例析推理能力的培養(yǎng)

高躍才+林華云

新課程改革的基本理念之一是倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)?！镀胀ǜ咧猩镎n程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》對發(fā)展高中學(xué)生的科學(xué)探究能力提出了多個(gè)方面的要求，其中包括：作出假設(shè)和預(yù)期；根據(jù)證據(jù)作出合理判斷；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)以及作必要的反思和修改。

學(xué)生要作出合理假設(shè)，需要根據(jù)掌握的科學(xué)知識和生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S、想象等。同樣，學(xué)生要作出合理預(yù)期，需要根據(jù)假設(shè)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S。學(xué)生要能根據(jù)證據(jù)作出合理判斷，只有恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用證據(jù)和邏輯思維，才能對探究的問題的因果關(guān)系作出正確的判斷，從而得出合理結(jié)論。學(xué)生在辯護(hù)自己的結(jié)論時(shí)，也需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S。邏輯思維的方法包括系統(tǒng)分析法、數(shù)學(xué)方法、模型方法、分析和綜合、演繹、類比和歸納。其中，歸納、演繹和類比則屬于推理的三種重要類型。可見，培養(yǎng)學(xué)生的推理能力屬于發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力的重要內(nèi)容之一。

推理是指由一個(gè)或幾個(gè)已知的判斷（前提），推導(dǎo)出一個(gè)未知的結(jié)論的思維過程。進(jìn)行探究活動時(shí)，學(xué)生可以利用已有的知識基礎(chǔ)，通過觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查或者模擬得到的證據(jù)，進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评?，得出結(jié)論，而結(jié)論往往就是學(xué)生要獲取的知識。推理一般可分為三類：演繹推理、歸納推理和類比推理。

演繹推理是指前提蘊(yùn)涵結(jié)論的推理，是一種由一個(gè)或若干個(gè)前提可以必然地推出結(jié)論的過程，如果前提是真實(shí)的，結(jié)論也必定是真實(shí)的。如，所有細(xì)胞生物都有DNA和RNA，細(xì)菌是由原核細(xì)胞構(gòu)成，所以細(xì)菌有DNA和RNA。又如，人教版必修2教材中：達(dá)爾文提出自然選擇學(xué)說所進(jìn)行的演繹。

歸納推理是以個(gè)別性知識為前提而推出一般性結(jié)論的推理，前提是一些關(guān)于個(gè)別事物或現(xiàn)象的判斷，而結(jié)論是關(guān)于該事物或現(xiàn)象的普遍性判斷。如，細(xì)菌有DNA和RNA，真菌細(xì)胞有DNA和RNA，動植物細(xì)胞有DNA和RNA，所以所有細(xì)胞生物都有DNA和RNA。

類比推理則是指根據(jù)兩個(gè)或兩類對象有部分屬性相同，從而推導(dǎo)出它們之間到其他屬性也相同的推理。如，原核細(xì)胞有DNA和RNA，以DNA為遺傳物質(zhì)，真核細(xì)胞也有DNA和RNA，所以真核細(xì)胞也以DNA為遺傳物質(zhì)。

下面通過教材處理和習(xí)題講評的一些實(shí)例，闡述培養(yǎng)學(xué)生推理能力的一些方法。

1 教材處理

【例1】 豌豆雜交實(shí)驗(yàn)（一）假說——演繹法。

孟德爾在這種科學(xué)研究方法中嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡\(yùn)用了演繹推理，推導(dǎo)出F1的遺傳組成和它能產(chǎn)生的配子種類及其比例。但推理過程在哪里呢？學(xué)生能從教材中看到的，除了“是什么原因?qū)е逻z傳性狀在雜種后代中按一定的比例分離呢？”的引導(dǎo)性問題之外，就是孟德爾提出的假說內(nèi)容了。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師如果忽略或拋棄孟德爾建立在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的分析和推理，而純粹地介紹實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和講述假說本身，學(xué)生是并不清楚到底推理的過程在哪里，又是怎么進(jìn)行的。這樣不利于學(xué)生對知識的理解。其實(shí)教師在處理教材時(shí)，可以先介紹孟德爾通過單獨(dú)對豌豆7對相對性狀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和歸納，發(fā)現(xiàn)：①無論正交還是反交，F(xiàn)1總表現(xiàn)為顯性（如高莖）；②F1自交產(chǎn)生的F2出現(xiàn)性狀分離，分離比為3：1（如高莖：矮莖=3：1）?！笆鞘裁丛?qū)е逻z傳性狀在雜種后代中按一定的比例分離呢？”孟德爾帶著這個(gè)問題，根據(jù)他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出以下假設(shè)：“生物的性狀由遺傳因子控制…每個(gè)因子決定一種特定的性狀、顯性基因、隱性基因……”然后引導(dǎo)學(xué)生站在孟德爾的角度去思考問題：

