基于“類比推理”法的習(xí)題課教學(xué)

吳孝良 魏金萍

(安徽省六安市霍邱縣第二中學(xué) 六安 237400)

1 教材分析及設(shè)計(jì)理念

人教版生物學(xué)教材(必修2)在講述類比推理時(shí)將光和聲音進(jìn)行類比，兩者都具有直線傳播、反射和折射等現(xiàn)象，而聲音具有波動(dòng)性，于是就推測(cè)出光也具有波動(dòng)性。但如果就此說(shuō)薩頓利用了類比推理，得出基因在染色體上，就比較牽強(qiáng)。因此，較多教師的公開課中類比推理都是一帶而過(guò)，造成了學(xué)生并不能真正理解類比推理方法，也錯(cuò)過(guò)了對(duì)這一非常重要的科學(xué)方法的學(xué)習(xí)和理解。類比推理作為科學(xué)研究中常用的方法之一，教師可探究多種教學(xué)方式，讓學(xué)生理解和掌握類比推理法。因此，筆者嘗試?yán)昧?xí)題課教學(xué)，幫助學(xué)生更好地理解類比推理這種科學(xué)方法。以期提高課堂教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究精神。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 創(chuàng)設(shè)情境，介紹新知 類比推理如果作為純粹的邏輯用語(yǔ)，其含義是“由兩個(gè)事物的某些屬性相同，推論它們?cè)诹硪粚傩陨弦部赡芟嗤囊环N間接推理”。類比推理用邏輯形式表述如下： A對(duì)象具有性質(zhì)a、 b、 c、 d；B對(duì)象具有性質(zhì)a、 b、 c；所以，B對(duì)象也具有性質(zhì)d。

設(shè)計(jì)意圖： 跨學(xué)科地介紹新知識(shí)，有利于激發(fā)學(xué)生探究欲。介紹類比推理法，也是對(duì)教材更好地補(bǔ)充；同時(shí)給學(xué)生在概念上進(jìn)行理性分析。

2.2 對(duì)比薩頓假說(shuō)，有了新發(fā)現(xiàn) 在教材中第28頁(yè)對(duì)類比推理的介紹中提到了“光與聲進(jìn)行類比后，得出光可能具有波動(dòng)性”，這個(gè)推理過(guò)程完全符合類比推理的邏輯公式。薩頓假說(shuō)過(guò)程如下(圖1)：

圖1 薩頓假說(shuō)示意圖

結(jié)合如下問(wèn)題并由學(xué)生談?wù)剬?duì)薩頓假說(shuō)的理解： ①推理過(guò)程中，將誰(shuí)和誰(shuí)做了比較，兩者有什么關(guān)系？②兩者有哪些類似？得到什么結(jié)論？③對(duì)這一結(jié)論有什么評(píng)價(jià)？薩頓假說(shuō)的意義是什么？

總結(jié)： 薩頓的推理過(guò)程中，將基因和染色體做了比較，是放在配子形成過(guò)程中的比較，兩者是平行關(guān)系。人教版教材列出平行關(guān)系有4條，分別是： 基因和染色體的完整性和獨(dú)立性、減數(shù)分裂過(guò)程中的行為變化、均是來(lái)自父方和母方、都存在分離和自由組合等。得到的結(jié)論是：“基因在染色體上”。薩頓假說(shuō)的意義在于，在回答“基因在哪”的問(wèn)題上，猶如茫茫大海中樹立了一座燈塔，給后來(lái)科學(xué)家尋找基因是什么和基因的結(jié)構(gòu)等重大科學(xué)問(wèn)題的答案指出方向。不過(guò)，細(xì)心的學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)： 薩頓假說(shuō)的推理過(guò)程并不符合邏輯上的類比推理，而是運(yùn)用了歸納推理和邏輯推理，可歸納為科學(xué)推理方法。隨后展示例1，加深學(xué)生對(duì)這一科學(xué)方法的理解。

例1 已知果蠅的體細(xì)胞內(nèi)有4對(duì)同源染色體，根據(jù)薩頓的假說(shuō)，關(guān)于該動(dòng)物減數(shù)分裂產(chǎn)生配子的說(shuō)法正確的是( )

