類比推理在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與教學(xué)策略

王　薦

1類比推理的概念

所謂類比推理是指根據(jù)兩個(gè)對象的相似性從其中一個(gè)對象的已知特性推出另一個(gè)對象也具有該特性的認(rèn)知活動。它是一種不嚴(yán)格的推理，還必須接受實(shí)踐的檢驗(yàn)，但它是人類認(rèn)知方法之一。人們在探索生物奧秘的過程中，為了變未知為已知，往往借助于類比推理的方法。

例如達(dá)爾文創(chuàng)立進(jìn)化論就是類比推理的杰作，該學(xué)說最初有兩個(gè)來源：第一是將近代著名的地質(zhì)學(xué)家賴爾的地質(zhì)“均變論”思想類比于生物界的逐漸演變；第二個(gè)來源是將馬爾薩斯的人口理論類比于生物界的“物競天擇，適者生存”。又如米勒通過模擬原始地球的閃電現(xiàn)象，類比推理出原始生命的化學(xué)起源過程；美國微生物學(xué)家范尼爾通過研究紫硫細(xì)菌的光合作用，發(fā)現(xiàn)紫硫細(xì)菌利用H₂s和CO₂不生成氧，而是硫，他類比推導(dǎo)出光合作用釋放的氧來自于水而非CO₂。再如物理學(xué)家薛定諤從物理學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，把遺傳因子的突變類比為量子力學(xué)中的量子躍遷，把遺傳現(xiàn)象在親子之間的遺傳類比為密碼傳遞和復(fù)制。諾貝爾獎得主沃森和克里克等因此從薛定諤的類比中受到重大啟發(fā)，最終建立了DNA雙螺旋模型。所以康德說：“每當(dāng)理智缺乏可靠認(rèn)證思路時(shí)，類比這個(gè)方法往往指引我們前進(jìn)。”

《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》在能力方面明確提出學(xué)生要“根據(jù)證據(jù)做出合理判斷”及“聽取他人的意見，利用證據(jù)和邏輯對自己的結(jié)論進(jìn)行辯護(hù)以及做必要的反思和修改”的要求，其中就涉及到類比推理能力，那么類比推理能力在生物學(xué)教學(xué)中有哪些應(yīng)用?在教學(xué)中教師又應(yīng)如何培養(yǎng)學(xué)生的類比推理能力呢?

2類比推理能力在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1促進(jìn)創(chuàng)造性思維的形成

類比推理的結(jié)論具有一定的或然性，但正由于這種或然性的存在，才開辟了思維的新空間。在生物學(xué)教學(xué)中，教師利用學(xué)生已掌握的知識，并提供必要的信息資源，對學(xué)生進(jìn)行類比推理能力的培養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生敢想、會想的品質(zhì)，逐步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維。例如在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的對照原則和單因子變量原則，其基本思維方法就是類比。

2007年上海生物高考第41題要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)方案，探究酸雨對陸生植物的影響。由于題中提供了五套實(shí)驗(yàn)裝置，所以學(xué)生能得出解題思路：將實(shí)驗(yàn)裝置分為實(shí)驗(yàn)組和對照組，向四套實(shí)驗(yàn)裝置的容器中充人不同量的SO₂氣體。對照組應(yīng)充人空氣，取長勢相同幼苗若干株放入各實(shí)驗(yàn)裝置容器內(nèi)，其余無關(guān)變量控制在相同的適宜條件下，然后實(shí)施實(shí)驗(yàn)，幾天后進(jìn)行類比分析。

又比如，在學(xué)習(xí)基因自由組合定律后，學(xué)生會遇到許多基因互作題中的新比例，像9：3：4、9：6：1……等，課堂上教師不可能窮盡各種基因互作的情況，這就需要學(xué)生運(yùn)用類比推理。從各種不同的比例中，尋找出9：3：3：1的原型，從而使學(xué)生創(chuàng)造性地分析問題與解決問題。在學(xué)習(xí)了標(biāo)志重捕法后，教師拿出了一大袋黃豆和一小袋赤豆，要求學(xué)生估算出黃豆的數(shù)量，學(xué)生經(jīng)過思考與討論。最終想出了用標(biāo)志重捕法類似的實(shí)驗(yàn)方法。在此過程中，教師未提示或少提示可聯(lián)系的信息，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維與輻合思維相結(jié)合，大膽想象，合理推測，創(chuàng)造性地從已學(xué)知識中發(fā)現(xiàn)可類比的對象，找出源問題與目標(biāo)問題中隱含的相似屬性，實(shí)現(xiàn)遷移，從而達(dá)到求解的目的，學(xué)生的創(chuàng)造性思維就能逐漸形成。

2.2強(qiáng)化學(xué)生記憶和理解知識

心理發(fā)展的本質(zhì)是個(gè)體通過同化和順應(yīng)日益復(fù)雜的環(huán)境而達(dá)到平衡的過程。其中同化過程就是學(xué)生利用已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)將新知識整合到自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，因此，在生物教學(xué)中，類比推理對認(rèn)識的橫向延展的連通顯出重要的作用。表面上似乎不相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容通過類比這個(gè)中介環(huán)節(jié)可以連結(jié)起來，由此及彼，舉一反三，逐步揭示固有的內(nèi)在規(guī)律與聯(lián)系，從而使學(xué)生獲得確切而易懂的直觀認(rèn)識。

