基于科学技术哲学的高中生物教学研究

王希　周江惠　赵玉丹　杨莹艳　龚记　熠乙引

【摘 要】以孟德尔豌豆杂交实验（一）为研究对象，分析杂交实验成功的关键因素，引導学生建构历史与辩证、批判与继承、归纳与演绎等科学技术哲学方法，以期在高中生物课堂中学生主动获得科学思维等生物学科核心素养。

【关键词】科学技术哲学；科学思维；高中生物教学

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A

【文章编号】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

生物科学是自然科学中的基础学科，研究生命现象和生命活动规律[1]。生物科学与哲学紧密相联，研究方法从属于科学技术哲学。科学技术哲学包含对自然现象的认识，科学技术发展对学科发展的影响，学科发展推动技术创新等[2]。高中生物教材中包含了历史唯物和辩证唯物主义等诸多科学技术哲学思想。在教学过程中应深挖教材，从前人的研究中吸取有价值、可供借鉴的技术、方法，这有利于发现和认识生物规律和学科本质。引导学生建构科学技术哲学等科学思维，并以此指导高中生物的教与学[3]。在《普通高中生物课程标准》中，课程目标力求培养学生的生物学科核心素养：生命观念、科学思维、科学探究、社会责任[4]。要发展科学素养等课程目标，无不基于科学技术哲学。

一、认识世界的客观规律要遵循历史唯物与辩证唯物相结合

人们对自然规律的认识总是有历史可循。1866年孟德尔发现遗传学两大定律：遗传因子的分离定律及自由组合定律。孟德尔并不凭空想象，其发现过程在历史唯物主义思想上建构。选择植物花的性状进行遗传研究：基于卡梅腊鲁斯证明植物两性性别的基础研究；运用不同表现型豌豆进行杂交实验：借鉴18世纪科尔罗伊德植物人工授粉技术发明。孟德尔继承前人的研究成果，建构了实验成功的关键：运用先进科学技术及方法，正确选择豌豆作为实验材料等。认识自然规律要遵循历史唯物与辩证唯物相结合，体现了科学思维等生物学科核心素养的课程目标。

1.继承历史研究成功实验选材。

1694年，植物学家卡梅腊鲁斯通过观察，发现并证明了植物存在两性性别；1822年，奈特曾经选择豌豆作为材料进行遗传杂交实验。在选择豌豆之前，孟德尔对其他植物同样进行过遗传杂交实验。如山柳菊和玉米，但都无特别发现。通过回顾植物两性历史研究，可能是孟德尔发现F2代出现分离及特殊3：1比例等现象解释时引入“配子”的概念提供依据。孟德尔继承前人的研究，成功选择自花传粉，闭花授粉的豌豆作为实验材料。

2.批判与继承历史观点建构科学思维。

在孟德尔之前，已有科学家提出不同的遗传理论。19世纪早期，耐格里认为植物间存在“融合遗传”及两亲本结合后，遗传物质会相互融合在子代中。后代既表现出双亲遗传性状又与双亲任意一方不同，就像不同颜色混合后出现新的颜色；不同的是，到60年代达尔文提出了“颗粒遗传”[5]。孟德尔通过实验观察得到了与“融合遗传”理论不符合的实证，因此批判了耐格里的观点。怎样对相对性状亲本杂交后代出现的分离现象做出解释，孟德尔通过大量数据统计、分析而大胆猜想，影响生物出现不同性状的决定因素是由生物体内的“遗传因子”决定的，就像独立的颗粒，既不会在子代体内融合，也不会无故消失，应该在子代体内得到表达。孟德尔“遗传因子”的存在假说，继承和发展了达尔文的“颗粒遗传”理论[6]。前人的研究结果往往能够为我们开拓认识世界的视野。因此，在教学中教师要引导学生主动建构批判与继承等科学思维。

二、科学技术进步推动遗传规律研究进程

孟德尔没有同时对7对相对性状杂交实验进行数据分析，而选择逐对研究，遵循了单因子实验的科学研究方法。成功规避了多因子实验同时出现不利分析的复杂数据。实验取得成功，是植物人工授粉技术、数据统计技术等先进科学技术集中运用的体现，推动了遗传规律的研究进程。

