“科學(xué)探究”說證偽

程煒月

初中、高中乃至大學(xué)教材展示的科學(xué)探究絕大多數(shù)是以證實(shí)為主：經(jīng)典、簡潔。而事實(shí)上絕大多數(shù)科學(xué)探究本身要經(jīng)過大量的去粗取精、去偽（證偽）存真（證實(shí)）的過程。證實(shí)與證偽是一個(gè)問題的兩個(gè)方面，通常證實(shí)的過程中遇到證偽的工作量更大，在提倡學(xué)生自主科學(xué)探究過程中，進(jìn)行大量的證偽工作是常態(tài)，所以，引導(dǎo)學(xué)生重視并強(qiáng)化證偽的訓(xùn)練，顯然非常必要。

1 從經(jīng)典科學(xué)史中感知證實(shí)與證偽的辯證統(tǒng)一，在艱難曲折中感受科學(xué)探究的歷程

遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)是經(jīng)典：20世紀(jì)20年代，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)是由多種（20種）氨基酸連接而成的生物大分子，各種氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白質(zhì)。更多的科學(xué)家聯(lián)想到：氨基酸多種多樣的排列順序，可能蘊(yùn)含遺傳信息，而蛋白質(zhì)功能多樣，本身是生命的體現(xiàn)者，作為遺傳物質(zhì)的可能性很大。科學(xué)家們對(duì)含量較少的DNA的分子結(jié)構(gòu)不甚了解，只知道，它是由4種不同的脫氧核苷酸組成，想象不出DNA如何攜帶海量的遺傳信息，所以推測蛋白質(zhì)為遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)占主導(dǎo)地位。

艾弗里驗(yàn)證遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)是分別提取S型肺炎雙球菌的DNA、蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)，觀察其對(duì)R型活菌的轉(zhuǎn)化效果，發(fā)現(xiàn)只有DNA具有轉(zhuǎn)化能力，其他物質(zhì)均沒有轉(zhuǎn)化能力，而且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化就越有效；如果用DNA酶分解S型活菌的DNA，就不能使R型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化。顯然，DNA是遺傳物質(zhì)，其他物質(zhì)均不是。

盡管艾弗里的實(shí)驗(yàn)邏輯性很強(qiáng)，但DNA純度最高時(shí)，還有0.02%蛋白質(zhì)雜質(zhì)，人們對(duì)此實(shí)驗(yàn)結(jié)論表示懷疑。

1952年，赫爾希和蔡斯選用T2噬菌體，用放射性同位素標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)，蛋白質(zhì)外殼留在外面，進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)的只有DNA、DNA可以單獨(dú)進(jìn)入大腸桿菌體內(nèi)，完成自身復(fù)制、指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成、組裝新噬菌體、釋放……顯然，DNA能復(fù)制傳代指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，是真正的遺傳物質(zhì)。

可見，在向科學(xué)進(jìn)軍的道路上，大多數(shù)的人和大量的時(shí)間實(shí)際上都耗費(fèi)在證偽性實(shí)驗(yàn)引發(fā)的對(duì)實(shí)驗(yàn)、假說的檢討、修正上。因此，只講“證實(shí)”的探究性教學(xué)會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生科學(xué)的道路是平坦的、發(fā)現(xiàn)科學(xué)理論是一帆風(fēng)順的錯(cuò)覺，從而曲解科學(xué)探究的本質(zhì)，形成不正確的印象。證偽性設(shè)計(jì)與探究是對(duì)科學(xué)研究歷程的模擬，有利于學(xué)生以平常心踏踏實(shí)實(shí)地對(duì)待科學(xué)探究中大量的證偽性工作。

2 證實(shí)與證偽矛盾與和諧的統(tǒng)一：正視生物學(xué)科的復(fù)雜性

在探究人體免疫原理時(shí)最早有兩個(gè)學(xué)派：細(xì)胞免疫派與體液免疫派。俄國梅契尼克發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞有吞噬功能，能吞噬和清除各種病原微生物，這是細(xì)胞免疫學(xué)說；而德國歐立希相信人體體液產(chǎn)生的抗體，能清除各種病原體，這是人體的體液免疫?？茖W(xué)家最后探究的結(jié)果是：正常人體這兩種免疫形式同時(shí)存在，而且協(xié)同起來，共同完成免疫、防御、細(xì)胞及大分子識(shí)別的功能。