通過類比學(xué)習(xí)，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)類比對象與學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的共性、差異和特殊性，能啟發(fā)學(xué)生的思維，使他加深對知識的理解，增強(qiáng)了學(xué)生的記憶。實(shí)踐證明，在學(xué)習(xí)抽象的、微觀的生物學(xué)知識時(shí)，類比往往能起到“四兩撥千斤”的作用，能真正地促進(jìn)學(xué)生對概念的理解與掌握。如教材中將細(xì)胞膜的功能用窗紗作了類比，提出了細(xì)胞膜的選擇性透過性功能，形象直觀地突破了這一教學(xué)難點(diǎn)。

2.3類比推理有助于學(xué)生的知識建構(gòu)

在教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生面對新知識尋找生活中的類比對象，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其分析概括能力和邏輯思維能力。例如學(xué)習(xí)生物分類時(shí)，教師要求學(xué)生思考界、門、綱、目、科、屬和種在生活中的類比對象，學(xué)生很快聯(lián)想到寄信時(shí)所寫的省市及街道門牌號碼，實(shí)現(xiàn)了類比映射，并能將它遷移到生態(tài)系統(tǒng)組成層次上(生物圈一生態(tài)系統(tǒng)——群落——種群——個(gè)體)；在學(xué)習(xí)細(xì)胞器功能時(shí)，教師將各細(xì)胞器比作不同車間；在學(xué)習(xí)自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散、主動運(yùn)輸時(shí)，類比于木材順流而下、鋼材裝船順流而下、鋼材裝船逆流而上；在學(xué)習(xí)伴性遺傳時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生將兩條性染色體類比于兩個(gè)等位基因，學(xué)生一下子領(lǐng)悟到伴性遺傳不過是基因分離定律的特例而已。這樣做就使深奧轉(zhuǎn)化為淺顯，抽象轉(zhuǎn)化為具體，未知的知識變得已知，使難點(diǎn)逐一化解，而且使新知識既有“似曾相識”的親切感，又有點(diǎn)陌生感，幫助學(xué)生建構(gòu)了自己的知識體系，奧蘇貝爾將這種類比的原型稱為“先行組織者”。所以教學(xué)中，教師要努力挖掘教材資源，充分利用學(xué)生熟悉的、易于掌握的宏觀現(xiàn)象或模型，來類比推理一些抽象的、微觀的、緩慢的生物學(xué)現(xiàn)象，使學(xué)生能借助直觀形象生動的類比對象，構(gòu)建新的知識生長點(diǎn)。

3學(xué)生類比推理能力的培養(yǎng)

3.1指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)用類比推理

人教版高中生物教材在培養(yǎng)學(xué)生推理能力方面做了周全的考慮，其中包括類比推理能力的培養(yǎng)，在教材中安排多處相關(guān)訓(xùn)練，如必修2中“請你運(yùn)用類比推理的方法，推斷基因與DNA長鏈的關(guān)系……”。必修3中實(shí)驗(yàn)“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)類比推理出生物體是如何維持pH穩(wěn)定的。遺傳教學(xué)中有許多可以運(yùn)用類比推理的例子。例如1對等位基因的個(gè)體產(chǎn)生2種配子，2對則有2x2種，依次類推，n對則有2ⁿ種配子；1對等位基因個(gè)體白交產(chǎn)生3種基因型后代：AA、Aa和aa，2對基因則有3×3種，教師對有3ⁿ種基因型后代。

在學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生將人體內(nèi)自我調(diào)節(jié)的概念模型類比推導(dǎo)出生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)概念模型，實(shí)現(xiàn)學(xué)科內(nèi)知識遷移，從而提高類比推理能力。

類比推理還可以聯(lián)系社會生活各個(gè)方面，例如從人類Y染色體都來源于6萬年前一個(gè)男性(Y染色體亞當(dāng))，人類線粒體基因都源于14萬年前一個(gè)女性(線粒體夏娃)，類比推導(dǎo)出人類最終將只有一個(gè)姓氏

(如果子女都姓父姓)。從生男生女概率類比推導(dǎo)出彩票并無中獎號碼規(guī)律之說，每張彩票完全是機(jī)率相等的獨(dú)立事件等等。

3.2指導(dǎo)學(xué)生在問題解決中學(xué)會類比推理

類比推理是一種思維方法，也是解決問題的重要工具。教師在教學(xué)中要通過設(shè)置特定的問題情境指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會合理類比，讓學(xué)生有更多的機(jī)會去探索目標(biāo)問題與源問題的相關(guān)程度，學(xué)會如何運(yùn)用類比推理解決問題。