A. 果蠅的精子中含有成對(duì)的基因

B. 果蠅的體細(xì)胞只含有一個(gè)基因

C. 果蠅的4對(duì)同源染色體上含有的基因可以同時(shí)來(lái)自父方，也可以同時(shí)來(lái)自母方

D. 在體細(xì)胞中，基因是成對(duì)存在的，在配子中成對(duì)的基因只有一個(gè)

分析： 減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體是成對(duì)存在的，形成配子時(shí)只含有同源染色體中的一條?；蛟谌旧w上，果蠅的體細(xì)胞中含有4對(duì)染色體，絕不只是含有一個(gè)基因，成對(duì)的同源染色體一條來(lái)自父方，一條來(lái)自母方，體細(xì)胞中成對(duì)的基因一個(gè)來(lái)自父方，一個(gè)來(lái)自母方。這種解題思路是基于將基因和染色體進(jìn)行了類比，推測(cè)出位于染色體上的基因，在減數(shù)分裂過(guò)程中應(yīng)該具有同源染色體相似的行為。本題的A、 C和D選項(xiàng)的判斷利用到類比推理法。

設(shè)計(jì)意圖： 通過(guò)比較讓學(xué)生對(duì)類比推理過(guò)程有更深層次的認(rèn)識(shí)，知道比較項(xiàng)是什么，與得出的結(jié)論有什么關(guān)系，可幫助學(xué)生對(duì)類比推理有更直觀的認(rèn)識(shí)。比較后得到的結(jié)論有了新的發(fā)現(xiàn)： 薩頓假說(shuō)得出結(jié)論時(shí)并不完全是類比推理。由此可培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的精神，這是本節(jié)課一個(gè)“意外”的收獲。并通過(guò)該例題，給學(xué)生展示類比推理的過(guò)程。

2.3 運(yùn)用已有知識(shí)，構(gòu)建新的知識(shí) 這種科學(xué)推理方法在已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)體系中還有哪些運(yùn)用呢？讓學(xué)生回憶之前學(xué)習(xí)的科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，有哪些是屬于類比推理過(guò)程(主要是人教版必修1)。學(xué)生想到“模擬細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，隨后，教師提出問(wèn)題： ①本實(shí)驗(yàn)的瓊脂塊大小指什么？②本實(shí)驗(yàn)中用什么表示細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸速率(不少學(xué)生認(rèn)為NaOH擴(kuò)散速率表示細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸速率)？③本實(shí)驗(yàn)得出什么結(jié)論？

總結(jié)： 像這樣的類比推理法在教材中還有很多地方都有應(yīng)用。例如，由植物細(xì)胞的有絲分裂推理動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂過(guò)程及染色體的變化；由有絲分裂的過(guò)程類比推理減數(shù)分裂過(guò)程；由動(dòng)物植物生命活動(dòng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制推理生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制等。然后，結(jié)合教材進(jìn)行歸納總結(jié)，形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。培養(yǎng)學(xué)生善于總結(jié)科學(xué)方法，學(xué)以致用的能力和意識(shí)。

設(shè)計(jì)意圖： 通過(guò)對(duì)以往知識(shí)的回顧，從另外一種角度歸納科學(xué)方法的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)科學(xué)方法，善于學(xué)以致用。同時(shí)，也能夠提高學(xué)生構(gòu)建新知識(shí)的能力。

2.4 練習(xí)講解，體會(huì)科學(xué)思維 學(xué)以致用是探究式學(xué)習(xí)的目的，通過(guò)練習(xí)的講解可以幫助學(xué)生形成長(zhǎng)期記憶，理解科學(xué)思維本質(zhì)，提升綜合能力和素養(yǎng)?；诖?，教師可通過(guò)典型練習(xí)讓學(xué)生更加清楚習(xí)題中用了哪些科學(xué)方法，并且這些科學(xué)方法還能用在什么地方。

例2 (2016上海卷.25)控制棉花纖維長(zhǎng)度的3對(duì)等位基因A/a、 B/b、 C/c對(duì)長(zhǎng)度的作用相等，分別位于3對(duì)同源染色體上。已知基因型為aabbcc的棉花纖維長(zhǎng)度為6 cm，每個(gè)顯性基因增加纖維長(zhǎng)度2 cm。棉花植株甲(AABbcc)與乙(aaBbCc)雜交，則F1的棉花纖維長(zhǎng)度范圍是( )

A. 6～14 cm B. 6～16 cm

C. 8～14 cm D. 8～16 cm

分析： 本題考查了基因的累加效應(yīng)。常見題目是顯性基因?qū)θ说哪w色的影響，顯性基因越多，膚色越深；3對(duì)等位基因位于3對(duì)同源染色體上，符合基因的自由組合定律。類比推理，棉花植株顯性基因越多，棉纖維越長(zhǎng)。甲(AABbcc)與乙(aaBbCc)雜交，F(xiàn)1中至少含有一個(gè)顯性基因A，長(zhǎng)度最短為6+2=8 cm，含有顯性基因最多的基因型是AaBBCc，長(zhǎng)度為6+8=14 cm。

