研究，不僅能夠發(fā)展學(xué)生的邏輯推理能力，幫助學(xué)生形成理性思維，還有助于提升學(xué)生的生物核心素養(yǎng)。

二、“假說—演繹法”與傳統(tǒng)探究的對比分析

傳統(tǒng)探究過程的基本流程（如圖1）是：觀察實驗現(xiàn)象→提出問題→作出假設(shè)→設(shè)計實驗→數(shù)據(jù)分析→得出結(jié)論。傳統(tǒng)探究過程雖然能夠引導(dǎo)學(xué)生開展探究性活動，但已經(jīng)形成了固定的探究流程，比如學(xué)生提出問題后就開始設(shè)計實驗，然后對實驗結(jié)果進(jìn)行分析并得出結(jié)論。學(xué)生一直沿著固有的思維開展探究活動，思維和推理能力沒有得到發(fā)展，導(dǎo)致思維創(chuàng)新不足，科學(xué)思維能力較為薄弱。而“假說—演繹法”的實施流程（如圖2）是：觀察實驗過程→在分析中提出問題→逐步提出假說→解釋實驗現(xiàn)象→設(shè)計并演繹→實施實驗→得出結(jié)論。

對比分析可知，“假說—演繹法”是在實驗過程中生成問題，在解決問題過程中提出假說，假說不是在實驗現(xiàn)象出現(xiàn)后提出的，而是在分析實驗過程中逐步提出的，并且要運用假說逐步解釋實驗過程。此外，學(xué)生還要設(shè)計實驗進(jìn)行演繹，并預(yù)期實驗結(jié)果，通過開展實驗來驗證“演繹”是否正確，從而得出結(jié)論。也就是說，“演繹”是應(yīng)用這些原則建立一些定理和命題。[3]總之，“假說—演繹法”是實驗者在實驗過程中，在觀察、歸納的基礎(chǔ)上提出假說，以假說作為理論解釋實驗現(xiàn)象，演繹出一個可以支持假說的結(jié)論，并應(yīng)用到相關(guān)實驗的科學(xué)探究過程。

三、以讀促寫，引導(dǎo)學(xué)生理解“假說—演繹法”

“假說—演繹法”在教材中以文字描述的形式占據(jù)一定的篇幅，學(xué)生在理解方面難度較大。在考查這部分內(nèi)容時，遺傳類題目往往以生成性簡答題為主，這就要求學(xué)生內(nèi)化“假說—演繹法”，不僅能夠提出假說，還要演繹出結(jié)論，生成答案。教學(xué)中，教師先要指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材內(nèi)容，通過“問題導(dǎo)學(xué)”的形式，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，提出假說，在分析實驗過程中運用“假說”解釋實驗的合理性，然后分組討論，設(shè)計演繹推理的過程，從而得出結(jié)論并證明假說是正確的。教師不僅要指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度閱讀，還要讓學(xué)生嘗試寫出來，讓讀轉(zhuǎn)化為寫，這樣才能呈現(xiàn)學(xué)生的思維過程，最后通過匯報學(xué)習(xí)成果，反饋學(xué)生掌握知識的程度，同時要設(shè)計有針對性的遺傳類題目檢驗學(xué)生是否能夠運用“假說—演繹法”解決實際問題。以讀促寫的形式有助于學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí)，內(nèi)化知識，達(dá)到運用知識解決問題的目的。

四、以“問題導(dǎo)學(xué)”內(nèi)化“假說—演繹法”

（一）觀察實驗，提出問題

在分析“一對相對性狀的豌豆雜交實驗”時，教師要引導(dǎo)學(xué)生對實驗過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象提出相應(yīng)的問題。例如，教師在講授時可以提出問題：F1代全部為高莖，說明什么？F1代中沒有表現(xiàn)的隱性性狀消失了嗎？學(xué)生在觀察F2代出現(xiàn)的現(xiàn)象后，會思考并生成問題：F2代為什么會出現(xiàn)性狀分離？3∶1的性狀分離比是偶然嗎？圍繞這些問題，師生展開討論。