在做完小球模擬基因分離定律實(shí)驗(yàn)后，教師拋出了一個(gè)問題：如何用拋硬幣來模擬基因分離定律?在學(xué)生苦思冥想時(shí)，教師提示學(xué)生，桶里的兩種球可以用什么來類比?學(xué)生頓悟：硬幣的兩面對應(yīng)于兩種小球，也對應(yīng)于個(gè)體產(chǎn)生的兩種不同基因的配子，只要用兩個(gè)硬幣即可模擬基因分離定律。師生當(dāng)場試驗(yàn)，硬幣都正面，視為AA，都反面，視為aa，一正一反，視為Aa。結(jié)果很快出來，它們的比例接近1：1：2，很好地解決了用硬幣模擬基因分離定律的問題。

又如2006年江蘇高考第33題：某患者一只眼球受傷導(dǎo)致晶狀體破裂，若不立即摘除，則另一只健康眼睛也將失明。其主要原因是流出的晶狀體蛋白進(jìn)入血液后成為_____，進(jìn)而使T淋巴細(xì)胞活化，同時(shí)使B淋巴細(xì)胞致敏，隨后由_____細(xì)胞分泌_____促進(jìn)致敏B淋巴細(xì)胞增殖分化成_______和________。產(chǎn)生的抗體將攻擊另一只眼球組織。由此引起的眼疾在免疫學(xué)上稱為_______病。此問題情境是考生從未遇到過的。但是通過課堂上學(xué)習(xí)過的抗原抗體等相關(guān)知識的類比，就可以找出同屬自身免疫病的共同點(diǎn)，再進(jìn)行類比推理，自然能得出此問題類似于體液免疫過程，答案昭然若揭。

3.3運(yùn)用多種方法訓(xùn)練學(xué)生的類比推理能力

類比推理能力的培養(yǎng)應(yīng)通過多種方法進(jìn)行，教師應(yīng)有意識地聯(lián)系生活實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用類比推理的思維能力。

例如學(xué)習(xí)了生物體內(nèi)反饋原理后，教師引導(dǎo)學(xué)生舉例說明人體內(nèi)還有哪些反饋例子，日常生活中有哪些反饋例子。學(xué)生從冰箱聯(lián)想到空調(diào)，從商品產(chǎn)量聯(lián)想到商品價(jià)格，發(fā)現(xiàn)它們都蘊(yùn)含著反饋調(diào)節(jié)的原理。仿生學(xué)更是訓(xùn)練學(xué)生類比推理能力的好材料。從鳥巢到奧體中心，從貝殼到悉尼歌劇院，從人腦到電腦，不性枚舉。專家認(rèn)為，提高學(xué)生類比推理能力還要從指導(dǎo)和訓(xùn)練學(xué)生對問題進(jìn)行有效識別、指導(dǎo)和訓(xùn)練學(xué)生正確的表征問題、指導(dǎo)和訓(xùn)練學(xué)生發(fā)生正確聯(lián)想等方面人手。學(xué)生面對新的問題情境往往不知道使用哪種方法，遷移就不能發(fā)生，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會識別問題，區(qū)分問題的種類，從題目中尋找與已學(xué)知識相關(guān)的屬性，從而運(yùn)用已學(xué)知識解決新問題。頭腦風(fēng)暴和直覺思維訓(xùn)練是有效提高創(chuàng)造性思維的好方法。它們能激發(fā)靈感，引起創(chuàng)造性思維的連鎖反應(yīng)，而不經(jīng)過明顯的中間推理過程，就能得出結(jié)論，它也是一種類比推理的應(yīng)用。例如可以圍繞提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行頭腦風(fēng)暴討論，只說不評論，學(xué)生的思維就此激發(fā)，多角度、新穎、獨(dú)特的想法層出不窮，同學(xué)的想法進(jìn)一步啟發(fā)了更多學(xué)生的深度思考，思維能力得到了培養(yǎng)。

4學(xué)習(xí)類比推理的注意點(diǎn)

類比推理作為一種非必然性推理，這是它的短處，它的正確與否還要接受實(shí)踐檢驗(yàn)。在許多情況下類比物與目標(biāo)之間是非對應(yīng)關(guān)系，這樣的結(jié)論就是錯(cuò)誤的。

例如許多學(xué)生將雞蛋機(jī)械地類比于一個(gè)細(xì)胞，蛋殼膜是細(xì)胞膜，蛋清是細(xì)胞質(zhì)，蛋黃是細(xì)胞核；還有學(xué)生將試管嬰兒類比于試管苗，誤認(rèn)為試管嬰兒生長于試管；更有學(xué)生望文生義將語文學(xué)習(xí)中的顧名思義遷移于生物學(xué)學(xué)習(xí)，誤認(rèn)為反射類似于物理學(xué)中的光反射，生物競爭類似人類社會的競爭，同源染色體是來源相同的染色體等。這就需要教師引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，明晰知識體系，加強(qiáng)問題解決訓(xùn)練，在學(xué)習(xí)中加強(qiáng)自我反思、自我評價(jià)與自我監(jiān)控，學(xué)生的類比推理能力才會得到有效提高。