通過提出假說促進(jìn)學(xué)生溯因推理能力的發(fā)展

摘 要：提出假說的能力是學(xué)生運(yùn)用溯因推理能力的重要組成，是學(xué)生發(fā)展創(chuàng)新思維的路徑之一。本文通過概述溯因推理的內(nèi)涵和特點(diǎn)區(qū)分了溯因推理與歸納推理、演繹推理的區(qū)別，闡明了假說的內(nèi)涵、特點(diǎn)和產(chǎn)生原因，最終通過假說類問題培養(yǎng)學(xué)生提出假說的能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的溯因推理能力。

關(guān)鍵詞：提出假說；創(chuàng)新能力；溯因推理

文章編號(hào)：1003-7586（2024）06-0087-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在人教版普通高中教科書《生物學(xué)·選擇性必修2·生物與環(huán)境》中提及了溯因推理的相關(guān)問題，可見溯因推理對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展具有重要作用。

1 溯因推理的內(nèi)涵和意義

1.1 溯因推理的內(nèi)涵

溯因推理是一種認(rèn)知方式，從已知數(shù)據(jù)或事實(shí)推出能夠解釋那些數(shù)據(jù)或事實(shí)的假設(shè)。^［1］同時(shí)溯因推理是一種重要的擴(kuò)展性推理和科學(xué)方法論，也是一個(gè)形成說明性假說的程序，是引入新觀念的唯一推理類型。^［2］

1.2 溯因推理的意義

溯因推理在科學(xué)探究中發(fā)揮著重要作用，主要從三個(gè)方面體現(xiàn)：首先是能夠?qū)С鲂录僬f，即由結(jié)果推出情境；其次是從諸多假說中選擇出最合理的假說；最后是回溯從假說到命題產(chǎn)生推理過程。^［3］

1.3 溯因推理與歸納推理和演繹推理的區(qū)別

皮爾士（C.Peirce）認(rèn)為，在任何推理過程中，都要涉及以下三個(gè)實(shí)體：一是規(guī)則（關(guān)于世界的看法）；二是情境（世界上存在的已知事實(shí)）；三是結(jié)果（如果把規(guī)則用于該情境，預(yù)期將發(fā)生的事情）。演繹推理可以認(rèn)為是規(guī)則在情境下出現(xiàn)何種結(jié)果的推理；歸納推理可以認(rèn)為是在情境出現(xiàn)了相應(yīng)結(jié)果后對(duì)規(guī)則的推理；而溯因推理是建立在已知規(guī)則和結(jié)果的情況下，對(duì)情境的推理。因此通常可以認(rèn)為推理過程的起點(diǎn)決定了推理過程的種類。^［4］

2 認(rèn)識(shí)假說

2.1 假說的內(nèi)涵

假說指的是根據(jù)已有的科學(xué)知識(shí)和實(shí)際材料，對(duì)客觀事物的情況和規(guī)律性作出的一種假定的說明。^［5］生物學(xué)作為一門科學(xué)，其假說大多是科學(xué)性假說，即指根據(jù)已有的事實(shí)陳述和相關(guān)的科學(xué)理論，對(duì)未知事物或規(guī)律性所作的猜測(cè)性解釋。^［6］基于此，生物學(xué)學(xué)科中沒有經(jīng)過實(shí)證的嘗試性解釋即為假說。生物學(xué)學(xué)科的科學(xué)性假說是根據(jù)已知生物學(xué)知識(shí)推導(dǎo)未知的生物學(xué)知識(shí)的過程，是一種演繹的結(jié)果。如人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》教材中第53頁中，關(guān)于溶酶體內(nèi)水解酶不會(huì)水解自身膜的假說即是一種典型的科學(xué)性假說。

2.2 假說的特點(diǎn)

首先假說具有相對(duì)科學(xué)性，因?yàn)榧僬f的提出基于科學(xué)事實(shí)或試驗(yàn)，然而由于假說是應(yīng)用演繹方法得出的假設(shè)，所以不是必然正確的。其次假說具有多樣性，即使面對(duì)同樣的事實(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不同的個(gè)體提出的假說可能完全不同。最后，假說具有邏輯性。^［7］假說是由事實(shí)、概念、命題等構(gòu)成的體系，具有內(nèi)在邏輯，不是隨意堆砌和憑空遐想出來的。

2.3 假說產(chǎn)生的原因

首先，客觀事物往往具有復(fù)雜性，人們很難直接認(rèn)識(shí)到事物的本質(zhì)，因此人類在認(rèn)識(shí)事物時(shí)，往往只能“盲人摸象”。其次，人類認(rèn)識(shí)事物具有局限性，影響人類做出判斷的因素眾多，經(jīng)常根據(jù)一些表面的偶然因素得出結(jié)論，因此得出不正確的或者不完善的結(jié)論是十分普遍的。最后，科學(xué)發(fā)展具有階段性和奠基性。在生物科學(xué)史中“站在巨人的肩膀上”是十分普遍的現(xiàn)象。如針對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的研究，如果沒有電子顯微鏡等技術(shù)的支持便很難向前發(fā)展。

3 培養(yǎng)學(xué)生提出假說的能力

3.1 通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生提出假說的能力

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，尤其是其中的探究性實(shí)驗(yàn)，本質(zhì)上都是從提出假說開始的。可是在教學(xué)中對(duì)于如何提出假說卻不被重視，往往都是作為實(shí)驗(yàn)背景被忽視。然而提出假說是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的重要思想方法。^［8］提出假說在很多時(shí)候是科學(xué)發(fā)展的第一步。通過培養(yǎng)學(xué)生提出的高質(zhì)量假說能力，培育科學(xué)人才的基本素養(yǎng)，進(jìn)而推進(jìn)自主創(chuàng)新的能力并引領(lǐng)科學(xué)發(fā)展。

