“科學探究”說證偽

程煒月

初中、高中乃至大學教材展示的科學探究絕大多數是以證實為主：經典、簡潔。而事實上絕大多數科學探究本身要經過大量的去粗取精、去偽（證偽）存真（證實）的過程。證實與證偽是一個問題的兩個方面，通常證實的過程中遇到證偽的工作量更大，在提倡學生自主科學探究過程中，進行大量的證偽工作是常態，所以，引導學生重視并強化證偽的訓練，顯然非常必要。

1 從經典科學史中感知證實與證偽的辯證統一，在艱難曲折中感受科學探究的歷程

遺傳物質的發現是經典：20世紀20年代，人們已經認識到蛋白質是由多種（20種）氨基酸連接而成的生物大分子，各種氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白質。更多的科學家聯想到：氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊含遺傳信息，而蛋白質功能多樣，本身是生命的體現者，作為遺傳物質的可能性很大。科學家們對含量較少的DNA的分子結構不甚了解，只知道，它是由4種不同的脫氧核苷酸組成，想象不出DNA如何攜帶海量的遺傳信息，所以推測蛋白質為遺傳物質的觀點占主導地位。

艾弗里驗證遺傳物質的實驗是分別提取S型肺炎雙球菌的DNA、蛋白質、糖類等物質，觀察其對R型活菌的轉化效果，發現只有DNA具有轉化能力，其他物質均沒有轉化能力，而且DNA純度越高，轉化就越有效；如果用DNA酶分解S型活菌的DNA，就不能使R型菌發生轉化。顯然，DNA是遺傳物質，其他物質均不是。

盡管艾弗里的實驗邏輯性很強，但DNA純度最高時，還有0.02%蛋白質雜質，人們對此實驗結論表示懷疑。

1952年，赫爾希和蔡斯選用T2噬菌體，用放射性同位素標記，發現噬菌體侵染細菌時，蛋白質外殼留在外面，進入細菌體內的只有DNA、DNA可以單獨進入大腸桿菌體內，完成自身復制、指導蛋白質合成、組裝新噬菌體、釋放……顯然，DNA能復制傳代指導蛋白質合成，是真正的遺傳物質。

可見，在向科學進軍的道路上，大多數的人和大量的時間實際上都耗費在證偽性實驗引發的對實驗、假說的檢討、修正上。因此，只講“證實”的探究性教學會使學生產生科學的道路是平坦的、發現科學理論是一帆風順的錯覺，從而曲解科學探究的本質，形成不正確的印象。證偽性設計與探究是對科學研究歷程的模擬，有利于學生以平常心踏踏實實地對待科學探究中大量的證偽性工作。

2 證實與證偽矛盾與和諧的統一：正視生物學科的復雜性

在探究人體免疫原理時最早有兩個學派：細胞免疫派與體液免疫派。俄國梅契尼克發現白細胞有吞噬功能，能吞噬和清除各種病原微生物，這是細胞免疫學說；而德國歐立希相信人體體液產生的抗體，能清除各種病原體，這是人體的體液免疫。科學家最后探究的結果是：正常人體這兩種免疫形式同時存在，而且協同起來，共同完成免疫、防御、細胞及大分子識別的功能。

非此即彼的證實、證偽模式，在生物學中總有例外，因此教師應正視生命運動的復雜性，對實驗科學全面地進行總結。

3 理論證偽也精彩——感受相關原理或概念之間的關系

在探究單細胞動物草履蟲的應激性現象時，教師引導學生思考：草履蟲靠什么結構對鹽或肉汁的刺激發生反應？學生聯想到人體相關知識，異口同聲：“靠神經系統完成反應！”

教師繼續追問：“草履蟲是單細胞動物，還是多細胞動物？”

生：“單細胞！”

師：“一個細胞能構成神經系統嗎？”

學生想到顯然不能，然后總結出單細胞生物一個細胞完成全部的代謝、生殖、生長、分裂、排泄、應激性等全部生理功能。

教師繼續引導：“草履蟲這類對刺激的反應是反射嗎？”

反射是較高等的動物依靠神經系統對內外刺激產生有規律的反應。草履蟲的個體只由一個細胞構成，當然沒有系統的復雜構建，所以此類反應在生物學上只能稱為“應激性”。生物體對外界刺激的反應，包括植物的莖葉向光性、根的向地性，全部是應激性，只有擁有神經系統的多細胞動物，才可能有反射活動。

