高中生物“遺傳與進(jìn)化”模塊邏輯體系簡(jiǎn)論

1、高中生物“遺傳與進(jìn)化”模塊邏輯體系簡(jiǎn)論    摘要： 現(xiàn)代 遺傳學(xué)的 理論 體系，是一個(gè)以 科學(xué) 事實(shí)為邏輯起點(diǎn)的公理化體系。同時(shí)，遺傳學(xué)的 發(fā)展 ，為小進(jìn)化的 研究 提供了邏輯基礎(chǔ)。普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）“遺傳與進(jìn)化”模塊的 內(nèi)容 體系，就是按邏輯規(guī)則構(gòu)建的。在遺傳學(xué)和進(jìn)化論的發(fā)展過程中，科學(xué)家運(yùn)用了多種科學(xué) 方法 ，具有很高的科學(xué)認(rèn)識(shí) 教育 價(jià)值。教材的編寫，可以按邏輯線索進(jìn)行，也可以按學(xué)科發(fā)展的 歷史 線索進(jìn)行。抽象思維與形象思維的結(jié)合，是本模塊的重要思維訓(xùn)練價(jià)值之所在。 關(guān)鍵詞：高中生物課程；“遺傳與進(jìn)化”模塊；邏輯體系；小進(jìn)化 Abstr

2、act: The theoretical system of modern genetics is axiom system with scientific truth as the logical starting point. At the same time, the development of genetics provide logical basis for the research of small evolution. The content system of hereditary and evolution module in The Biology Curriculum

3、 Standards in General Senior Middle Schools（experimental edition） is constructed according to logical regulations. In the developmental courses of genetics and evolutionism, scientists have used many scientific ways which have very high educational values for scientific realization. Teaching materia

4、ls could be written in accordance with logical lines or with historical lines of subject development, which has its own significance . And the combination of abstract thinking and thinking in images shows the important values of thinking training in this module. Key words: biology in senior middle s

5、chools； hereditary and evolution module； logical system； small evolution 關(guān)于生物課程內(nèi)容體系的建構(gòu)，作者曾在高中生物課程內(nèi)容建構(gòu)及穩(wěn)態(tài)與環(huán)境模塊的 分析 一文中作過討論，認(rèn)為像“遺傳與進(jìn)化”模塊的內(nèi)容，可以按形式邏輯的方法，確定若干科學(xué)事實(shí)或概念作為邏輯起點(diǎn)，通過演繹推理構(gòu)建一個(gè)公理化的體系。1本文擬對(duì)此做一具體分析。 一、現(xiàn)代遺傳學(xué)理論的構(gòu)建 科學(xué)研究首先要通過觀察和實(shí)驗(yàn)獲得感性認(rèn)識(shí)。孟德爾正是通過豌豆雜交實(shí)驗(yàn)，獲得了大量經(jīng)驗(yàn)材料。但是，感性材料的獲得只是認(rèn)識(shí)的第一步，認(rèn)識(shí)的真正任務(wù)在于達(dá)到理性認(rèn)識(shí)。這就需要用科學(xué)的方

6、法去處理這些材料。如何處理？首先要概括 總結(jié) 出這些經(jīng)驗(yàn)材料所反映的事物的本質(zhì)和變化 規(guī)律 。這需要科學(xué)抽象。所謂科學(xué)抽象，就是人們運(yùn)用思維能力，透過事物的各種現(xiàn)象，抽取出事物的本質(zhì)屬性及其變化發(fā)展規(guī)律。科學(xué)抽象是一個(gè)復(fù)雜的思維過程。第一步是以經(jīng)驗(yàn)材料為基礎(chǔ)形成概念，就是從“感性上的具體”上升到“抽象的規(guī)定”。所謂“感性上的具體”，就是人們?cè)诳茖W(xué)實(shí)踐中形成的混沌的表象；所謂“抽象的規(guī)定”，就是通過一定的方法抽象出事物的本質(zhì)屬性。孟德爾正是從豌豆大量具體的遺傳性狀（如花的顏色、子葉是否飽滿、植株的高矮等）中，抽象出“相對(duì)性狀”的概念，并進(jìn)一步把它區(qū)分為“顯性性狀”和“隱性性狀”。第二步，是運(yùn)用概