（1） 那么根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和上述假設(shè)，孟德爾首先可以得出的結(jié)論是什么呢？教師以此引導(dǎo)學(xué)生思考，并得出“F1的遺傳組成應(yīng)該是Dd”的結(jié)論。

（2） 既然“F1的遺傳組成應(yīng)該是Dd”，那么是不是可以得出“體細(xì)胞中遺傳因子是成對存在的”的結(jié)論呢？

（3） 既然“體細(xì)胞中遺傳因子是成對存在的”，豌豆自然狀態(tài)下一般又都是純種，是不是可以確定親本的遺傳組成：高莖為DD，矮莖為dd呢？

（4） 既然“高莖為DD，矮莖為dd“，“F1的遺傳組成應(yīng)該是Dd”，親本產(chǎn)生的花粉細(xì)胞和卵細(xì)胞的遺傳組成又應(yīng)該是什么樣的呢？教師以此引導(dǎo)學(xué)生推理得出“生物體形成生殖細(xì)胞時(shí)，成對的遺傳因子彼此分離分別進(jìn)入不同的配子中，配子中只含有每對遺傳因子中的一個(gè)”的結(jié)論。

（5） 由上述結(jié)論可進(jìn)一步推出：F1（Dd）自交時(shí)，可以產(chǎn)生兩種類型的花粉細(xì)胞（D、d）和兩種類型的卵細(xì)胞（D、d），那么它們的比例應(yīng)該分別是什么樣的，又是怎樣結(jié)合，才會出現(xiàn)“F1自交產(chǎn)生的F2出現(xiàn)性狀分離，分離比為3∶1”呢？然后告訴學(xué)生，孟德爾推導(dǎo)到這里，類比二項(xiàng)式定理，得出“F1產(chǎn)生兩種花粉細(xì)胞（D=d）、兩種卵細(xì)胞（D=d）并且受精時(shí)，雌雄配子的結(jié)合是隨機(jī)的”的結(jié)論。

這樣，學(xué)生既可以體驗(yàn)演繹過程，還能想到按當(dāng)時(shí)的科學(xué)發(fā)展水平，直接通過觀察證明（1）的假設(shè)是不可能的，而孟德爾巧妙地設(shè)計(jì)了測交，實(shí)際上是驗(yàn)證由他的假設(shè)進(jìn)一步演繹出來的推論，即“F1是Dd，可以產(chǎn)生兩種類型的配子，測交后代應(yīng)該是高莖∶矮莖=1∶1”。只要這個(gè)推論驗(yàn)證正確，假設(shè)也正確。

【例2】 運(yùn)用類比推理和歸納推理總結(jié)滲透作用的內(nèi)容。

教師結(jié)合問題探討的演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出有關(guān)滲透作用發(fā)生的兩個(gè)條件時(shí)，強(qiáng)調(diào)半透膜之所以具有半透性，是因?yàn)椴ＡЪ埳系目讖胶苄?，水分子可以透過，蔗糖分子則不能。然后在“細(xì)胞的吸水和失水”中，提出以下問題引導(dǎo)學(xué)生思考：

（1） 從教材P60圖4-1看到，紅細(xì)胞可以吸水和失水。那這個(gè)現(xiàn)象是不是也通過滲透作用發(fā)生的呢？教師以此問題引導(dǎo)學(xué)生利用滲透作用發(fā)生的2個(gè)條件進(jìn)行判斷。

（2） 紅細(xì)胞內(nèi)外隔著一層細(xì)胞膜，能不能把它看成是一層半透膜呢？教師以此問題引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材P61思考與討論的問題1思考，可得出細(xì)胞膜和玻璃紙具有共同的屬性——半透性，以及“紅細(xì)胞的吸水和失水也是通過滲透作用”的結(jié)論。endprint

（3） 其他動物細(xì)胞也有細(xì)胞膜，那是不是只要細(xì)胞內(nèi)外存在濃度差，也可以發(fā)生滲透吸水或失水呢？教師引導(dǎo)學(xué)生注意教材的結(jié)論。

（4） 毛細(xì)血管壁由單層扁平細(xì)胞組成，毛細(xì)血管內(nèi)外的水分子運(yùn)輸是不是也通過滲透作用呢？教師引導(dǎo)學(xué)生分析這個(gè)過程水分子穿過了一層細(xì)胞（即兩層膜及其之間的細(xì)胞質(zhì)）

（5） 動物細(xì)胞膜具有半透性，細(xì)菌細(xì)胞膜呢以及植物細(xì)胞膜是否也具有此特性？

（6） 成熟植物細(xì)胞具有的原生質(zhì)層（強(qiáng)調(diào)細(xì)胞膜和液泡膜及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)）可不可以也看成是一層半透膜呢？教師以此問題引導(dǎo)學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論。