非此即彼的證實(shí)、證偽模式，在生物學(xué)中總有例外，因此教師應(yīng)正視生命運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，對(duì)實(shí)驗(yàn)科學(xué)全面地進(jìn)行總結(jié)。

3 理論證偽也精彩——感受相關(guān)原理或概念之間的關(guān)系

在探究單細(xì)胞動(dòng)物草履蟲的應(yīng)激性現(xiàn)象時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：草履蟲靠什么結(jié)構(gòu)對(duì)鹽或肉汁的刺激發(fā)生反應(yīng)？學(xué)生聯(lián)想到人體相關(guān)知識(shí)，異口同聲：“靠神經(jīng)系統(tǒng)完成反應(yīng)！”

教師繼續(xù)追問：“草履蟲是單細(xì)胞動(dòng)物，還是多細(xì)胞動(dòng)物？”

生：“單細(xì)胞！”

師：“一個(gè)細(xì)胞能構(gòu)成神經(jīng)系統(tǒng)嗎？”

學(xué)生想到顯然不能，然后總結(jié)出單細(xì)胞生物一個(gè)細(xì)胞完成全部的代謝、生殖、生長、分裂、排泄、應(yīng)激性等全部生理功能。

教師繼續(xù)引導(dǎo)：“草履蟲這類對(duì)刺激的反應(yīng)是反射嗎？”

反射是較高等的動(dòng)物依靠神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)內(nèi)外刺激產(chǎn)生有規(guī)律的反應(yīng)。草履蟲的個(gè)體只由一個(gè)細(xì)胞構(gòu)成，當(dāng)然沒有系統(tǒng)的復(fù)雜構(gòu)建，所以此類反應(yīng)在生物學(xué)上只能稱為“應(yīng)激性”。生物體對(duì)外界刺激的反應(yīng)，包括植物的莖葉向光性、根的向地性，全部是應(yīng)激性，只有擁有神經(jīng)系統(tǒng)的多細(xì)胞動(dòng)物，才可能有反射活動(dòng)。

教師通過這樣舉一反三理論性的證偽推理，加深學(xué)生對(duì)反射、應(yīng)激性等相關(guān)概念的理解。

4 科學(xué)探究過程中證偽：生搬硬套“正確的原理”出錯(cuò)：感受課堂原理、知識(shí)在實(shí)際運(yùn)用中的變通

學(xué)完人體的血液循環(huán)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：腦動(dòng)脈瘤發(fā)病率、死亡率極高，被稱為“腦部的定時(shí)炸彈”。它是動(dòng)脈壁損傷或老化，使局部血管壁向外膨大而形成的囊狀瘤體?，F(xiàn)在最先進(jìn)的微創(chuàng)介入手術(shù)是從右側(cè)股動(dòng)脈穿刺，經(jīng)人體的血管，通過導(dǎo)管將微小的鉑金彈簧圈放入腦動(dòng)脈瘤腔內(nèi)，阻斷動(dòng)脈瘤內(nèi)的血流，逐漸形成血栓而阻塞動(dòng)脈瘤腔，來降低動(dòng)脈瘤破裂的機(jī)會(huì)。微導(dǎo)管為細(xì)導(dǎo)管，頭端比縫紉線粗不了多少。

教師要求學(xué)生找出最佳的導(dǎo)管前進(jìn)路線，怎樣對(duì)患者的損傷最小。很快，學(xué)生找出的是與血液循環(huán)路徑一致：循著血液循環(huán)入股動(dòng)脈—小動(dòng)脈—身體毛細(xì)血管—小靜脈—下腔靜脈—右心房—右心室—肺動(dòng)脈—肺部毛細(xì)血管—肺靜脈—左心房—左心室—主動(dòng)脈—頸總動(dòng)脈—相應(yīng)腦動(dòng)脈瘤部位……

利用血液循環(huán)的原理不錯(cuò)，但實(shí)際操作中可能遭遇關(guān)鍵的困難有：① 微導(dǎo)管頭端直徑與縫紉線接近，但還是比毛細(xì)血管粗多了，經(jīng)過身體任何一處毛細(xì)血管都會(huì)損傷該處毛細(xì)血管等組織及細(xì)胞。上面途徑起碼損傷肺部等兩處組織。② 該途徑金屬微導(dǎo)管兩次經(jīng)過心臟，相當(dāng)與對(duì)心臟做切割手術(shù)，是不是對(duì)心臟威脅太大？

