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        基于科學(xué)技術(shù)哲學(xué)的高中生物教學(xué)研究

        2019-04-09 03:24:06王希周江惠趙玉丹楊瑩艷龔記熠乙引
        關(guān)鍵詞:科學(xué)思維

        王希 周江惠 趙玉丹 楊瑩艷 龔記 熠乙引

        【摘 要】以孟德爾豌豆雜交實驗(一)為研究對象,分析雜交實驗成功的關(guān)鍵因素,引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)歷史與辯證、批判與繼承、歸納與演繹等科學(xué)技術(shù)哲學(xué)方法,以期在高中生物課堂中學(xué)生主動獲得科學(xué)思維等生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

        【關(guān)鍵詞】科學(xué)技術(shù)哲學(xué);科學(xué)思維;高中生物教學(xué)

        【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A

        【文章編號】2095-3089(2019)04-0010-01

        〖WTHZ〗High school biology teaching research based on philosophy of science and technology

        ——A case study of Mendel pea hybridization experiment (1)

        Wang Xi1 ,Zhou Jianghui3﹡, Zhao Yudan1,Yang Yingyan1,Gong Jiyi1,2, Yi Yin1,2

        前言

        生物科學(xué)是自然科學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科,研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律[1]。生物科學(xué)與哲學(xué)緊密相聯(lián),研究方法從屬于科學(xué)技術(shù)哲學(xué)??茖W(xué)技術(shù)哲學(xué)包含對自然現(xiàn)象的認識,科學(xué)技術(shù)發(fā)展對學(xué)科發(fā)展的影響,學(xué)科發(fā)展推動技術(shù)創(chuàng)新等[2]。高中生物教材中包含了歷史唯物和辯證唯物主義等諸多科學(xué)技術(shù)哲學(xué)思想。在教學(xué)過程中應(yīng)深挖教材,從前人的研究中吸取有價值、可供借鑒的技術(shù)、方法,這有利于發(fā)現(xiàn)和認識生物規(guī)律和學(xué)科本質(zhì)。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)科學(xué)技術(shù)哲學(xué)等科學(xué)思維,并以此指導(dǎo)高中生物的教與學(xué)[3]。在《普通高中生物課程標準》中,課程目標力求培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng):生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任[4]。要發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)等課程目標,無不基于科學(xué)技術(shù)哲學(xué)。

        一、認識世界的客觀規(guī)律要遵循歷史唯物與辯證唯物相結(jié)合

        人們對自然規(guī)律的認識總是有歷史可循。1866年孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳學(xué)兩大定律:遺傳因子的分離定律及自由組合定律。孟德爾并不憑空想象,其發(fā)現(xiàn)過程在歷史唯物主義思想上建構(gòu)。選擇植物花的性狀進行遺傳研究:基于卡梅臘魯斯證明植物兩性性別的基礎(chǔ)研究;運用不同表現(xiàn)型豌豆進行雜交實驗:借鑒18世紀科爾羅伊德植物人工授粉技術(shù)發(fā)明。孟德爾繼承前人的研究成果,建構(gòu)了實驗成功的關(guān)鍵:運用先進科學(xué)技術(shù)及方法,正確選擇豌豆作為實驗材料等。認識自然規(guī)律要遵循歷史唯物與辯證唯物相結(jié)合,體現(xiàn)了科學(xué)思維等生物學(xué)科核心素養(yǎng)的課程目標。

        1.繼承歷史研究成功實驗選材。

        1694年,植物學(xué)家卡梅臘魯斯通過觀察,發(fā)現(xiàn)并證明了植物存在兩性性別;1822年,奈特曾經(jīng)選擇豌豆作為材料進行遺傳雜交實驗。在選擇豌豆之前,孟德爾對其他植物同樣進行過遺傳雜交實驗。如山柳菊和玉米,但都無特別發(fā)現(xiàn)。通過回顧植物兩性歷史研究,可能是孟德爾發(fā)現(xiàn)F2代出現(xiàn)分離及特殊3:1比例等現(xiàn)象解釋時引入“配子”的概念提供依據(jù)。孟德爾繼承前人的研究,成功選擇自花傳粉,閉花授粉的豌豆作為實驗材料。

        2.批判與繼承歷史觀點建構(gòu)科學(xué)思維。

        在孟德爾之前,已有科學(xué)家提出不同的遺傳理論。19世紀早期,耐格里認為植物間存在“融合遺傳”及兩親本結(jié)合后,遺傳物質(zhì)會相互融合在子代中。后代既表現(xiàn)出雙親遺傳性狀又與雙親任意一方不同,就像不同顏色混合后出現(xiàn)新的顏色;不同的是,到60年代達爾文提出了“顆粒遺傳”[5]。孟德爾通過實驗觀察得到了與“融合遺傳”理論不符合的實證,因此批判了耐格里的觀點。怎樣對相對性狀親本雜交后代出現(xiàn)的分離現(xiàn)象做出解釋,孟德爾通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析而大膽猜想,影響生物出現(xiàn)不同性狀的決定因素是由生物體內(nèi)的“遺傳因子”決定的,就像獨立的顆粒,既不會在子代體內(nèi)融合,也不會無故消失,應(yīng)該在子代體內(nèi)得到表達。孟德爾“遺傳因子”的存在假說,繼承和發(fā)展了達爾文的“顆粒遺傳”理論[6]。前人的研究結(jié)果往往能夠為我們開拓認識世界的視野。因此,在教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)批判與繼承等科學(xué)思維。

