淺議“證偽”思想在高中生物教學(xué)中的價(jià)值

涂寬 崔鴻

1“證偽”思想的相關(guān)知識(shí)概念

1.1“證偽”思想的核心觀點(diǎn)

“證偽”思想是波普爾以源于古希臘的理性主義批判傳統(tǒng)為基礎(chǔ)，對邏輯證實(shí)主義進(jìn)行批判，并受愛因斯坦相對論的啟發(fā)而提出的?！白C偽”思想的主要核心觀點(diǎn)有：

1 任何科學(xué)理論原則上不會(huì)被最終證實(shí)，但卻會(huì)被否證或證偽;

2 科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程是理論不斷地被否定或修正的過程而絕非證實(shí)的過程;

3 科學(xué)進(jìn)步和發(fā)展源于提出問題和解決問題，問題是科學(xué)的起點(diǎn);

4 從科學(xué)探索的方法論角度出發(fā)，提出以試錯(cuò)法為核心的“猜想與反駁”學(xué)說。

1.2“證偽”思想解決生物學(xué)問題的過程

“證偽”思想認(rèn)為，科學(xué)的根本方法是試錯(cuò)法，即嘗試與清除錯(cuò)誤的方法。故在日常教學(xué)過程中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生大膽采用試錯(cuò)法，針對初始問題積極提出自己的觀點(diǎn)和猜測，然后去尋找證偽的事例，并根據(jù)事例對自己的猜想進(jìn)行修正。在此過程中，初始問題得以解決，但又會(huì)出現(xiàn)新的問題。學(xué)生解決生物學(xué)問題就是通過“發(fā)現(xiàn)問題——解決問題——產(chǎn)生新問題——解決新問題——......”的過程（圖1），最終無限接近生物學(xué)真理，這才是生物科學(xué)發(fā)展的真正軌跡和主流方向。

1.3“證偽”思想在生物歷史發(fā)展及生物教育中的影響

眾所周知，20世紀(jì)是自然科學(xué)發(fā)展最為輝煌的時(shí)代，而生物學(xué)又是其中的佼佼者。但生物學(xué)及其教育的歷史發(fā)展并非一帆風(fēng)順，而是一個(gè)曲折的前進(jìn)過程。作為揭示生物學(xué)發(fā)生和發(fā)展的生物學(xué)歷史具有較高的科學(xué)教育價(jià)值，對生物學(xué)教學(xué)具有重要的指導(dǎo)和借鑒作用。而運(yùn)用“證偽”思想成功破解生物學(xué)歷史上難題的案例更是不勝枚舉。例如，關(guān)于DNA的復(fù)制方式，科學(xué)家提出全保留復(fù)制模型、半保留復(fù)制模型、彌散復(fù)制模型三種模型。直到1958年，科學(xué)家以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)材料，利用同位素標(biāo)記法，通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，才證偽了全保留復(fù)制模型和彌散復(fù)制模型，最終確立了半保留復(fù)制為DNA的復(fù)制方式。又如，關(guān)于哪種物質(zhì)才是生物體遺傳物質(zhì)這一問題，在20世紀(jì)20年代絕大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為蛋白質(zhì)才是遺傳物質(zhì)。究其原因在于科學(xué)家已經(jīng)在蛋白質(zhì)領(lǐng)域取得了豐碩的成果，而正是因?yàn)檫@些成果嚴(yán)重阻礙了生物學(xué)的發(fā)展。后來，在科學(xué)家格里菲斯、艾弗里、赫爾希和蔡斯等人開展了大量實(shí)驗(yàn)的不懈努力下，最終證偽了蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)。

再如，關(guān)于遺傳密碼的閱讀方式，科學(xué)家為爭論主要集中在幾個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸、依次閱讀還是重疊閱讀兩方面?？茖W(xué)家克里克和他的同事通過大量的實(shí)驗(yàn)工作，最終在1961年證偽了不是一個(gè)或兩個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，閱讀方式不是重疊閱讀，而是三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，閱讀方式為依次閱讀?？梢?，生物學(xué)的歷史發(fā)展離不開不斷的證偽，只有這樣人們才能向真理無限接近。

