盛國(guó)躍

(浙江省金華市教育局教研室 金華 321017)

1 認(rèn)識(shí)溯因推理

1.1 溯因推理的基本內(nèi)涵 溯因推理就是根據(jù)已知事實(shí)結(jié)果和相關(guān)的規(guī)律性知識(shí)，推斷產(chǎn)生這個(gè)結(jié)果的原因的猜測(cè)性假設(shè)的推理。它不同于演繹和歸納的邏輯形式，具有推理過(guò)程與結(jié)果并存、理論選擇與建構(gòu)一體的邏輯特征。

皮爾斯認(rèn)為演繹推理是解釋前提的，結(jié)論沒(méi)有超出前提，不能用于假說(shuō)的提出，只能用于假說(shuō)的驗(yàn)證，而歸納只是對(duì)已有假設(shè)的實(shí)驗(yàn)證明。只有溯因推理才是“形成假設(shè)的過(guò)程，是唯一產(chǎn)生新信念的邏輯操作”[1]。在人類探索自然的過(guò)程中，會(huì)經(jīng)常遇到一些“令人驚異的事情”發(fā)生。從這些驚異的事件出發(fā)，結(jié)合推理者的背景知識(shí)，借助一定的推理模式，獲得事件解釋的過(guò)程就是一個(gè)溯因的過(guò)程。例如，格里菲斯從發(fā)現(xiàn)“把加熱殺死的S型菌和活的R型菌一起注射到小鼠體內(nèi)后，很多小鼠因患敗血癥而死亡，并且死亡的小鼠血液中能分離出活的S型菌”這一現(xiàn)象開始，到提出“S型菌中存在轉(zhuǎn)化因子”觀點(diǎn)就是一個(gè)溯因過(guò)程。

1.2 溯因推理的基本模式 演繹、歸納、類比和溯因作為各自相對(duì)獨(dú)立的推理類型，均有各自獨(dú)特的推理模式。一個(gè)“令人驚異的事情”是溯因的起點(diǎn)，也是溯因推理的前提和誘因(下文把這“令人驚異的事情”簡(jiǎn)稱為“事情B”)。溯因的邏輯形式可用如下模式表示： 當(dāng)一個(gè)“事情B”被觀察到(推理的前提和誘因)；借助于已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和理論等找到了A，它能作為B的原因并解釋它，使B變成理所當(dāng)然的；因此，有理由推測(cè)A是真的[2]。

生物學(xué)中有很多偉大的發(fā)現(xiàn)都是溯因推理的產(chǎn)物。例如，孟德爾在提出“生物的性狀由遺傳因子控制”這一假說(shuō)時(shí)，就進(jìn)行了溯因推理，其過(guò)程可簡(jiǎn)化如下。一件“令人驚異的事情”被觀察到： 所選取的7種性狀所做的雜交實(shí)驗(yàn)，其F1代的性狀與親本之一相同，而另一親本性狀完全不顯現(xiàn)；讓F1代自交，F(xiàn)2代所表現(xiàn)出的性狀既有顯性性狀也有隱性性狀，且比例為3∶1。用已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和理論等對(duì)事件進(jìn)行解釋： ①用泛生論和融合遺傳思想均無(wú)法對(duì)這一事件進(jìn)行解釋；②道爾頓的原子論認(rèn)為各種元素是由原子構(gòu)成的，化合物被分解時(shí)，原子不會(huì)失去原來(lái)的性質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)就是原子的重新組合；③如果遺傳物質(zhì)也具有原子一樣的性質(zhì)，即遺傳物質(zhì)具有“粒子性”，則可完美地解釋這一“令人驚異的事情”。因此，可認(rèn)為“生物的性狀由遺傳因子控制”。

當(dāng)孟德爾發(fā)現(xiàn)在他的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)2代出現(xiàn)了性狀分離且性狀分離比均為3∶1，這一現(xiàn)象令他驚異時(shí)，溯因推理就開始了，下一步就是要探究其原因。在這一過(guò)程中需要綜合運(yùn)用原有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和理論等，以獲得對(duì)該現(xiàn)象的最佳解釋。在孟德爾時(shí)代，最流行的兩種遺傳學(xué)理論是泛生論和融合遺傳思想。孟德爾在溯因時(shí)發(fā)現(xiàn)這兩種理論都無(wú)法解釋他所觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)時(shí)道爾頓的原子論的影響非常廣泛，受原子論的影響，孟德爾在溯因時(shí)推測(cè)遺傳物質(zhì)也具有“粒子”性，在遺傳的過(guò)程中相互獨(dú)立，不會(huì)混合。當(dāng)他用這一觀點(diǎn)來(lái)解釋他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，發(fā)現(xiàn)原來(lái)“令人驚異”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果變得“理所應(yīng)當(dāng)”了。于是他提出了“生物的性狀由遺傳因子控制”這一假說(shuō)。