教師通過這樣舉一反三理論性的證偽推理，加深學生對反射、應激性等相關概念的理解。

4 科學探究過程中證偽：生搬硬套“正確的原理”出錯：感受課堂原理、知識在實際運用中的變通

學完人體的血液循環，教師引導學生思考：腦動脈瘤發病率、死亡率極高，被稱為“腦部的定時炸彈”。它是動脈壁損傷或老化，使局部血管壁向外膨大而形成的囊狀瘤體。現在最先進的微創介入手術是從右側股動脈穿刺，經人體的血管，通過導管將微小的鉑金彈簧圈放入腦動脈瘤腔內，阻斷動脈瘤內的血流，逐漸形成血栓而阻塞動脈瘤腔，來降低動脈瘤破裂的機會。微導管為細導管，頭端比縫紉線粗不了多少。

教師要求學生找出最佳的導管前進路線，怎樣對患者的損傷最小。很快，學生找出的是與血液循環路徑一致：循著血液循環入股動脈—小動脈—身體毛細血管—小靜脈—下腔靜脈—右心房—右心室—肺動脈—肺部毛細血管—肺靜脈—左心房—左心室—主動脈—頸總動脈—相應腦動脈瘤部位……

利用血液循環的原理不錯，但實際操作中可能遭遇關鍵的困難有：① 微導管頭端直徑與縫紉線接近，但還是比毛細血管粗多了，經過身體任何一處毛細血管都會損傷該處毛細血管等組織及細胞。上面途徑起碼損傷肺部等兩處組織。② 該途徑金屬微導管兩次經過心臟，相當與對心臟做切割手術，是不是對心臟威脅太大？

學生馬上感到生搬硬套“正確的原理”出錯了，那么微創介入是如何解決這個問題的？教師出示以下微創手術中常規途徑示意圖（圖1）：

讓學生看圖找出相應的常規途徑：從右股動脈-髂動脈-腹主動脈-胸主動脈-一直上行到顱內載瘤動脈內，并進入動脈瘤。圖1顯示經插入動脈瘤腔內的微導管向動脈瘤腔內送入可脫彈簧圈。圖中顯示動脈瘤被送入的彈簧圈完全栓塞。

顯然實際手術導管前進途徑進行了變通：先逆血液流動上行至主動脈，經主動脈分支進入頸總動脈，到相應的腦動脈血管瘤部位，完成手術。

同樣也有經頸部動脈直接上行，到相應的腦動脈瘤部位。

可見，科學工作正是這樣不斷探索，不斷創新，綜合運用多學科高科技手段。

5 證偽與日常生活接軌：感受“地氣”

科學探究源于生活，也應服務于現實生活。所以科學探究無處不在，證偽也應是日常生活中常態，為更積極、更主動、更健康的生活保駕護航。

很多醫院，甚至著名醫院，人滿為患，每個坐診醫生每天接診很多個病人。有時候在來不及、沒有充分掌握病情狀況時診斷也會出錯，而根據這些錯誤的信息進行的治療顯然對人們的身體有害，甚至貽誤最佳治療時機，危及生命。

教師提供資料：某患者暈倒兩次，每次都是頭痛欲裂，暈倒后四肢蜷曲振顫，小便失禁。在當地第一人民醫院，做脊髓腰椎穿刺，排除細菌性腦膜炎的可能，做了CT檢查，查不出任何病因。恰巧那里核磁共振的機子壞了，腦外科的女主任高度懷疑是腦動脈血管瘤。到上海，請華山醫院腦外科一海歸黃博士看看CT片子，診斷一下病情，黃博士判斷很可能是癲癇，但要等到癲癇發作時做腦電圖才能確診。

家屬查閱網絡、咨詢相關醫生，發現如果是腦動脈血管瘤，那可是“腦部的不定時炸彈”——一旦破裂，危險性極高。通過核磁共振加強型檢查：發現腦部中動脈血管瘤。患者趕緊聯系醫院做微創介入手術，一周左右出院。

留心現代社會周圍的人和事，可以發現，有很多時候，人們不可能是所有方面的專門技術人才，但培養不斷進行科學探究的習慣與能力，可以迅速提升自己的解決難題的能力，從無知到了解，甚至每個人都可以參與自己的生活抉擇，選擇最佳的、更積極、更主動、更健康的生活方式方法，不做愚昧無知的科學文盲，不再被動“挨打”，這才是科學探究證偽訓練最終的現實目的。