2“證偽”思想在高中生物教學(xué)中的價(jià)值

2.1有利于幫助學(xué)生獲得生物學(xué)概念

生物學(xué)概念是對一類“生物學(xué)事物”的概括，是反映生命世界中各種物質(zhì)、現(xiàn)象及本質(zhì)屬性的思維形式，是構(gòu)成生物學(xué)知識(shí)體系的重要組成部分。甚至可以認(rèn)為，學(xué)好生物學(xué)科的關(guān)鍵就是掌握生物學(xué)概念及概念組成的知識(shí)體系。而學(xué)生獲得生物學(xué)概念必須從四方面入手，即生物學(xué)概念的術(shù)語（名稱）、概念的內(nèi)涵、概念的外延和概念的例證。以上四方面的任何一方面出現(xiàn)問題，都將導(dǎo)致不能形成正確的科學(xué)概念。如何提高高中生物概念教學(xué)的有效性，是廣大教師面臨的難題。在教學(xué)過程中向?qū)W生滲透“證偽”思想，極大地促進(jìn)學(xué)生獲得生物學(xué)概念。

例如，教材用“科學(xué)家根據(jù)細(xì)胞內(nèi)有無以核膜為界限的細(xì)胞核，把細(xì)胞分為真核細(xì)胞和原核細(xì)胞兩大類”這一特點(diǎn)來區(qū)別原核細(xì)胞和真核細(xì)胞。殊不知，學(xué)生學(xué)完原核細(xì)胞和真核細(xì)胞概念之后，往往會(huì)形成“真核細(xì)胞一定具備以核膜為界限的細(xì)胞核，沒有以核膜為界限的細(xì)胞核的細(xì)胞一定是原核細(xì)胞”這樣的錯(cuò)誤概念。此時(shí)，筆者追問：由真核細(xì)胞組成的哺乳動(dòng)物（如人），它的成熟紅細(xì)胞有細(xì)胞核嗎？由于學(xué)生在初中階級已經(jīng)學(xué)習(xí)過哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞的相關(guān)知識(shí)，故很容易回答出沒有細(xì)胞核（也沒有核膜）。在“證偽”思想的滲透下，學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與熟悉的事實(shí)內(nèi)容發(fā)生沖突，從而使學(xué)生在沖突中發(fā)現(xiàn)原有前概念的錯(cuò)誤之處，以達(dá)到對科學(xué)概念的正確順應(yīng)，進(jìn)而對“原核細(xì)胞和真核細(xì)胞”概念有更準(zhǔn)確更完善的理解。

又如，在介紹“胞吞胞吐”概念時(shí)，教師往往會(huì)照本宣科，強(qiáng)調(diào)其運(yùn)輸對象為大分子物質(zhì)，并以“分泌蛋白的分泌過程”“白細(xì)胞吞噬病菌”作為正例佐證。那么，胞吞胞吐是否只能運(yùn)輸大分子物質(zhì)？答案顯然是否定的。教師應(yīng)舉出幾個(gè)與之相悖的概念進(jìn)行證偽，如多巴胺、乙酰膽堿等神經(jīng)遞質(zhì)的運(yùn)輸方式也是以胞吐的形式，而多巴胺的相對分子質(zhì)量為153.18，是典型的小分子物質(zhì)。這樣，學(xué)生在“正例”和“反例”的共同支持下，對胞吞胞吐的運(yùn)輸對象也有了更準(zhǔn)確的理解和把握。

可見，在高中生物教學(xué)中滲透“證偽”思想可提高科學(xué)概念的教學(xué)效率，特別是在處理學(xué)生易錯(cuò)、難懂的生物學(xué)概念時(shí)，往往起著事半功倍的效果。

2.2有利于幫助學(xué)生發(fā)展批判性思維

眾所周知，科學(xué)沒有絕對的真理。今天被認(rèn)為是合乎真理的認(rèn)知都有它隱蔽著的以后會(huì)顯露出來的錯(cuò)誤的方面。而科學(xué)的進(jìn)步就體現(xiàn)在把這種錯(cuò)誤逐漸消除或更新為新的，從而無限接近真理。故人們不能以絕對真理的態(tài)度來對待科學(xué)，而是應(yīng)該對真理保持無限渴望和不懈追求的態(tài)度。而推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步少不了批判性思維，正如波普爾所言：“在知識(shí)領(lǐng)域中不存在任何不向批判開放的東西”。唯有堅(jiān)持批判性思維，科學(xué)理論才會(huì)不斷發(fā)展、更新并相對完善。

