El "método de hipótesis-deducción" y su importante papel en el desarrollo de las ciencias naturales.
Las hipótesis científicas se basan en ciertos materiales empíricos y hechos científicos conocidos, guiadas por algunas teorías científicas y técnicas. métodos, es una explicación especulativa (o conjetura, conjetura). [1] Cuando las personas proponen hipótesis, a menudo utilizan métodos de pensamiento e investigación como el análisis y la síntesis, la inducción y la deducción, la analogía y la imaginación para procesar materiales empíricos existentes. Por ejemplo, Darwin, el fundador de la teoría de la evolución, vio las mismas plantas de pantano de agua dulce en dos islas muy alejadas. Planteó la hipótesis de que la razón por la que estas plantas de agua dulce pudieron cruzar el océano y echar raíces en otra isla fue porque las aves acuáticas. los llevó allí. Sus semillas fueron llevadas a otra isla. Posteriormente, Darwin probó su hipótesis mediante experimentos.
Desde el modelo general de actividad científica, la hipótesis es un vínculo necesario con la teoría científica. La tarea principal de la investigación científica y la teoría científica es explicar tentativamente las experiencias y hechos existentes y hacer predicciones sobre experiencias y hechos futuros. La hipótesis científica es la forma básica de pensamiento que realiza tales explicaciones y predicciones tentativas.
Las hipótesis deben ser probadas por la práctica científica antes de que puedan convertirse en teorías científicas. La contrastabilidad de una hipótesis está estrechamente relacionada con la posibilidad de su desarrollo deductivo. Lo que se prueba mediante la observación y el experimento a menudo no es la hipótesis en sí, sino la inferencia de la hipótesis, es decir, la inferencia que se deriva lógicamente de la hipótesis para describir fenómenos o eventos individuales. Por ejemplo, Mendel realizó un experimento híbrido con guisantes sobre un par de rasgos opuestos y observó el fenómeno de la segregación de rasgos. Propuso la famosa hipótesis de la herencia granular en la historia de la genética para explicar la causa de la segregación de rasgos. Esta hipótesis propone que los rasgos relativos de los organismos están determinados por factores genéticos que tienen una relación sexual; los factores genéticos existen en pares en las células somáticas; cuando los organismos forman gametos, los factores genéticos emparejados se separan entre sí y entran en gametos diferentes; la unión de gametos masculinos y femeninos es aleatoria. En las condiciones de la época, Mendel no podía probar directamente su hipótesis mediante observación microscópica y sólo podía confiar en métodos experimentales para probar las inferencias deducidas de la hipótesis (ver más abajo).
La deducción es un método de razonamiento lógico de lo general a lo específico. El razonamiento deductivo es lo opuesto al razonamiento inductivo. Es una forma científica de pensar y un método de investigación científica que parte de ciertos principios generales, teoremas, reglas, axiomas o conceptos científicos conocidos para deducir nuevas conclusiones. [2] Es decir, el conjunto B tiene un determinado atributo y a es miembro del conjunto B, por lo que a también tiene este atributo. Por ejemplo, los seres vivos pueden realizar el metabolismo. Los osos son seres vivos, por lo que los osos pueden realizar el metabolismo.
El "método de deducción de hipótesis" consiste en plantear preguntas basadas en la observación y el análisis, proponer hipótesis para explicar los problemas a través del razonamiento y la imaginación, realizar un razonamiento deductivo basado en las hipótesis y luego probar las conclusiones de Razonamiento deductivo a través de experimentos. Si los resultados experimentales son consistentes con la conclusión esperada, se demuestra que la hipótesis es correcta; de lo contrario, se demuestra que la hipótesis es incorrecta. Se puede observar que el razonamiento deductivo es una especie de razonamiento de inevitabilidad, es decir, un proceso de razonamiento o forma de razonamiento que inevitablemente puede deducir una conclusión a partir de una o varias premisas. El modelo deductivo de hipótesis más popular en la actualidad se puede diagramar de la siguiente manera: P...H∝Oc→Hc[3]. El significado es: una determinada investigación parte de la solución de un problema (P), y mediante el razonamiento lógico o la imaginación (...), deriva una hipótesis (H), de la cual se deduce (∝) un enunciado observable necesario para ser contrastado. (Oc ), si se demuestra que estas afirmaciones son correctas, se llega a una conclusión confirmada (Hc) (→).
