高中生物“假说—演绎法”的应用

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  “假说—演绎法”是一种重要的科学发现模式和科学研究方法,新教材必修二模块开篇就讲孟德尔遗传规律的发现,突出了“假说—演绎法”的重要性。领悟并能应用“假说—演绎法”,可提高大家的科学探究能力和解题能力,大家必须予以重视。
  一、对“假说—演绎法”及其基本过程的理解
  1.“假说—演绎法”的基本概念
  假说—演绎法是指在观察和分析的基础上提出问题以后,通过推理和想象,提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符,就证明假说是正确的,反之,则证明假说是错误的。这是现代科学研究中常用的一种科学方法。
  2.“假说—演绎法”的基本过程
  (1)发现问题:在观察实验现象的基础上提出有意义的值得探讨的问题,并分析问题。
  (2)提出假说:依据发现的事实材料或已知科学原理,通过创造性猜测,提出初步假说,即对所提出的问题做出参考答案。
  (3)演绎推理:依据提出的假说,预设从未做过的实验(该实验用已有背景知识是预想不到现象的),并预测实验结果。
  (4)实验验证:具体实施预设的实验,得出实验结果,并与预测的实验结果进行比较。
  (5)得出结论:如果实验结果与预测的实验结果一致,就证明假说是正确的,反之,则证明假说是错误的。
  “假说—演绎法”的精髓在于:“解释过去”(能解释已观察到的现象)和“预知未来”(能预言尚未观察到的现象),特别是后者。因为有时针对同一个问题,可以提出多种不同的假说,而且都能解释已有现象,那么,哪种假说才是正确的,关键在于接下来的演绎推理了。演绎推理时所预设的实验必须科学严谨,依据不同的假说来演绎推理同一个实验必须有不同的预测结果,实验的设计才合理,才能根据实验结果验证哪种假说才是正确的。这正是历年来高考的一个热门考点。
  二、“假说—演绎法”在解题中的应用
  高考卷中,遗传题的考查也是一大热点之一,且题型灵活多变,常常令学生手足无措,思维混乱,得分甚微。近五年全国各地(包括广东省)的高考卷中的很多遗传题,大多数遗传题的解题思路其实就是“假说—演绎”的过程。因此,掌握“假说—演绎法”,并能将这种思维方法应用在此类试题中,问题就迎刃而解了。
  1.高考实例
  例题(2012·山东)几种性染色体异常果蝇的性别、育性等如图1所示。
  用红眼雌果蝇(XRXR)与白眼雄果蝇(XrY)为亲本杂交,在F1群体中发现一只白眼雄果蝇(记为“M”)。M果蝇出现的原因有三种可能:第一种是环境改变引起表现型变化,但基因型未变;第二种是亲本果蝇发生了基因突变;第三种是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体不分离。请设计简便的杂交实验,确定M果蝇的出现是由哪一种原因引起的。
  ①实验步骤:。
  ②结果预测:Ⅰ.若,则是环境改变引起的;Ⅱ.若,则是发生了基因突变;Ⅲ.若,则是亲本雌果蝇减数分裂时X染色体不分离。
  2.应用“假说—演绎法”解答问题
  (1)发现问题:用红眼雌果蝇(XRXR)与白眼雄果蝇(XrY)为亲本杂交,正常情况下后代的雄果蝇应全为红眼,但在F1群体中发现一只白眼雄果蝇(记为“M”)。M果蝇出现的原因是什么呢?
  (2)提出假说:对M果蝇出现的原因有三种假说。假说1:是环境改变引起表现型变化,但基因型未变,即M果蝇的基因型为XRY;假说2:是亲本果蝇发生了基因突变,即M果蝇的基因型为XrY;假说3:是亲本雌果蝇在减数分裂时X染色体不分离,即M果蝇的基因型为XrO。
  (3)演绎推理:三种不同假说的区别在于M果蝇基因型不同,故实验的目的就在于探究M果蝇的基因型,所以要设计测交实验,即M果蝇与正常白眼雌果蝇(XrXr)杂交,分析子代的表现型。具体演绎推理过程如图2:
  (4)实验验证:具体实施预设的实验,让M果蝇与正常白眼雌果蝇(XrXr)杂交,分析子代的表现型。
  (5)得出结论:若子代出现红眼(雌)果
  蝇,则是环境改变引起的,即假说1是正确的;若子代全部为白眼,则是发生了基因突
  变,即假说2是正确的;若无子代产生,则是亲本雌果蝇减数分裂时X染色体不分离,即假说3是正确的。
  三、“假说—演绎法”在生物学发展史有关实验中的应用
  生物学发展史中,很多发现都是通过“假说—演绎法”最终被验证的。在高中生物教材中,除了孟德尔的豌豆杂交实验,摩尔根也利用“假说—演绎法”,通过大量的果蝇杂交实验,把一个特定的基因和一条特定的染色体——X染色体联系起来,从而验证了萨顿的假说——基因位于染色体上。此外,DNA复制方式的提出与验证,以及整个中心法则的提出与验证,都是“假说—演绎法”的案例。植物生长素的发现历程也是“假说—演绎法”应用的一个典例。
  达尔文根据实验提出“胚芽鞘的尖端不仅具有感光作用,而且能够产生某种刺激,并从顶端向下传递,造成背光面比向光面生长快,因而出现向光性弯曲”的假说。这个假说是达尔文对胚芽鞘向光性实验的解释,但他只是提出假说,并没有进行演绎推理。后来的詹森、拜尔、温特等学者都是在这一假说基础上大胆地猜想,进一步完善假说的内容,并进行演绎推理,他们通过实验检验了自己的演绎推理,得出相关结论,同时也从不同的角度验证达尔文假说的正确性,并最终发现生长素的存在。
  综上所述,在高中生物学习中,注重对“假说—演绎法”及其基本过程的理解和应用,将有助于提高自主探索的能力和解题能力,从而提高学习成绩,提高生物科学素养。
  作者单位:广东省普宁市第一中学
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