（二）提出假說，解釋實驗

在分析上述實驗時，教師可先提出假說：（1）遺傳因子決定了生物的性狀；（2）遺傳因子在生物體細(xì)胞中是成對存在的，一個來自父方，一個來自母方；（3）在F1代中顯性遺傳因子對隱性遺傳因子具有顯性作用。這幾個“假說”能夠解釋基因組成和F1代的實驗現(xiàn)象。接下來，教師就要引導(dǎo)學(xué)生對F2代出現(xiàn)的性狀分離現(xiàn)象和3∶1的性狀分離比例提出假說。學(xué)生會思考：F1代減數(shù)分裂時，成對的遺傳因子在減數(shù)分裂第一次分裂后期分離，最終得到的配子中只含有每對遺傳因子中的一個。這樣就可以解釋F2代的性狀分離現(xiàn)象了。假如雌雄配子不隨機(jī)結(jié)合，子代會出現(xiàn)什么情況？在“問題”的驅(qū)動下，學(xué)生提出假說：受精時，雌雄配子是隨機(jī)結(jié)合的。在分析實驗過程中，教師不要一次性地把全部“假說”都呈現(xiàn)給學(xué)生，而是要在分析實驗過程中逐步引導(dǎo)學(xué)生提出核心假說，為演繹推理做好鋪墊。

（三）演繹推理，深入探究

為解釋實驗而提出的假說，不僅要能夠解釋原有的實驗現(xiàn)象，還要成為預(yù)測其他實驗結(jié)果的理論依據(jù)。因此，教師在分析實驗后，要進(jìn)一步提出問題：假說的核心是F1代產(chǎn)生了兩種類型的配子，比例為1∶1，如何證明這是正確的？配子是看不到的，如何設(shè)計實驗才能證明這一點？再引導(dǎo)學(xué)生演繹實驗過程。這時學(xué)生就會想到隱性純合子只能產(chǎn)生一種類型的配子，若讓F1代與這樣的個體雜交，子代如果有兩種表現(xiàn)型且比例為1∶1，就可以說明F1代通過減數(shù)分裂產(chǎn)生了兩種類型的配子，也就能夠說明等位基因在產(chǎn)生配子時發(fā)生了分離，且分別進(jìn)入不同的配子遺傳給了后代。根據(jù)推理，教師再讓學(xué)生設(shè)計實驗并進(jìn)行驗證，引出孟德爾的“測交實驗”，并畫出遺傳圖解，進(jìn)一步完成演繹推理過程。學(xué)生完成實驗設(shè)計后，教師再指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，理解“測交實驗”的意義，這樣做有利于培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。

五、運用“假說—演繹法”解決遺傳類題目

遺傳定律是高考理綜生物必考內(nèi)容，大多以非選擇題的形式出現(xiàn)。題目給的信息量比較大，解題的條件則常常隱藏在給出的實驗中，很多考生還未讀完題目就產(chǎn)生了畏難情緒。筆者分析近3年全國卷理綜生物試題遺傳類題目發(fā)現(xiàn)，?？嫉慕忸}方法是“假說—演繹法”，統(tǒng)計如下表：

分析上表可知，遺傳類題目的考查從知識考查向解題方法考查轉(zhuǎn)變。這就要求教師不僅要教給學(xué)生知識，還要教給學(xué)生解題的方法。因此，考生要將“假說—演繹法”內(nèi)化為自己的思維方式，從題目給出的實驗去分析，依據(jù)“假說—演繹法”的探究流程形成解題思路。下面，筆者以近年高考試題為例說明解答此類型題目的方法。

【2017全國卷Ⅰ】某種羊的性別決定為XY型。已知黑毛和白毛由等位基因（M/m）控制，且黑毛對白毛為顯性。某同學(xué)為了確定M/m是位于X染色體上，還是位于常染色體上，讓多對純合黑毛母羊與純合白毛公羊交配，子二代中黑毛∶白毛=3∶1，我們認(rèn)為根據(jù)這一實驗數(shù)據(jù)，不能確定M/m是位于X染色體上，還是位于常染色體上，還需要補(bǔ)充數(shù)據(jù)，如統(tǒng)計子二代中白毛個體的性別比例，若 ，則說明M/m是位于X染色體上；若 ，則說明M/m是位于常染色體上。（題目內(nèi)容有刪減）