7、念進(jìn)行判斷和推理，建構(gòu)規(guī)律、原理，就是從“抽象的規(guī)定”上升為“思維中的具體”?！八季S中的具體”不同于“感性上的具體”，感性材料已不再是各種事實(shí)的混沌的總和，而是受一定規(guī)律支配的有組織的知識(shí)。孟德爾就是依據(jù)顯性性狀和隱性性狀等概念，總結(jié)出了分離現(xiàn)象和自由組合現(xiàn)象。整個(gè)過程從邏輯方法的角度看，是一個(gè)歸納推理的過程：前提是若干科學(xué)事實(shí)，結(jié)論是從前提中通過推理得到一般規(guī)律。在科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中，科學(xué)抽象與邏輯方法是同一認(rèn)識(shí)過程中的兩個(gè)側(cè)面。一方面，認(rèn)識(shí)過程是一個(gè)不斷抽象形成科學(xué)概念的過程；另一方面，認(rèn)識(shí)過程是一個(gè)運(yùn)用邏輯方法進(jìn)行判斷和推理的過程。 認(rèn)識(shí)了分離現(xiàn)象和自由組合現(xiàn)象后，孟德爾沒有停步，他開始建立

8、遺傳因子假說。在科學(xué)研究中，當(dāng)對(duì)科學(xué)事實(shí)的認(rèn)識(shí)達(dá)到一定程度后，就必須通過理論思維的能動(dòng)作用，運(yùn)用各種理論思維方法進(jìn)行整理和加工，建立科學(xué)假說。這是將研究引向深入的重要環(huán)節(jié)和一般方法。在孟德爾所處的 時(shí)代 ，科學(xué)界盛行的理論思維方法是牛頓的方法。牛頓在 自然 哲學(xué) 的數(shù)學(xué)原理中提出的第一條科學(xué)方法規(guī)則，就是簡(jiǎn)單性原則。2對(duì)“簡(jiǎn)單性原則”概念的界定，學(xué)術(shù)界至今尚無一致意見。牛頓和孟德爾所運(yùn)用的簡(jiǎn)單性原則的含義，是事物內(nèi)部的簡(jiǎn)單性，即認(rèn)為在對(duì)自然的認(rèn)識(shí)中，最簡(jiǎn)單的解釋總是比較可取的。正如愛因斯坦所說：“我們所謂的簡(jiǎn)單性，并不是指學(xué)生在精通這種體系時(shí)產(chǎn)生的困難最小，而是指這種體系所包含的彼此獨(dú)立的假設(shè)

9、或公設(shè)最少?！?近代科學(xué)中，道爾頓首先在19世紀(jì)初按照簡(jiǎn)單性原則，把宏觀的、高層次的、憑感官能覺察但認(rèn)識(shí)還不夠清楚的化學(xué)物質(zhì)的多樣性、復(fù)雜性，分解成數(shù)量無限多而種類比較少的微觀的、低層次的、感官不能直接察覺的物質(zhì)最小微粒原子（當(dāng)時(shí)道爾頓的認(rèn)識(shí)），再以原子之間的相互聯(lián)系和相互作用，來理解、說明、解釋化學(xué)物質(zhì)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能和屬性的無限多樣性、復(fù)雜性，達(dá)到對(duì)化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)變化的全面、深刻的認(rèn)識(shí)，從而奠定了現(xiàn)代化學(xué)的基礎(chǔ)。孟德爾在創(chuàng)建其遺傳因子假說的過程中，有否借鑒道爾頓的原子論認(rèn)識(shí)模式，我們不得而知。但他運(yùn)用簡(jiǎn)單性原則取得了成功。他建立了遺傳因子成對(duì)存在的模型并創(chuàng)造了符號(hào)體系予以表達(dá)，以有限種類