設(shè)計(jì)意圖： 通過(guò)該類例題，讓學(xué)生體會(huì)類比推理方法的運(yùn)用，提升知識(shí)遷移能力，以達(dá)到學(xué)以致用的目的，提高學(xué)習(xí)效率。

2.5 類比推理的應(yīng)用和拓展 將類比推理法和假說(shuō)演繹法進(jìn)行比較，科學(xué)方法的拓展在實(shí)際解題中得到應(yīng)用。下面通過(guò)與假說(shuō)演繹法進(jìn)行比較，以達(dá)到綜合運(yùn)用的效果。

例3 果蠅的紅眼基因(R)對(duì)白眼基因(r)為顯性，位于X染色體上；長(zhǎng)翅基因(B)對(duì)殘翅基因(b)為顯性，位于常染色體上?，F(xiàn)有一只紅眼長(zhǎng)翅果蠅與一只白眼長(zhǎng)翅果蠅交配，F(xiàn)1雄蠅中有1/8為白眼殘翅，下列敘述錯(cuò)誤的是( )

A. 親本雌蠅的基因型是BbXRXr

B. F1中出現(xiàn)長(zhǎng)翅雄蠅的概率為3/16

C. 雌、雄親本產(chǎn)生含Xr配子的比例相同

D. 白眼殘翅雌蠅可形成基因型為bXr的極體

分析： 長(zhǎng)翅與長(zhǎng)翅交配，后代出現(xiàn)殘翅，則長(zhǎng)翅均為雜合子(Bb)，子一代中殘翅占1/4，而子一代雄性中出現(xiàn)1/8為白眼殘翅，則雄性中白眼果蠅占1/2，所以親本雌性為紅眼長(zhǎng)翅的雙雜合子，親本雌蠅的基因型為BbXRXr；F1中出現(xiàn)長(zhǎng)翅雄果蠅的概率為3/4×1/2=3/8；親本基因型為BbXRXr和BbXrY，則各含有一個(gè)Xr基因，產(chǎn)生含Xr配子的比例相同；白眼殘翅雌蠅的基因型為bbXrXr，為純合子即卵細(xì)胞和極體均為bXr。

總結(jié)： 類比推理法在解題運(yùn)用中，需先對(duì)A對(duì)象相關(guān)知識(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行回憶，再結(jié)合B對(duì)象與A對(duì)象的相同點(diǎn)，最后分析出當(dāng)A對(duì)象具有某種特征時(shí)，B對(duì)象也具有相應(yīng)的特征。這樣運(yùn)用類比推理法，就可以做出正確的選擇。假說(shuō)演繹法的基本過(guò)程是： 提出問(wèn)題→做出假說(shuō)→演繹推理→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→得出結(jié)論。在解題中，做出合理假設(shè)是解題的關(guān)鍵。例3中由于沒有給出紅眼長(zhǎng)翅果蠅和白眼長(zhǎng)翅果蠅的性別，所以要做出假設(shè)，可以先假設(shè)紅眼長(zhǎng)翅果蠅為雄性，白眼長(zhǎng)翅果蠅為雌性。演繹推理： 這樣得出來(lái)F1雄蠅中有1/4為白眼殘翅，而非1/8,假設(shè)錯(cuò)誤；當(dāng)紅眼長(zhǎng)翅果蠅為雌性，白眼長(zhǎng)翅果蠅為雄性，推理結(jié)論正確，由此親本基因型為BbXRXr和BbXrY。顯然，在不同題目中，只有對(duì)科學(xué)思維方法的深刻理解和融會(huì)貫通，方能快速答題。這一點(diǎn)就需要學(xué)生能夠理解和掌握更多的科學(xué)思維方法，以達(dá)到隨機(jī)應(yīng)變、熟能生巧的學(xué)習(xí)效果。

設(shè)計(jì)意圖： 將不同的科學(xué)思維方法及運(yùn)用進(jìn)行比較，使得學(xué)生對(duì)類比推理認(rèn)識(shí)更加深刻，真正達(dá)到學(xué)以致用的目的。

3 教學(xué)反思

在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)類比推理的教學(xué)過(guò)程，需要有概念介紹→方法運(yùn)用→思維拓展→方法比較→歸納總結(jié)等環(huán)節(jié)，以呈現(xiàn)給學(xué)生一個(gè)清晰的、從理論到運(yùn)用的學(xué)習(xí)過(guò)程。從學(xué)生習(xí)慣的習(xí)題教學(xué)入手，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)建一個(gè)在日常教學(xué)中較少出現(xiàn)的科學(xué)思維方法的培養(yǎng)情境。通過(guò)學(xué)生的積極參與，提升學(xué)生科學(xué)思維能力，提高學(xué)生的解題能力和學(xué)習(xí)效率。