解析：從題干中可以獲取三個關(guān)鍵信息，即黑毛和白毛的顯隱性關(guān)系、親本是純合黑毛母羊和純合白毛公羊、統(tǒng)計子二代性狀及性別。題目要求寫出子二代出現(xiàn)什么現(xiàn)象，才能說明這對基因是位于X染色體或常染色體上。在獲取以上信息后，可以把題目中的說明作為“假說”，然后用這一“假說”進(jìn)行演繹，推理出結(jié)論，從而生成答案。M/m位于X染色體上，會出現(xiàn)白毛個體全為雄性；M/m位于常染色體上，會出現(xiàn)白毛個體中雄性∶雌性=1∶1。

【2016全國卷Ⅰ】已知果蠅的灰體和黃體受一對等位基因控制，但這對相對性狀的顯隱性關(guān)系和該等位基因所在的染色體是未知的。同學(xué)甲用一只灰體雌蠅與一只黃體雄蠅雜交，子代中♀灰體：♀黃體：♂灰體：♂黃體為1∶1∶1∶1。同學(xué)乙用兩種不同的雜交實驗都證實了控制黃體的基因位于X染色體上，并表現(xiàn)為隱性。請根據(jù)上述結(jié)果，回答下列問題：

（1）僅根據(jù)同學(xué)甲的實驗，能不能證明控制黃體的基因位于X染色體上，并表現(xiàn)為隱性？

（2）請用同學(xué)甲得到的子代果蠅為材料設(shè)計兩個不同的實驗，這兩個實驗都能獨立證明同學(xué)乙的結(jié)論。（要求：每個實驗只用一個雜交組合，并指出支持同學(xué)乙結(jié)論的預(yù)期實驗結(jié)果。）

解析：（1）根據(jù)“假說—演繹法”的解題思路，先提出假說——假設(shè)控制黃體的基因為隱性，且位于X染色體上；接下來運用這個假說進(jìn)行推理，就可以得出雜交子代雌雄都表現(xiàn)為灰體，這與題目給出的子代現(xiàn)象不相符。所以答案是——不能。

（2）題目中已經(jīng)說明乙同學(xué)用兩組實驗證明了控制黃體的基因位于X染色體，并表現(xiàn)為隱性，實際上這就是“假說”，利用這一“假說”進(jìn)行推理便可得出答案。根據(jù)伴性遺傳知識可知，有兩個雜交組合可以說明題目的要求，即讓雌性黃體果蠅和雄性灰體果蠅雜交，若后代中所有的雌性果蠅都表現(xiàn)為灰體性狀，雄性果蠅都表現(xiàn)為黃體性狀，就可以說明控制黃體的基因是隱性性狀，且位于X染色體上；或讓雌性灰體果蠅和雄性灰體果蠅雜交，若后代中雌性果蠅全部都表現(xiàn)為灰體性狀，雄性果蠅中灰體性狀和黃體性狀各占一半，就可以說明控制黃體的基因是隱性，且位于X染色體上。

通過解析遺傳類題目可知，學(xué)習(xí)“孟德爾遺傳定律”這一內(nèi)容時，學(xué)生不僅要能夠通過實驗分析掌握遺傳學(xué)基礎(chǔ)知識，還要運用“假說—演繹法”解決問題。教學(xué)過程中教師要提倡“以讀促寫”的學(xué)習(xí)方式，不僅讓學(xué)生閱讀教材中的經(jīng)典實驗，還要閱讀與實驗相關(guān)的內(nèi)容，在閱讀中生成問題，通過合作學(xué)習(xí)解決問題，讓科學(xué)研究的方法落實在學(xué)生的讀與寫中。因此，采取“以讀促寫”的方式培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰吞骄磕芰Γ瑢τ谔嵘龑W(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)和理性思維能力具有一定的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]笛卡爾，鄭文彬譯，2012.《方法論·情志論》南京：譯林出版社，50.

[2]笛卡爾，劉燁譯，2008，《笛卡爾的人類哲學(xué)》，呼倫貝爾：內(nèi)蒙古文化出版社，18.

[3]笛卡爾，鄭文彬譯，2012.《方法論·情志論》南京：譯林出版社，18.

（責(zé)編 歐孔群）