比如在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)中，教師介紹過氧化氫是生物進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)生的有害代謝產(chǎn)物，與衰老、腫瘤、糖尿病等多種疾病的病理有關(guān)。^［9］然而，進(jìn)行有氧呼吸生物的絕大多數(shù)細(xì)胞都不能避免產(chǎn)生過氧化氫，但細(xì)胞經(jīng)進(jìn)化普遍具有分解過氧化氫的能力。學(xué)生通過討論提出假設(shè)，總結(jié)出關(guān)于細(xì)胞解決過氧化氫問題的假設(shè)。假設(shè)一：過氧化氫能夠自然分解，因?yàn)檫^氧化氫的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。假設(shè)二：過氧化氫在體溫下會(huì)發(fā)生分解。假設(shè)三：加熱使過氧化氫分解。假設(shè)四：催化劑可以讓過氧化氫分解。假設(shè)五：在可以利用酶將過氧化氫分解。學(xué)生提出假設(shè)后通過設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的假說。

教師的設(shè)計(jì)意圖是創(chuàng)設(shè)一個(gè)問題情境，在這個(gè)情境中促進(jìn)學(xué)生的所學(xué)知識(shí)與新情境產(chǎn)生碰撞，從而促進(jìn)假說的提出。

3.2 通過命題情境評(píng)價(jià)學(xué)生提出假說的能力

學(xué)生提出假說的能力依賴于有效的評(píng)價(jià)方式。本研究初步探索通過命題情境的設(shè)計(jì)考查學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平，從而促進(jìn)學(xué)生提出假說能力的提高。在實(shí)踐中筆者初步嘗試從針對(duì)現(xiàn)象提出假說（分析水平），針對(duì)生物學(xué)理論的假說評(píng)價(jià)（評(píng)價(jià)水平），學(xué)生自己提出假說并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（創(chuàng)造水平）三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2.1 提出假說的一般步驟

首先，根據(jù)解決問題的需要獲取信息。其次，根據(jù)獲取的信息作出推測(cè)和解釋，說明變量之間的關(guān)系。最后，根據(jù)推測(cè)和解釋作出變量關(guān)系的預(yù)測(cè)。

3.2.2 學(xué)生列舉可能結(jié)果并對(duì)某一對(duì)象的可能用途提出假說

【例1】 列舉蛋白質(zhì)缺乏在滲透壓角度的可能結(jié)果________。（至少寫出2種）

3.2.3 學(xué)生基于信息提取能力分析產(chǎn)生假說的事實(shí)、現(xiàn)象和理論

【例2】 人類祖先是先穿上衣服然后脫去體毛，還是先脫去體毛才穿衣服的？請(qǐng)閱讀下面的資料，并作答。

資料1：英國科學(xué)家斯通金等人在《當(dāng)代生物學(xué)》中指出，虱子分為兩種——頭上的和身體上的。前者誕生的年代較早，一般居住在人的頭皮上。但是，隨著古人漸漸習(xí)慣了穿衣蔽體，頭皮上的虱子便開始轉(zhuǎn)移陣地，挪到了衣服上，并且最終演化為后者。通過研究?jī)烧呋虻牟町悾梢詳喽ㄉ鲜鲅莼^程所發(fā)生的年代，而這個(gè)年代也就是人類開始穿jSw84/0VHnuT93qZjpU5jQ==衣服的時(shí)間——大約在距今7.2萬年前。而人類祖先生活在非洲炎熱的地區(qū)，大約120萬年前脫去體毛。

資料2：人類由于隱私意識(shí)的產(chǎn)生和自我意識(shí)的進(jìn)化從而用獸皮遮蓋身軀，再到布料的產(chǎn)生，經(jīng)過了一個(gè)漫長的過程。有了外面遮蓋物的御寒保暖，毛發(fā)的必要性也慢慢減小，于是體表毛發(fā)較少的人類在社會(huì)交往、吸引異性等方面的優(yōu)勢(shì)越來越大，最后毛發(fā)逐漸減少到以汗毛或者無毛的形式存在，可是毛孔卻一直都存在。人不會(huì)沒有保暖物就無緣無故地減少毛發(fā)。

3.2.4 學(xué)生針對(duì)現(xiàn)象提出可能的假說

【例3】 我國對(duì)牛進(jìn)行胚胎移植，每年約3000萬例，獲得母畜600－800萬頭。請(qǐng)你提出出現(xiàn)這種現(xiàn)象的假說：________________（寫出一種即可）并說出驗(yàn)證該假說需要搜集哪些數(shù)據(jù)________ 。（至少寫出兩種數(shù)據(jù)）。

4 總結(jié)

提出假說的能力是創(chuàng)造能力的表現(xiàn)形式和培養(yǎng)目標(biāo)之一，能夠促進(jìn)新知識(shí)、新理論、新發(fā)明的產(chǎn)生。對(duì)于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)而言，提出假說的能力就是科學(xué)思維的外延，也是科學(xué)探究的重要一環(huán)。因此，培養(yǎng)學(xué)生提出假說的能力對(duì)于生物學(xué)教學(xué)至關(guān)重要。

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