批判性思維絕非個(gè)人主觀臆斷或人云亦云，它是一個(gè)人在面對陌生的事件、信息時(shí)，下意識(shí)地懸置判斷，不輕易肯定，也不輕易否定，而是盡可能地去尋找全面對稱的信息，與已掌握的信息進(jìn)行對比，從而得出一個(gè)相對合理的看法。而“證偽”思想對提高學(xué)生批判性思維能力大有裨益。

在生物科學(xué)史上有著豐富的被證偽的經(jīng)典案例，教師可通過這些案例潛移默化地影響學(xué)生批判性思維的養(yǎng)成。例如，19世紀(jì)的科學(xué)界普遍認(rèn)為胰腺分泌胰液是通過神經(jīng)調(diào)節(jié)。很快該結(jié)論就被斯他林和貝利斯所證偽，并提出新的假設(shè)：一種化學(xué)物質(zhì)引起胰腺分泌胰液。斯他林和貝利斯這兩位科學(xué)家不畏權(quán)威、勇于質(zhì)疑科學(xué)態(tài)度最終成就了他們自己，促胰液素也成為了人類發(fā)現(xiàn)的第一種激素。

又如，沃森和克里克在構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型過程中，先后嘗試了很多種不同的雙螺旋（如堿基位于螺旋的外部，A與A、T與T配對等）和三螺旋結(jié)構(gòu)模型，但這些模型很快就被一一證偽。兩位科學(xué)家以對科學(xué)真理無限渴望的決心，通過堅(jiān)持不懈地努力，最終提出合乎事實(shí)的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

以上科學(xué)史案例要求教師在處理生物科學(xué)史時(shí)，切不可一筆帶過或簡單陳述，而應(yīng)深度挖掘其中蘊(yùn)含“證偽”思想，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成基于事實(shí)、基于證據(jù)的思維方式，從而提升批判性思維品質(zhì)。

2.3有利于幫助學(xué)生提高問題意識(shí)

問題是思維的動(dòng)力，是創(chuàng)新的源泉，而科學(xué)的發(fā)展更是在發(fā)現(xiàn)問題與解決問題中曲折前行的。正如愛因斯坦所言：“我并沒有什么特殊的才能，我只不過是喜歡尋根問底地追究問題罷了。”這句名言更是道破科學(xué)家成功的秘訣：必須具備鍥而不舍追求真理的探索精神和強(qiáng)烈的問題意識(shí)。

問題意識(shí)表現(xiàn)為人們在認(rèn)知過程中，經(jīng)常會(huì)意識(shí)到一些難以解決、疑惑的實(shí)際問題或理論問題，并產(chǎn)生一種懷疑、困惑、焦慮、探究的心理狀態(tài)。這種心理狀態(tài)又會(huì)驅(qū)使人們積極思維，不斷提出問題和解決問題。然而，縱觀當(dāng)前的生物課堂，“教師習(xí)慣于滿堂灌，學(xué)生習(xí)慣于被動(dòng)聽”的課堂比比皆是。這種現(xiàn)象到了高學(xué)段，更是有過之而無不及，必然導(dǎo)致學(xué)生問題意識(shí)消失殆盡。然而，教師如若將“證偽”思想滲透入平時(shí)教學(xué)中，能一定程度提高學(xué)生的問題意識(shí)。

例如，在“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”一節(jié)教學(xué)中，筆者向?qū)W生創(chuàng)設(shè)了一個(gè)情景：如果DNA分子發(fā)生基因突變，導(dǎo)致編碼正常血紅蛋白多肽鏈的mRNA序列中的一個(gè)堿基被另一個(gè)堿基替換，會(huì)引起血紅蛋白中氨基酸序列改變嗎？隨即，部分一學(xué)生脫口而出：會(huì)改變，因?yàn)槊艽a子改變了，氨基酸種類自然會(huì)改變，血紅蛋白中氨基酸序列當(dāng)然改變。筆者并未回應(yīng)，而是讓一位表情疑惑且陷入沉思的學(xué)生發(fā)表觀點(diǎn)。果不其然，這位學(xué)生回答道：“我感覺不會(huì)改變，至于原因我談不上來?！贝藭r(shí)，筆者說道：“有時(shí)候，生物學(xué)問題可通過一個(gè)反例進(jìn)行解決，反例有著四兩撥千斤的作用?！弊罱K，這位學(xué)生在教師引導(dǎo)和其他同學(xué)的幫助下，用一個(gè)反例進(jìn)行證偽，最終解開了問題的謎團(tuán)。