【例3】 運(yùn)用歸納推理總結(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的結(jié)論。

在證明“DNA是遺傳物質(zhì)”的兩個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家所用的材料分別是肺炎雙球菌和噬菌體——兩種都含有DNA的生物，所以兩個(gè)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論都是：“DNA是遺傳物質(zhì)”。然而，正如本節(jié)標(biāo)題所示——“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”，如果教師在介紹兩個(gè)實(shí)驗(yàn)之后，沒有引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步歸納，而直接用教材中“絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，少數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是RNA”的結(jié)論告訴學(xué)生，很多學(xué)生是無法對上述兩句話充分理解的。顯然要通過實(shí)驗(yàn)一種一種地證明“DNA是不是遺傳物質(zhì)”是不可能的。所以，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行不完全歸納，例如在介紹兩個(gè)實(shí)驗(yàn)之后，可以向?qū)W生提出以下問題：

（1） 結(jié)合必修1所學(xué)知識想一想，為什么DNA能夠作為遺傳物質(zhì)？教師可引導(dǎo)學(xué)生從DNA特有的結(jié)構(gòu)回答。

（2） 既然這樣，含有DNA的生物是不是都通過DNA攜帶遺傳信息傳遞給子代？

（3） 那么，自然界中有哪些生物含有DNA呢？教師引導(dǎo)學(xué)生回顧自然界生物的兩大種類：非細(xì)胞生物和細(xì)胞生物。

最后可引導(dǎo)學(xué)生歸納出“凡是含有DNA的生物，DNA是遺傳物質(zhì)”、“絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA”、“所有細(xì)胞生物的遺傳物質(zhì)是DNA”等結(jié)論。

2 習(xí)題講評

【例4】 （2011泉州質(zhì)檢理科綜合）某種綿羊有角（H）對無角（h）為顯性。某科研機(jī)構(gòu)利用純種綿羊進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)1、2，結(jié)果如表1，請分析回答。

（1） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

① 控制綿羊有角、無角的等位基因（H、h）位于

染色體上。

② F1雌、雄羊基因型為 ；

（2） 請寫出F2無角雌羊的基因型及比例 。

（3） 若需進(jìn)行測交實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證上述有關(guān)推測時(shí)，既可讓F1有角雄羊與多只純種無角雌羊雜交，也可

，預(yù)期測交子代雌、雄羊的表現(xiàn)型及比例為 。

解析：首先引導(dǎo)學(xué)生以親本都為“純種綿羊”和已有的知識基礎(chǔ)——“控制性狀的基因有的分布在常染色體上，有的分布在性染色體上”（細(xì)胞質(zhì)遺傳高中階段不作要求），進(jìn)行如下分析：

若位于常染色體，則：①正交：♀顯性HH×♂隱性aa→全顯Hh（其中♀=♂）；

② 反交：♀隱性hh×♂顯性HH→全顯Hh（其中♀=♂）。

結(jié)論1：無論正交還是反交，產(chǎn)生的子代都一樣，不表現(xiàn)出與性別相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象。

若位于X染色體，則：①正交：♀顯性XHXH×♂隱性XhY→全顯（♀XHXh=♂XHY）；

②反交：♀隱性（XhXh）×♂顯性（XHY）→顯（♀XHXh）=隱（♂XhY）。

結(jié)論2：正交和反交產(chǎn)生的子代不一樣，表現(xiàn)出與性別相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象。

然后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行如圖1所示的演繹：

如上述推理正確，學(xué)生必然會產(chǎn)生疑問：雜合子雄羊表現(xiàn)為有角，雜合子雌羊卻表現(xiàn)為無角？這個(gè)疑問不就是“假說”嗎？教師再進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生以這個(gè)“假說”和F2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為前提進(jìn)一步演繹如圖2所示。

不難發(fā)現(xiàn)，用這個(gè)假說來解釋F2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是解釋得通的。所以最后就是驗(yàn)證，即讓F1有角雄羊與隱性純合子（多只純種無角雌羊hh）測交，或者多只F1無角雌羊與隱性純合子（無角雄羊）測交。

答案：（1）①常 ②Hh

（2）Hh∶hh=2∶1

（3）多只F1無角雌羊與無角雄羊雜交 雄羊既有有角又有無角，比例為1∶1雌羊全為無角

總之，要達(dá)到使學(xué)生學(xué)會進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评?，獲取相關(guān)知識的教學(xué)目標(biāo)，不是一件可以一蹴而就的事，教師要善于挖掘課堂教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成羅列和整理“前提”的習(xí)慣。endprint