        二、科學(xué)技術(shù)進步推動遺傳規(guī)律研究進程

        孟德爾沒有同時對7對相對性狀雜交實驗進行數(shù)據(jù)分析,而選擇逐對研究,遵循了單因子實驗的科學(xué)研究方法。成功規(guī)避了多因子實驗同時出現(xiàn)不利分析的復(fù)雜數(shù)據(jù)。實驗取得成功,是植物人工授粉技術(shù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計技術(shù)等先進科學(xué)技術(shù)集中運用的體現(xiàn),推動了遺傳規(guī)律的研究進程。

        植物人工授粉技術(shù)在實驗設(shè)計中得到應(yīng)用;豌豆是自花授粉,閉花傳粉植物,自然狀態(tài)下后代全部是純合子。解決異株豌豆進行授粉成為實驗設(shè)計的關(guān)鍵,18世紀科爾羅伊德發(fā)明的植物人工授粉技術(shù)使實驗得以進行。

        實驗設(shè)計中繼承單因子實驗研究方法;豌豆有多種性狀[7];經(jīng)過觀察和篩選,孟德爾從豌豆34種相對性狀中選擇出7種作為實驗對象進行實驗。面對多對性狀同時出現(xiàn)的復(fù)雜數(shù)據(jù),孟德爾選擇繼承17世紀發(fā)明的單因子實驗等科學(xué)技術(shù)研究方法,只統(tǒng)計一對相對性狀雜交實驗產(chǎn)生的簡單實驗數(shù)據(jù)。

        數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析技術(shù)在實驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用;孟德爾創(chuàng)造性運用數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法。選擇最具代表性的7對相對性狀作為實驗研究的對象。通過統(tǒng)計后代中不同表現(xiàn)型的大量數(shù)據(jù),得到F2代性狀比例3:1這一特殊值。孟德爾創(chuàng)新運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析技術(shù),通過抽樣調(diào)查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計,最終取得了科學(xué)的實證比例。

        三、歸納和演繹的科學(xué)思維建構(gòu)新的遺傳理論

        1.歸納法在雜交實驗中的運用。

        一個成功的實驗設(shè)計,是要運用哲學(xué)的科學(xué)思維作為支撐,孟德爾豌豆雜交實驗也不例外,體現(xiàn)在教材p4表1-1[8]。表1-1結(jié)果表明:從研究莖的高度雜交后代出現(xiàn)特殊的比例相近于3:1,再進行其他性狀雜交實驗,后代出現(xiàn)近似于3:1的一般比例。孟德爾從單一因子擴展到多因子研究,通過研究莖的高度推廣到其他6對相對性狀。從特殊現(xiàn)象推廣到一般現(xiàn)象,歸納法等科學(xué)思維在孟德爾的雜交實驗中得到了運用。

        2.假說——演繹法建構(gòu)新遺傳定律。

        從特殊現(xiàn)象到一般能夠得到一定的規(guī)律,但缺乏從一般到特殊的驗證過程——演繹法:基于一定理論指導(dǎo),從一般的現(xiàn)象擴展到特殊的結(jié)論過程。孟德爾為了解釋雜交后代產(chǎn)生性狀分離且后代出現(xiàn)相近于3:1等現(xiàn)象,在繼承達爾文的“顆粒遺傳”的基礎(chǔ)上,大膽創(chuàng)造假說——演繹法[8]。假說理論是否真實,需要實驗實證數(shù)據(jù)作支撐。因此,孟德爾創(chuàng)新地創(chuàng)造了另外的實驗設(shè)計——測交法:用同樣的假說理論運用在不同的雜交實驗及用雜種一代高莖與隱性純合子矮莖雜交,并運用假說理論來預(yù)測后代性狀分離比值接近1:1;若測交實驗結(jié)果數(shù)據(jù)接近1:1,則預(yù)測正確,則假說理論成立,并以此支撐假說——演繹法理論,孟德爾對性狀分離現(xiàn)象的解釋成立,發(fā)現(xiàn)了“遺傳因子”的存在。研究表明,孟德爾豌豆雜交實驗過程充分運用了科學(xué)技術(shù)哲學(xué)的科學(xué)思維,成功開拓了遺傳學(xué)科中遺傳學(xué)的兩大定律。

        綜上所述,教學(xué)是有目的,有目的性認識世界是人所具有的屬性。要很好地完成課程目標,教師需要在科學(xué)技術(shù)哲學(xué)基礎(chǔ)上進行教材分析,才能有效引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)科學(xué)思維,從而更好地客觀認識世界的本質(zhì)?;诳茖W(xué)技術(shù)哲學(xué)的學(xué)習(xí),對學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)具有重要意義,體現(xiàn)了新課程改革力求培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

        參考文獻

        [1]李莉靜,李海紅.高中生物教學(xué)中自然辯證法的滲透[J].中學(xué)生物學(xué),2010,26(1):17-19.

        [2]何成瑜.農(nóng)村初中生物教學(xué)中辯證法的妙用[J].農(nóng)業(yè)科技與信息,2016(33):140-140.

        [3]侯建林.淺談辯證唯物主義在高中生物教學(xué)中的滲透[J].科教文匯,2014(27):167-168.

        [4]中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標[M].北京:人民教育出版社,2017:4-5.

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        [6]李杰.淺談遺傳學(xué)科學(xué)史的教育價值[J].中學(xué)生物教學(xué),2012(12):17-18.

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        [8]課程教材研究所生物課程教材研究開發(fā)中心.高中生物必修2遺傳與進化[M].北京:人民教育出版社,2012:4-5.

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