El "método de deducción de hipótesis" es un método científico comúnmente utilizado en la investigación científica moderna. El "método de deducción de hipótesis" se considera un método ideal para construir teorías científicas y algunos también lo consideran el modelo básico para el crecimiento del conocimiento científico. El proceso de Newton para establecer la teoría del color de la luz es un ejemplo del uso del "método de deducción de hipótesis". El proceso de proponer y verificar la teoría general de la relatividad de Einstein y la propuesta de Kekulé sobre la estructura de anillo de las moléculas de benceno son casos típicos del "método de deducción de hipótesis". En el proceso de desarrollo de la genética, existen muchos casos de "deducción de hipótesis".
Los materiales del módulo "Herencia y evolución" que se pueden utilizar para la enseñanza de "hipótesis-deducción"
Antes del siglo XIX, los científicos utilizaban principalmente métodos como experimentos y observaciones para Estudiar genética. Acumular materiales empíricos, resumir y generalizar a partir de ellos, y finalmente abstraer una teoría o doctrina, es decir, utilizar el método inductivo.
El "método de deducción de hipótesis" consiste en descubrir problemas, proponer hipótesis y luego diseñar experimentos para verificar las hipótesis a partir del análisis de fenómenos objetivos o resultados experimentales. Este método permite que los resultados de la investigación en genética superen el desarrollo de la ciencia. tiempo y promover la investigación científica. Los nuevos descubrimientos de la genética han transformado la genética de una ciencia descriptiva en una ciencia de deducción racional y verificación experimental. El "método de deducción de hipótesis" ha desempeñado un papel importante en el desarrollo de la genética. Por lo tanto, al enseñar el módulo "Herencia y evolución", los profesores deben aprovechar al máximo los materiales relacionados con la genética para aplicar el "método de deducción de hipótesis". educación para mejorar la alfabetización en ciencias biológicas de los estudiantes. A continuación se incluyen algunos materiales importantes para referencia de los profesores.
Material 1 Experimento de hibridación de guisantes de Mendel. A mediados del siglo XIX, Mendel realizó una gran cantidad de experimentos de hibridación con guisantes. En el proceso de observación, registro y análisis estadístico matemático de los resultados experimentales, descubrió que una cierta proporción de rasgos estaban segregados en la descendencia híbrida. , y dos o más pares eran opuestos entre sí. En el experimento de hibridación de rasgos, apareció una combinación libre de diferentes rasgos en la segunda generación de neutrones. Propuso hipótesis mediante un razonamiento riguroso y una imaginación audaz, y dio explicaciones provisionales para el fenómeno de la separación de personajes y la libre combinación de diferentes personajes. Luego diseñó inteligentemente un experimento cruzado de prueba para probar la hipótesis. El experimento cruzado de prueba no puede verificar directamente la hipótesis en sí, pero verifica la inferencia deducida de la hipótesis, es decir: si la hipótesis de que los factores genéticos determinan los rasgos biológicos es verdadera, entonces, Según la hipótesis, los resultados experimentales cruzados de la prueba se pueden deducir y predecir teóricamente; luego, los datos obtenidos del experimento se comparan con los valores derivados teóricamente. Si los dos son consistentes, la hipótesis es correcta; la hipótesis es errónea. Por supuesto, el proceso de prueba práctica de hipótesis es muy complicado y el problema no puede explicarse con sólo uno o dos experimentos. De hecho, muchos de los experimentos de Mendel obtuvieron resultados similares. Posteriormente, varios científicos hicieron muchas observaciones similares a los experimentos de Mendel. Después de que una gran cantidad de experimentos verificaron la autenticidad de la hipótesis de Mendel, la hipótesis de Mendel finalmente se convirtió en una teoría clásica de la genética. Sabemos que el razonamiento deductivo es una forma importante de razonamiento en la argumentación científica. ¿Por qué la coherencia de la prueba entre valores experimentales y valores derivados teóricamente puede demostrar que la hipótesis es correcta? Resulta que los fenotipos y las proporciones de la descendencia cruzada de prueba reflejan verdaderamente los tipos y proporciones de gametos producidos en la generación de la descendencia. Según los tipos de gametos de la generación de la descendencia, se puede deducir su composición genética. Revelar este misterio juega un papel en. El proceso de argumentación del razonamiento deductivo es el broche de oro. Si no se revela este misterio, será difícil que los estudiantes comprendan la naturaleza científica y el rigor del "método de deducción de hipótesis", y aún así conocerán las conclusiones extraídas. mediante razonamiento deductivo.