又如，在“使用高倍顯微鏡觀察幾種細(xì)胞”實(shí)驗(yàn)課上，有一位學(xué)生觀察的視野中出現(xiàn)了污點(diǎn)，并舉手尋求教師的幫助。筆者于是暫停了課堂，讓所有學(xué)生一起參與分析“污點(diǎn)在哪兒”。經(jīng)過一段時(shí)間討論后，有學(xué)生認(rèn)為在目鏡上，有學(xué)生認(rèn)為在物鏡上，有學(xué)生認(rèn)為在裝片上，甚至還有學(xué)生認(rèn)為在反光鏡上。究竟在哪兒呢？實(shí)踐出真知，這位學(xué)生在其他學(xué)生的提示下，依次證偽了污點(diǎn)在目鏡上、污點(diǎn)在物鏡上和污點(diǎn)在反光鏡上，最終確定污點(diǎn)在裝片上。

愛因斯坦曾經(jīng)說過：“提出一個(gè)問題比解決一個(gè)問題更加困難?！辈ㄆ諣栒J(rèn)為，所有科學(xué)理論都存在或多或少的問題，科學(xué)的發(fā)展就是在發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的過程中蜿蜒前行。教師在教學(xué)過程中滲透“證偽”思想，往往能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力，讓他們主動(dòng)成為問題的發(fā)現(xiàn)者、分析者和解決者，對學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提高具有重要作用。

2.4有利于幫助學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新精神

21世紀(jì)是充滿希望充滿挑戰(zhàn)的世紀(jì)，知識(shí)爆炸式增多，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生活方式的多樣化需要教育培養(yǎng)出更多更有質(zhì)量的人才，尤其是創(chuàng)新型人才。創(chuàng)新的最大阻力就是改變傳統(tǒng)思想。在應(yīng)試教育的背景下，目前的高中生物教學(xué)以追求“升學(xué)率”為最終目標(biāo)，課堂上主要是對知識(shí)的闡述和解釋，較少關(guān)注知識(shí)本身的產(chǎn)生及研究方法的分析，導(dǎo)致學(xué)生的思維方式習(xí)慣于正向（善于A→B，不善于B→A）。久而久之，以教師為中心，學(xué)生被動(dòng)接受的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式便根深蒂固。顯然，這樣的課堂難以培養(yǎng)創(chuàng)造性學(xué)生。而波普爾的“證偽”思想則為課堂教學(xué)提供

了新思路。例如，學(xué)生在學(xué)完“伴性遺傳”一節(jié)后，往往會(huì)形

成“只要致病基因位于性染色體上，其遺傳方式在子代男女中的表現(xiàn)型就會(huì)不一樣”的觀點(diǎn)，并將此觀點(diǎn)作為判斷常染色體遺傳病或性染色體遺傳病的唯一依據(jù)。學(xué)生之所以有這樣的觀點(diǎn)，是對教材中伴性遺傳的概念缺乏深刻理解。針對上述觀點(diǎn)，筆者引導(dǎo)學(xué)生嘗試用反例證偽它。很快，學(xué)生就找出一個(gè)反例：親本組合為XAXA與XaYa，后代為XAXa和XAYa。教師繼續(xù)提問：“上述親本組合都是純合子，你還能找到親本組合中有雜合子的情況嗎？”學(xué)生經(jīng)過合作討論，最終找出了一個(gè)反例：親本組合為XAXa與XaY，后代為XAXa、XaXa、XAY、XaY。至此，在“證偽”思想的滲透下，通過找尋原有觀點(diǎn)的反例以提高確認(rèn)度，最終學(xué)生在對伴性遺傳的概念有了更深層次理解的同時(shí)，也培育了創(chuàng)新精神。

通過以上案例可以看出，高中生物課堂滲透“證偽”思想是很有必要的。蘇格拉底說過：“不能證偽的論斷才是真理?！闭缟锟茖W(xué)發(fā)展經(jīng)歷了不斷證偽，學(xué)生也只有在學(xué)習(xí)中不斷證偽，才能夠感同身受，從而激發(fā)出對生物知識(shí)探索的欲望。但需要注意的是，并非所有生物知識(shí)的學(xué)習(xí)都需要通過“證偽”?！白C偽”和“證實(shí)”密不可分，各有優(yōu)點(diǎn)，具體使用需視知識(shí)類型而定。

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