當(dāng)人們觀察到了某一驚異的現(xiàn)象，并且渴求作出解釋時(shí)，溯因推理就發(fā)生了。人們?cè)趯?duì)觀察資料進(jìn)行可理解的解釋過(guò)程中，便有了新的發(fā)現(xiàn)。因此，溯因推理與科學(xué)發(fā)現(xiàn)是密切相關(guān)的，它是認(rèn)知科學(xué)框架中的重要一環(huán)。

2 獲得新知的溯因模型構(gòu)建

致力于學(xué)生核心素養(yǎng)培育的深度學(xué)習(xí)，已成為我國(guó)基礎(chǔ)教育轉(zhuǎn)型的新目標(biāo)，新知的獲取是實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的主要載體。人們對(duì)各類事物及現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)是從現(xiàn)象到本質(zhì)、從不甚深刻的本質(zhì)到更深刻的本質(zhì)的層層深化的無(wú)限過(guò)程。那么，層層探索事物本質(zhì)的思維是如何進(jìn)行的呢？顯然，依靠的是溯因推理，而且是一種連續(xù)的、遞進(jìn)的溯因?？梢?jiàn)，將溯因推理引入課堂，用于學(xué)生獲取新知，有利于深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

例如，借減數(shù)分裂一節(jié)的教學(xué)對(duì)以上模型做簡(jiǎn)要說(shuō)明。溯因推理是從當(dāng)學(xué)生看到一件“令人驚異的事情B”開始的。因此，在進(jìn)行減數(shù)分裂的教學(xué)過(guò)程中可先向?qū)W生展示資料： 1883年，胚胎學(xué)家貝內(nèi)登發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲配子中的染色體數(shù)目是體細(xì)胞中的1/2。學(xué)生由于無(wú)法用已經(jīng)學(xué)習(xí)的有絲分裂來(lái)解釋這種數(shù)目關(guān)系，故會(huì)感到驚異。此時(shí)，他們會(huì)在尋求答案欲望的驅(qū)動(dòng)下，積極的調(diào)動(dòng)原有的知識(shí)儲(chǔ)備(如有絲分裂、染色質(zhì)復(fù)制、著絲粒分裂和染色體在紡錘絲的作用下運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)分配等)，在已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)中尋找與當(dāng)前問(wèn)題相似的經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)象，以探尋能解釋當(dāng)前問(wèn)題的假設(shè)。學(xué)生在對(duì)“染色體數(shù)目減半”的溯因中普遍會(huì)提出三種假設(shè)： ①染色體不復(fù)制，細(xì)胞分裂一次；②染色體復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，著絲粒分裂發(fā)生在第一次細(xì)胞分裂過(guò)程中；③染色體復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，著絲粒分裂發(fā)生在第二次細(xì)胞分裂過(guò)程中。那么，哪種假設(shè)是合理的呢？這就需要將這些假說(shuō)送到檢驗(yàn)?zāi)K中去進(jìn)行驗(yàn)證。教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察蝗蟲精母細(xì)胞減數(shù)分裂固定裝片進(jìn)行驗(yàn)證。如果證實(shí)了某個(gè)假設(shè)A是真的，學(xué)生就有理由相信A為B的原因，學(xué)生也就獲得了新知。否則，就需要返回開始處，進(jìn)行新一輪溯因與檢驗(yàn)驗(yàn)證，如此往復(fù)。

獲得新知的溯因模型在幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程中，凸顯了深度學(xué)習(xí)的五大特征，即： 理解認(rèn)知、高階思維、整體聯(lián)通、創(chuàng)造批判和專家構(gòu)建[3]。因而，該模型是與深度學(xué)習(xí)高度一致的，其目標(biāo)都是致力于學(xué)生核心素養(yǎng)的培育。

3 溯因模型在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

“分析摩爾根的果蠅伴性遺傳實(shí)驗(yàn)”一節(jié)，不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)的好材料，更是鍛煉科學(xué)思維的好素材。教師在教學(xué)過(guò)程中，按照常規(guī)的教學(xué)思路不利于培育學(xué)生的科學(xué)思維(即先引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)果蠅眼色的遺傳不僅符合孟德爾規(guī)律，而且還與性別相關(guān)聯(lián)后，出示摩爾根的假設(shè)，然后用假設(shè)來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)。為了讓學(xué)生能像科學(xué)家一樣進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)，筆者將溯因模型應(yīng)用于本部分內(nèi)容的教學(xué)中，其簡(jiǎn)要過(guò)程如下：