10、基因的無限組合，解釋了無限種生命形式的存在。 假說雖然具有一定的事實(shí)基礎(chǔ)和知識(shí)依據(jù)，但畢竟不同于科學(xué)理論，它帶有一定的猜測(cè)性和或然性。因此，在建立起假說后，孟德爾又運(yùn)用演繹推理以測(cè)交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其遺傳因子假說。演繹推理是進(jìn)行邏輯證明的一種重要方法，是運(yùn)用一般原理對(duì)具體事物進(jìn)行推論并作出科學(xué)預(yù)見和發(fā)展科學(xué)理論的必要環(huán)節(jié)。 由此可見，孟德爾工作的開拓性，除了正確選擇材料和采用統(tǒng)計(jì)方法，更重要的是巧妙地抽象出科學(xué)概念，建立假說，創(chuàng)造符號(hào)體系予以表達(dá)并與有計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。這種方法自伽利略和牛頓以來在物 理學(xué) 中一直被使用，但在當(dāng)時(shí)的生物學(xué)中無人知曉。這可能是孟德爾的工作沒有被與他同時(shí)代的最優(yōu)秀的生物學(xué)家

11、所認(rèn)同的原因。但正是這種方法的建立使遺傳學(xué)不斷取得進(jìn)展并成為一門真正的科學(xué)。 從邏輯方法來分析，遺傳因子假說的邏輯起點(diǎn)是分離現(xiàn)象的自由組合現(xiàn)象，概括得出這兩個(gè)現(xiàn)象時(shí)孟德爾使用的歸納方法是簡(jiǎn)單枚舉法，即根據(jù)若干對(duì)象都具有某種屬性而無一反例，于是推論得出該類對(duì)象都具有這種屬性的結(jié)論。簡(jiǎn)單枚舉歸納法得出的結(jié)論帶有某種程度的或然性，不能作為科學(xué)理論來使用，只能提供尚需進(jìn)一步加以研究和驗(yàn)證的一種假定。為了從根本上提高結(jié)論的可靠性，必須努力發(fā)現(xiàn)某種屬性與某類對(duì)象之間的必然聯(lián)系。如果能夠確定某屬性是該類對(duì)象所必然具有的，那么其推論就最終成立了。這樣，推理方法也就由簡(jiǎn)單枚舉法過渡到科學(xué)歸納法了。細(xì)胞遺傳學(xué)和分

12、子遺傳學(xué)的成果，最終證明了孟德爾假說的正確性，因?yàn)樗鼈兏鶕?jù)對(duì)遺傳現(xiàn)象和遺傳物質(zhì)之間必然聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，推定分離規(guī)律和自由組合規(guī)律具有普遍性。至此，孟德爾假說才被確立為遺傳學(xué)理論。 其實(shí)，經(jīng)過分子遺傳學(xué)的建立這一場(chǎng)“科學(xué)革命”后，現(xiàn)代遺傳學(xué)的“范式”與經(jīng)典遺傳學(xué)已經(jīng)完全不同了?，F(xiàn)代遺傳學(xué)的邏輯起點(diǎn)是三個(gè)方面的科學(xué)事實(shí)，一是有性生殖細(xì)胞的形成和受精作用（特別是這些過程中染色體的變化）；二是DNA是主要的遺傳物質(zhì)，每個(gè)染色體都是由特定的DNA鏈和蛋白質(zhì)組成的；三是遺傳物質(zhì)對(duì)遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞和表達(dá)（分子遺傳學(xué)中心法則）。通過對(duì)這三方面所發(fā)現(xiàn)的科學(xué)事實(shí)的綜合，建構(gòu)起了現(xiàn)代遺傳學(xué)理論。而前面所述的遺傳學(xué)的

13、發(fā)生發(fā)展過程，已經(jīng)成為歷史。 二、進(jìn)化理論構(gòu)建的科學(xué)方法 達(dá)爾文進(jìn)化論包括兩方面的內(nèi)容，一是肯定生物是進(jìn)化的，二是說明生物進(jìn)化的機(jī)理。對(duì)于“生物是進(jìn)化的”這個(gè)結(jié)論，達(dá)爾文在自己的環(huán)球考察和前人研究的基礎(chǔ)上，收集了大量的材料，主要運(yùn)用歸納法得出。后來，又有越來越多的發(fā)現(xiàn)提供了新的證據(jù)。迄今未遇到反例。因此可以說，自1859年達(dá)爾文的物種起源發(fā)表后，進(jìn)化論取得了勝利。對(duì)“生物進(jìn)化的機(jī)理”，達(dá)爾文用自然選擇理論解釋?，F(xiàn)在有許多異議，但尚未有一個(gè)理論可以取而代之。對(duì)此，我們從科學(xué)方法的角度做一分析。 自然選擇理論的邏輯起點(diǎn)是四個(gè)科學(xué)事實(shí)：過度繁殖、遺傳變異、生存斗爭(zhēng)和隔離。達(dá)爾文以它們?yōu)榛A(chǔ)，通過與人

