寓科学研究方法于生物学教学之中

1、寓科学研究方法于生物学教学之中兼谈“生物进化学说”的教学廉吉才科学假说是科学研究的基本方法之一。它是人们根据已有科学知识和新的科学事实对所研究的问题作出的猜测性陈述。科学假说对科学问题的研究常常起着一种纲领性的作用，是人们将认识从已知推向未知，进而变未知为已知的必不可少的思维方法，是科学发现的一种重要形式。科学理论发展的历史就是假说的形成、发展和假说之间的竞争、更迭的历史。中学生物学教学不仅要向学生传授系统的生物学知识，而且还要教会学生科学的研究方法。因此，我们必须充分利用和深入挖掘教材中关于科学假说的教学因素，因势利导，设置“情景”，让学生沿着科学假说的思路，步步“探索”，主动“发现”。这样

2、，既能加深学生对所学知识的理解，又可让学生体验科学家创造思维的全过程和探索科学奥秘的艰苦劳动，提高学生分析问题和解决问题的能力。本文结合高中“生物进化学说”一节的教学，谈一谈进行“科学假说”教学的过程。1 设置“情景”，突出矛盾，激发求知欲现在地球上的各种生物是怎样来的？首先，让学生了解19世纪中叶前在人们思想中占统治地位的特创论观点：现在地球上各种生物都是由神创造的，最初创造多少种生物，现在就有多少种，各种生物之间没有任何亲缘关系。那么达尔文是如何得出生物进化的观点并提出自然选择学说的呢？这要从达尔文生平说起。达尔文(18091882年)是英国的博物学家，他曾随英国海军勘探船“贝格尔”号作了

3、历时5年(18311836年)的环球航行考察，并采集了大量的生物标本和矿物标本，经过深入研究，形成了生物进化的观点，终于在1859年出版了震动当时学术界的巨著物种起源。在环球考察中，达尔文观察到下列事实并引起了他的兴趣和注意：(1)在南美洲地下发掘出来的某些化石跟现在生存在那里的生物(如犰狳、食蚁兽等)十分相象，但有区别。(2)南美洲大陆同一属的相近物种分布在相邻地区，在从北向南的旅行中，可以看到密切相近的动物由一个物种被另一个物种逐渐代替的情况。(3)南美西岸的加拉帕戈斯群岛的生物是南美洲的类型，每个岛上都有彼此略有相异的物种。达尔文起初曾企图用特创论观点加以解释，发现了观察事实与特创论观点

4、的矛盾性：化石生物为什么跟现在生存的生物相象但有区别？相近物种为什么分布相邻地区？相邻的岛上生物为什么相异又相近？如果物种是上帝分别创造的，为什么上帝进行这样奇怪的创造呢？如果物种不变，化石生物跟现在的生物为什么又有区别呢？2 依据事实，提出假说，初步解决矛盾“类似这样的事实，不管它是哪一方面的，只有下述的假定能够解释，那就是动物和植物的种是不断在改变”达尔文后来在自传中这样写道。考察中的观察事实使达尔文逐渐形成了生物进化的观点，提出如下假说(姑且称之为假说或假设，正确与否有待验证)：现存各种生物是由古代共同的祖先经过漫长的时间逐渐演变来的，并非由神创造；各种生物之间存在着或远或近的亲缘关系；

5、物种是可变的。那么，生物是怎样进化的？物种又是如何变化的呢？3 深入研究，类比归纳，提出自然选择学说，阐明生物进化的过程和原因达尔文细致地整理旅行中收集的资料，博览群书，走访了许多有丰富经验的育种工作者，从家养动物和栽培植物的研究着手，深入探讨生物进化的机制。达尔文从马尔萨斯人口论关于人口按几何级数量增加，生活资料(如食物)按算术级数量增加的论点得到启示，并根据自己丰富的野外观察得出：地球上各种生物普遍具有很强的繁殖能力，能产生很多的后代，按照理论上的计算，即使是繁殖最慢的生物，也会在不太长的时期内产生大量的后代而占满整个地球过度繁殖。生物过度繁殖使后代的数目急剧增加，而在自然界中，生物赖以生

6、存的生活条件(包括食物和空间等)却是有一定限度的。因此，任何生物要生存下去，都要争夺有限的生活条件，进行生存斗争(包括生物个体同种和异种之间的相互斗争，以及生物与无机环境之间的斗争)，赖以维持个体生存并繁衍种族。生存斗争的结果，导致大量生物死亡，只有少量个体得以生存。在生存斗争中，什么样的个体能够获胜并生存下去呢？达尔文注意到生物界(包括野生动物与家养动物和栽培植物)普遍存在着遗传和变异现象。例如，猫的后代总是猫，说明生物具有遗传性。但是猫的亲代和子代之间，同一只猫生出的子代之间，在毛色和长相等方面又不完全相同，存在着或多或少的差异性，说明生物又具有变异性。他还注意到，生物的变异可分为遗传的变

7、异和不遗传的变异。变异是不定向的，有的变异对生物的生存有利，有的则是有害的。同时，达尔文发现，家养动物和栽培植物一般具有许多品种，且每一品种都有符合人们某种需要的特性，是因为人类有目的地选择(人工选择)的结果。达尔文从人工选择的研究中得到启示，进一步类比推理，认为在自然界里同样也存在着类似人工选择的过程，即自然条件代替了人的作用来选择和保留了适应于自然条件的类型：具有利变异的个体，其性状与环境相适应，就容易在生存斗争中获胜而生存下来并繁衍后代，反之，具有不利变异的个体，其性状与环境是不适应的，则容易在生存斗争中失败而死亡。凡是生存下来的生物都是对环境能适应的，而被淘汰的生物都是对环境不适应的。

8、这就是适者生存。达尔文把生存斗争中，适者生存、不适者被淘汰的过程叫自然选择。至此，达尔文通过各种推理和判断，类比归纳，形成了自然选择学说的主要内容：过度繁殖、生存斗争、遗传和变异、适者生存。4 实践检验，进一步为假说提供证据，并修正假说必须向学生指出，科学假说是科学性与假定性的统一，它既不是胡乱的臆想，但又具有一定的猜测性，其正确与否有待于实践的检验。检验的方法一般有两种：一是设计实验直接证明，二是用假说解释已有事实。教材正是从这两方面完成假说的第四步的。教材中关于长颈鹿的进化过程便是第二种检验方法，课堂上教师可指导学生阅读此部分内容。如果时间允许，也可以对达尔文环球考察中观察到的几个事实用达

9、尔文进化学说加以解释。然后，教师强调，达尔文进化学说的成功之处在于总结概括了科学发展的成果(如古生物学、胚胎学、比较解剖学、地质学、细胞学说等)和劳动人民育种的实践经验，采用了历史方法和归纳方法等多种研究方法，正确揭示了生物进化的规律，能够科学地解释生物进化的原因以及生物的多样性和适应性。它不仅为马克思主义哲学提供了重要的自然科学基础，而且对以后的生物学的研究和实践具有重要的指导意义，被恩格斯称誉为19世纪自然科学的三大发现之一。但由于当时科学发展水平的限制，对于遗传和变异的性质，自然选择对遗传和变异如何起作用等问题，不能做出本质的阐述。之后，许多学者继续对生物的进化问题作了进一步的探索，特别是到了本世纪，随着遗传学、生态学、分子生物学、群体遗传学的发展，学者们从分子水平和群体水平研究生物的进化(实验结果可算作对达尔文进化学说的直接证明)，从而把生物进化的理论提高到一个新的阶段。到此为止，我们已圆满完成了科学假说的4个步骤，龙已画成，当适时点睛