植物人工授粉技术在实验设计中得到应用；豌豆是自花授粉，闭花传粉植物，自然状态下后代全部是纯合子。解决异株豌豆进行授粉成为实验设计的关键，18世纪科尔罗伊德发明的植物人工授粉技术使实验得以进行。

实验设计中继承单因子实验研究方法；豌豆有多种性状[7]；经过观察和筛选，孟德尔从豌豆34种相对性状中选择出7种作为实验对象进行实验。面对多对性状同时出现的复杂数据，孟德尔选择继承17世纪发明的单因子实验等科学技术研究方法，只统计一对相对性状杂交实验产生的简单实验数据。

数据统计分析技术在实验数据处理中的应用；孟德尔创造性运用数学统计方法。选择最具代表性的7对相对性状作为实验研究的对象。通过统计后代中不同表现型的大量数据，得到F2代性状比例3：1这一特殊值。孟德尔创新运用数据统计分析技术，通过抽样调查、数据统计，最终取得了科学的实证比例。

三、归纳和演绎的科学思维建构新的遗传理论

1.归纳法在杂交实验中的运用。

一个成功的实验设计，是要运用哲学的科学思维作为支撑，孟德尔豌豆杂交实验也不例外，体现在教材p4表1-1[8]。表1-1结果表明：从研究茎的高度杂交后代出现特殊的比例相近于3：1，再进行其他性状杂交实验，后代出现近似于3：1的一般比例。孟德尔从单一因子扩展到多因子研究，通过研究茎的高度推广到其他6对相对性状。从特殊现象推广到一般现象，归纳法等科学思维在孟德尔的杂交实验中得到了运用。

2.假说——演绎法建构新遗传定律。

从特殊现象到一般能够得到一定的规律，但缺乏从一般到特殊的验证过程——演绎法：基于一定理论指导，从一般的现象扩展到特殊的结论过程。孟德尔为了解释杂交后代产生性状分离且后代出现相近于3：1等现象，在继承达尔文的“颗粒遗传”的基础上，大胆创造假说——演绎法[8]。假说理论是否真实，需要实验实证数据作支撑。因此，孟德尔创新地创造了另外的实验设计——测交法：用同样的假说理论运用在不同的杂交实验及用杂种一代高茎与隐性纯合子矮茎杂交，并运用假说理论来预测后代性状分离比值接近1：1；若测交实验结果数据接近1：1，则预测正确，则假说理论成立，并以此支撑假说——演绎法理论，孟德尔对性状分离现象的解释成立，发现了“遗传因子”的存在。研究表明，孟德尔豌豆杂交实验过程充分运用了科学技术哲学的科学思维，成功开拓了遗传学科中遗传学的两大定律。

综上所述，教学是有目的，有目的性认识世界是人所具有的属性。要很好地完成课程目标，教师需要在科学技术哲学基础上进行教材分析，才能有效引导学生建构科学思维，从而更好地客观认识世界的本质。基于科学技术哲学的学习，对学生终身学习能力的培养具有重要意义，体现了新课程改革力求培养学生的科学思维。

参考文献

[1]李莉静，李海红.高中生物教学中自然辩证法的渗透[J].中学生物学，2010，26（1）：17-19.

[2]何成瑜.农村初中生物教学中辩证法的妙用[J].农业科技与信息，2016（33）：140-140.

[3]侯建林.浅谈辩证唯物主义在高中生物教学中的渗透[J].科教文汇，2014（27）：167-168.

[4]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标[M].北京：人民教育出版社，2017：4-5.

[5]林松.《遗传与进化》模块中的假说与假说检验[J].生物学教学，2016，41（5）：58-60.

[6]李杰.淺谈遗传学科学史的教育价值[J].中学生物教学，2012（12）：17-18.

[7]何风华，朱碧岩，高峰，等.孟德尔豌豆基因克隆的研究进展及其在遗传学教学中的应用[J].遗传，2013，35（7）：931-938.

[8]课程教材研究所生物课程教材研究开发中心.高中生物必修2遗传与进化[M].北京：人民教育出版社，2012：4-5.