高中生物學(xué)課堂教學(xué)中的類比推理方式

胡選萍

(陜西理工學(xué)院生物學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院 漢中 723000)

1 結(jié)構(gòu)相似性類比

結(jié)構(gòu)相似性類比是指把一個(gè)新的抽象對(duì)象的結(jié)構(gòu)屬性與一個(gè)熟悉的、形象對(duì)象的結(jié)構(gòu)屬性之間，進(jìn)行比較，將頭腦中已有對(duì)熟悉對(duì)象的結(jié)構(gòu)屬性，遷移到目標(biāo)概念的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)屬性上，達(dá)到對(duì)新概念意義的同化。

例如，人教版高中生物學(xué)教材《分子與細(xì)胞》第1章第1節(jié)中就明確強(qiáng)調(diào)：生物學(xué)是一個(gè)富有層次的結(jié)構(gòu)體系，從細(xì)胞到組織、器官、系統(tǒng)和個(gè)體，從個(gè)體到種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)，再到最大的生態(tài)系統(tǒng)——生物圈，無不涉及結(jié)構(gòu)與組成，所以結(jié)構(gòu)性知識(shí)是教學(xué)中的第一階梯的概念體系。對(duì)于這一層次的結(jié)構(gòu)性知識(shí)，類比思維在學(xué)生概念理解與知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系建構(gòu)中會(huì)發(fā)揮著重要的作用。第3章“細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)”中把細(xì)胞類比作“繁忙的工廠”，各種細(xì)胞器比作“車間”；第3章第3節(jié)中將遺傳信息類比作生命活動(dòng)的“藍(lán)圖”等。教學(xué)實(shí)踐中采用類比教學(xué)法，借助學(xué)生生活中熟悉的、有充分感知的經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)認(rèn)知的生長(zhǎng)點(diǎn)，化解知識(shí)難點(diǎn)，提升學(xué)生創(chuàng)新思維。第6章第1節(jié)“細(xì)胞的增殖”中，染色體與染色質(zhì)絲是細(xì)胞增殖周期中的兩種不同形態(tài)，分裂間期成散亂的染色質(zhì)絲，分裂期則螺旋纏繞、縮短變粗為染色體，就像同一位學(xué)生上課時(shí)候是坐著的姿勢(shì)(形態(tài)A)，課間活動(dòng)站著的或奔跑的姿勢(shì)(形態(tài)B)。通過這種類比將原本抽象、微觀的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為具體的、宏觀的生活化原型，加深學(xué)生對(duì)“同一物質(zhì)在生命活動(dòng)不同時(shí)期的兩種不同形態(tài)”的理解，易于接受，且可激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。

2 功能相似性類比

結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一，任何生物學(xué)結(jié)構(gòu)必然具有特定功能。現(xiàn)行高中生物學(xué)教材非常重視生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)學(xué)習(xí)的支持作用，設(shè)計(jì)了許多功能性類比的“范例”。

例如，在《現(xiàn)代生物科技專題》“基因工程”專題中，對(duì)于DNA連接酶與DNA聚合酶，由于兩者都是催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵。所以，很多學(xué)生對(duì)兩者的功能容易混淆。教學(xué)中可采用“織毛衣”的類比，引導(dǎo)學(xué)生辨析兩者關(guān)系。DNA聚合酶的作用對(duì)象是單個(gè)脫氧核苷酸，相當(dāng)于織毛衣的過程，結(jié)果形成的是毛衣的一部分(相當(dāng)于DNA的一條鏈)；DNA連接酶的作用對(duì)象是游離的DNA片段，相當(dāng)于將“毛衣的袖子”與“毛衣衣襟”連接起來，結(jié)果形成一條完整的毛衣(相當(dāng)于一個(gè)完整的DNA分子)。通過這一類比，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)兩種酶的作用對(duì)象與催化結(jié)果的差異，從而對(duì)知識(shí)理解得更深刻，應(yīng)用更自如。再如，必修2第4章第1節(jié)“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”，在學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)翻譯過程時(shí)，學(xué)生常常很困惑：到底是核糖體沿著mRNA移動(dòng)？還是mRNA沿著核糖體移動(dòng)？如果把這個(gè)過程比作“拉拉鏈”，mRNA相當(dāng)于“鏈牙”，核糖體為“拉頭”，在拉拉鏈時(shí)，“鏈牙不動(dòng)，拉頭在動(dòng)”。通過這種形象化的類比，將抽象知識(shí)生活化，非常生動(dòng)形象，學(xué)生很容易理解核糖體與mRNA之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