學(xué)生馬上感到生搬硬套“正確的原理”出錯(cuò)了，那么微創(chuàng)介入是如何解決這個(gè)問題的？教師出示以下微創(chuàng)手術(shù)中常規(guī)途徑示意圖（圖1）：

讓學(xué)生看圖找出相應(yīng)的常規(guī)途徑：從右股動(dòng)脈-髂動(dòng)脈-腹主動(dòng)脈-胸主動(dòng)脈-一直上行到顱內(nèi)載瘤動(dòng)脈內(nèi)，并進(jìn)入動(dòng)脈瘤。圖1顯示經(jīng)插入動(dòng)脈瘤腔內(nèi)的微導(dǎo)管向動(dòng)脈瘤腔內(nèi)送入可脫彈簧圈。圖中顯示動(dòng)脈瘤被送入的彈簧圈完全栓塞。

顯然實(shí)際手術(shù)導(dǎo)管前進(jìn)途徑進(jìn)行了變通：先逆血液流動(dòng)上行至主動(dòng)脈，經(jīng)主動(dòng)脈分支進(jìn)入頸總動(dòng)脈，到相應(yīng)的腦動(dòng)脈血管瘤部位，完成手術(shù)。

同樣也有經(jīng)頸部動(dòng)脈直接上行，到相應(yīng)的腦動(dòng)脈瘤部位。

可見，科學(xué)工作正是這樣不斷探索，不斷創(chuàng)新，綜合運(yùn)用多學(xué)科高科技手段。

5 證偽與日常生活接軌：感受“地氣”

科學(xué)探究源于生活，也應(yīng)服務(wù)于現(xiàn)實(shí)生活。所以科學(xué)探究無處不在，證偽也應(yīng)是日常生活中常態(tài)，為更積極、更主動(dòng)、更健康的生活保駕護(hù)航。

很多醫(yī)院，甚至著名醫(yī)院，人滿為患，每個(gè)坐診醫(yī)生每天接診很多個(gè)病人。有時(shí)候在來不及、沒有充分掌握病情狀況時(shí)診斷也會(huì)出錯(cuò)，而根據(jù)這些錯(cuò)誤的信息進(jìn)行的治療顯然對(duì)人們的身體有害，甚至貽誤最佳治療時(shí)機(jī)，危及生命。

教師提供資料：某患者暈倒兩次，每次都是頭痛欲裂，暈倒后四肢蜷曲振顫，小便失禁。在當(dāng)?shù)氐谝蝗嗣襻t(yī)院，做脊髓腰椎穿刺，排除細(xì)菌性腦膜炎的可能，做了CT檢查，查不出任何病因。恰巧那里核磁共振的機(jī)子壞了，腦外科的女主任高度懷疑是腦動(dòng)脈血管瘤。到上海，請華山醫(yī)院腦外科一海歸黃博士看看CT片子，診斷一下病情，黃博士判斷很可能是癲癇，但要等到癲癇發(fā)作時(shí)做腦電圖才能確診。

家屬查閱網(wǎng)絡(luò)、咨詢相關(guān)醫(yī)生，發(fā)現(xiàn)如果是腦動(dòng)脈血管瘤，那可是“腦部的不定時(shí)炸彈”——一旦破裂，危險(xiǎn)性極高。通過核磁共振加強(qiáng)型檢查：發(fā)現(xiàn)腦部中動(dòng)脈血管瘤?；颊呲s緊聯(lián)系醫(yī)院做微創(chuàng)介入手術(shù)，一周左右出院。

留心現(xiàn)代社會(huì)周圍的人和事，可以發(fā)現(xiàn)，有很多時(shí)候，人們不可能是所有方面的專門技術(shù)人才，但培養(yǎng)不斷進(jìn)行科學(xué)探究的習(xí)慣與能力，可以迅速提升自己的解決難題的能力，從無知到了解，甚至每個(gè)人都可以參與自己的生活抉擇，選擇最佳的、更積極、更主動(dòng)、更健康的生活方式方法，不做愚昧無知的科學(xué)文盲，不再被動(dòng)“挨打”，這才是科學(xué)探究證偽訓(xùn)練最終的現(xiàn)實(shí)目的。