3.1 “令人驚異的事情” 在1910年摩爾根用他偶然發(fā)現(xiàn)的一只白眼雄果蠅與紅眼雌果蠅交配，結(jié)果F1都是紅眼。在F1的雌雄果蠅互交得到的F2中，白眼果蠅與紅眼果蠅的數(shù)目比是3∶1。這一現(xiàn)象完全符合孟德爾的分離定律。令人驚異的是F2的雌果蠅全為紅眼，而雄果蠅中卻有一半是白眼。

3.2 溯因推理 ①這一現(xiàn)象說(shuō)明果蠅眼色的遺傳與性別相聯(lián)系；②研究已證明果蠅的性別是由細(xì)胞中的性染色體決定的；③1902年美國(guó)細(xì)胞學(xué)研究生薩頓，通過(guò)對(duì)減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體的分離和孟德爾假說(shuō)中遺傳因子的分離之間的類比，提出了“染色體是遺傳因子的物質(zhì)載體”的觀點(diǎn)；④如果控制白眼的基因位于性染色上，則可以解釋這一驚異的事情。

3.3 提出假說(shuō) 假說(shuō)1： 控制白眼的基因在X染色體上，而Y染色體上沒(méi)有它的等位基因；假說(shuō)2： 控制白眼的基因位于X、 Y染色體的同源區(qū)段上(“控制白眼的基因在Y染色體上，而X染色體上沒(méi)有它的等位基因”這種假說(shuō)不能解釋驚異的事情，故可直接排除)。

3.4 演繹驗(yàn)證 若假說(shuō)1是正確的，將F1紅眼雌果蠅(XBXb)與白眼雄果蠅(XbY)測(cè)交，則測(cè)交后代中的表現(xiàn)型及比例為紅眼雌果蠅∶白眼雌果蠅∶紅眼雄果蠅∶白眼雄果蠅=1∶1∶1∶1；若假說(shuō)2是正確的，將F1紅眼雌果蠅(XBXb)與白眼雄果蠅(XbYb)測(cè)交，則測(cè)交后代中的表現(xiàn)型及比例也為紅眼雌果蠅∶白眼雌果蠅∶紅眼雄果蠅∶白眼雄果蠅=1∶1∶1∶1。兩種假說(shuō)的測(cè)交結(jié)果一致，故無(wú)法得到驗(yàn)證。

3.5 實(shí)踐驗(yàn)證 在1916年，摩爾根的弟子布里吉斯發(fā)現(xiàn)了X染色體的不分離現(xiàn)象，找到了白眼基因位于X染色體上，而Y染色體上沒(méi)有它的等位基因的直接證據(jù)(注： 在教學(xué)中，如果缺乏還原科學(xué)發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)條件，可用科學(xué)發(fā)現(xiàn)史實(shí)的相關(guān)資料來(lái)代替實(shí)驗(yàn)操作。故在本環(huán)節(jié)中，需展示布里吉斯的“果蠅眼色遺傳的初級(jí)例外和次級(jí)例外”實(shí)驗(yàn)及其后續(xù)驗(yàn)證過(guò)程的相關(guān)材料，具體內(nèi)容在此不再累述)，從而證實(shí)了假說(shuō)1是正確的。

生物學(xué)的研究經(jīng)歷了從現(xiàn)象到本質(zhì)的發(fā)展過(guò)程。將溯因模型應(yīng)用于生物學(xué)教學(xué)中，不僅有利于學(xué)生習(xí)得基本的知識(shí)，而且有利于學(xué)生領(lǐng)悟生物學(xué)家在研究過(guò)程中所持有的觀點(diǎn)以及解決問(wèn)題的思路和方法，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，發(fā)展終身學(xué)習(xí)的能力。

溯因推理是創(chuàng)造性的推理模式，它以產(chǎn)生新知識(shí)、發(fā)現(xiàn)新理論為最終目標(biāo)。對(duì)于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)而言，溯因推理本身就是科學(xué)思維的外延之一，也是提出假設(shè)的必經(jīng)之路，而提出假設(shè)是科學(xué)探究的重要一環(huán)。因此，在倡導(dǎo)核心素養(yǎng)的今天，將溯因推理應(yīng)用于生物學(xué)教學(xué)顯得尤為重要。