Material 2 En 1900, tres científicos redescubrieron el trabajo de Mendel y la comunidad genética comenzó a darse cuenta de la importancia de la teoría de la herencia de Mendel. Si el factor genético postulado por Mendel, el gen, existe, ¿dónde está exactamente? En 1903, el genetista estadounidense Sutton descubrió que la separación de un par de factores genéticos, o alelos, según la hipótesis de Mendel, era muy similar a la separación de cromosomas homólogos en la meiosis. Basándose en el aparente paralelo entre el comportamiento de los genes y los cromosomas, Sutton planteó la hipótesis de que los genes se transmiten de padres a hijos mediante los cromosomas, es decir, los genes se encuentran en los cromosomas. El genetista estadounidense Morgan una vez dejó claro que no creía en la teoría de la herencia de Mendel y también dudaba de la hipótesis de Sutton. Más tarde, realizó una gran cantidad de experimentos con híbridos de moscas de la fruta, utilizando experimentos para combinar un gen específico con un cromosoma específico: el X. Los cromosomas estaban vinculados, confirmando así la hipótesis de Sutton. De esto se puede ver que el proceso de explorar la relación entre genes y cromosomas es también un proceso de deducción de hipótesis.
Material 3 La propuesta y confirmación de la estructura molecular del ADN y el método de replicación, así como la propuesta y confirmación de todo el dogma central, son todos casos del "método de deducción de hipótesis". Tomemos, por ejemplo, el esclarecimiento de cómo se replica la molécula de ADN. El biólogo estadounidense Watson y el físico británico Crick escribieron al final del famoso artículo que publicó la estructura de doble hélice de la molécula de ADN: "Después de proponer la idea del emparejamiento de bases específicas, inmediatamente propusimos la idea de la herencia". Un posible mecanismo para la replicación de la materia." Luego publicaron un segundo artículo, proponiendo la hipótesis de la autorreplicación del material genético: cuando la molécula de ADN se replica, la doble hélice se desenrolla y las dos hebras individuales desenredadas sirven como plantillas. Las hebras se forman según el principio de emparejamiento de bases complementarias, por lo que cada nueva molécula de ADN retiene una hebra de la molécula de ADN original. Este tipo de replicación se llama replicación semiconservante.
En 1958, los científicos utilizaron E. coli como material experimental y diseñaron un ingenioso experimento utilizando el marcaje de isótopos. Los resultados experimentales fueron consistentes con los fenómenos esperados deducidos en base a la hipótesis, confirmando que el ADN efectivamente se replica de manera semiconservadora.
Material 4 El desciframiento del código genético es otro acontecimiento importante en el desarrollo de la genética moderna tras la propuesta del modelo de estructura de doble hélice del ADN. Desde que se propuso el modelo de estructura de doble hélice del ADN en 1953, los científicos han llevado a cabo una serie de exploraciones para descifrar el código genético. Gamow, un físico soviético estadounidense, propuso la idea de que tres bases codifican un aminoácido. A través de una gran cantidad de experimentos, Crick y sus colegas utilizaron el bacteriófago T4 como material para estudiar el impacto del aumento o disminución de las bases de un determinado gen en la proteína que codifica. Los resultados mostraron que solo podían ser 3 de las genéticas. codifica. Una base codifica 1 aminoácido. Sin embargo, sus experimentos no pudieron explicar qué aminoácido correspondía a un código compuesto por tres bases. Dos jóvenes biólogos estadounidenses, Nirenberg y Matthew, cambiaron sus ideas de diseño, diseñaron experimentos inteligentemente y descifraron con éxito el primer código genético. Durante los siguientes seis o siete años, los científicos descifraron todo el código genético y compilaron una tabla de codones.
Se puede ver en los materiales anteriores que el "método de deducción de hipótesis" no solo es un método importante en la investigación genética clásica, sino que también juega un papel muy importante en el desarrollo de la genética moderna. Debido a esto, los estándares del plan de estudios de biología de la escuela secundaria requieren que los estudiantes comprendan el "método de deducción de hipótesis" en el módulo "Herencia y evolución" de Biología 2. Por lo tanto, en la enseñanza, no sólo debemos guiar a los estudiantes para que adquieran conocimientos y habilidades, sino también guiarlos para que experimenten el proceso de formación de conocimientos, comprendan la forma en que piensan los científicos y fortalezcan la formación en métodos científicos.