14、工選擇的類比，依據(jù)因果關(guān)系而建立起理論體系。在作為邏輯起點(diǎn)的四個(gè)科學(xué)事實(shí)中，過度繁殖和生存斗爭(zhēng)，可以通過觀察直接證實(shí)；對(duì)遺傳變異，現(xiàn)代科學(xué)研究也已充分證明，在各種生物中都發(fā)現(xiàn)了大量的突變，遺傳多態(tài)現(xiàn)象（polymorphism）廣泛存在；隔離阻斷了基因交流，對(duì)于小種群來說，確實(shí)能使物種分化，這已成為珍稀動(dòng)物保護(hù)中建立“種群通道”的理論依據(jù)?，F(xiàn)在的爭(zhēng)議在選擇理論。達(dá)爾文的自然選擇理論是通過與“人工選擇”的類比而建立的，因此僅僅是一種推斷。人工選擇是在有限范圍內(nèi)進(jìn)行的，而且是實(shí)驗(yàn)上可控的原理。把這樣一種原理擴(kuò)展成普遍意義上的原理，是否可以？而且到 目前 為止，人們除了在多倍體植物中發(fā)生的一些例子外

15、，在可以觀察的范圍內(nèi)從來沒有出現(xiàn)過新物種。所以，通過自然選擇產(chǎn)生新物種尚缺乏實(shí)證。因此，一些人從思維方式和科學(xué)方法的角度，對(duì)自然選擇學(xué)說提出了質(zhì)疑。伴隨對(duì)生物進(jìn)化過程中物種演變認(rèn)識(shí)的深入，遺傳學(xué)家歌德斯密特（R.B.Goldshmidt）在1940年提出了“大進(jìn)化”和“小進(jìn)化”的概念。1944年古生物學(xué)家辛普森（G.G.Simpson）對(duì)此概念又做了修正并給予明確定義，認(rèn)為小進(jìn)化（microevolution）考察進(jìn)化過程中物種內(nèi)性狀維持或變異的規(guī)律，大進(jìn)化（macroevolution）則研究物種規(guī)模演變的特征。達(dá)爾文和他以后的許多進(jìn)化論者把生物個(gè)體看作是進(jìn)化的單位，但小進(jìn)化的研究表明這樣的

16、認(rèn)識(shí)是不對(duì)的。實(shí)際上，進(jìn)化的單位，對(duì)無性生殖的生物是無性繁殖系，對(duì)有性繁殖的生物是通過有性生殖聯(lián)系起來的種群。這樣，在遺傳學(xué)研究成果的直接推動(dòng)下，達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說發(fā)生了一次大的改造，主要體現(xiàn)在選擇的效果不再是“生”或“死”的 問題 ，而變成了在生物的繁衍過程中，突變基因?qū)ΨN群基因庫(kù)分布（某突變基因和與它同源的等位野生型基因在種群總基因數(shù)中的比例）的 影響 大小的問題；生物進(jìn)化的單位不再是生物個(gè)體，而是擴(kuò)展到種群。這是對(duì)達(dá)爾文進(jìn)化論的一次重要修正，人們把這次修正后的達(dá)爾文進(jìn)化論稱為“現(xiàn)代綜合論”（the modern synthesis）。 現(xiàn)代進(jìn)化理論對(duì)小進(jìn)化的研究，以遺傳平衡定律（Hardy-WEinberg定律，1908）為基礎(chǔ)，引進(jìn)適合度（fitness）和選擇系數(shù)（selective coefficient）的概念后，為自然選擇學(xué)說提供了可靠的邏輯基礎(chǔ)和定量概念，是自然選擇學(xué)說的重要發(fā)展?，F(xiàn)在許多生物學(xué)家接受選擇理論，正是因?yàn)檫z傳學(xué)在這個(gè)方面的發(fā)展。然而，對(duì)現(xiàn)代綜合論，基于種群遺傳學(xué)基礎(chǔ)之上的小進(jìn)化模式是否可以解釋物種形成和高級(jí)分類群起