3 性質(zhì)相似性類比

類比推理并不局限于生物結(jié)構(gòu)與功能類知識(shí)的學(xué)習(xí)，有意識(shí)地在學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)或?qū)W習(xí)經(jīng)驗(yàn)與生物學(xué)特性之間，建立有效鏈接，同樣可以為學(xué)生提供思維生長(zhǎng)點(diǎn)，加強(qiáng)知識(shí)橫向比較與縱向聯(lián)想，促進(jìn)知識(shí)同化與順應(yīng)。

例如，教材《穩(wěn)態(tài)和環(huán)境》第2章第2節(jié)“激素的特點(diǎn)”，關(guān)于激素運(yùn)輸?shù)摹皬浬⑿浴迸c受體的“專一性”，由于生理特性本身的相對(duì)抽象性，學(xué)生不容易理解。教學(xué)過程中可以利用手機(jī)工作原理與激素傳遞特性之間的相似屬性，人為建立邏輯關(guān)聯(lián)。一部手機(jī)擁有一個(gè)對(duì)應(yīng)號(hào)碼，當(dāng)撥打這個(gè)號(hào)碼時(shí)，撥打的信號(hào)會(huì)向四周發(fā)散，雖然信號(hào)電波充滿整個(gè)空間，但只有對(duì)應(yīng)號(hào)碼的手機(jī)才能接收到信號(hào)。激素的分泌與調(diào)節(jié)也同樣如此，某種特定的激素，由特定的內(nèi)分泌腺分泌，攜帶特定的信號(hào)。該種激素一經(jīng)分泌，就會(huì)進(jìn)入全身各處血液，彌散在全身的體液中。人體雖然有成千上萬細(xì)胞，但唯獨(dú)特定的“靶細(xì)胞”能夠識(shí)別、接受信號(hào)，并做出反應(yīng)。通過類比推理，將抽象的激素調(diào)節(jié)特性，轉(zhuǎn)化為學(xué)生熟悉的“手機(jī)打電話”特性，化抽象為具體，化深?yuàn)W為淺顯，促進(jìn)知識(shí)的意義同化。再如，教材第4章第2節(jié)“種群數(shù)量的變化”中：當(dāng)種群數(shù)量為0～K/2時(shí)，種群的增長(zhǎng)速度逐漸增加，直到最大；當(dāng)種群數(shù)量為K/2～K時(shí)，種群的增長(zhǎng)速度逐漸減小，直到為零；但種群數(shù)量一直處于持續(xù)增長(zhǎng)狀態(tài)，直到達(dá)到環(huán)境最大容納量K值。由于種群的數(shù)量增長(zhǎng)與增長(zhǎng)速度之間并非一致性關(guān)系，學(xué)生理解起來有困難。教學(xué)中可借助于物理學(xué)的“加速度”與“速度”的性質(zhì)進(jìn)行類比：當(dāng)加速度減小，但速度仍在增加；當(dāng)加速度為零時(shí)，速度最大。利用學(xué)生學(xué)過的物理學(xué)知識(shí)作為類比源，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)種群數(shù)量與種群增長(zhǎng)速度這兩個(gè)生物學(xué)概念的辨析，也有助于學(xué)生思維發(fā)散，而且可促進(jìn)不同學(xué)科內(nèi)容間交叉融合，綜合解決問題。

4 關(guān)系相似性類比

生物學(xué)作為一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)，必然涉及結(jié)構(gòu)、功能和特性等之間縱橫交錯(cuò)的復(fù)雜關(guān)系。這種關(guān)系不僅包括靜態(tài)穩(wěn)定的要素層級(jí)關(guān)系，也包括動(dòng)態(tài)發(fā)展的協(xié)變關(guān)系。它們是生物學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，也是生物學(xué)核心概念建構(gòu)的前提。通過恰當(dāng)?shù)南嗨菩灶惐韧评?，闡釋要素間縱橫關(guān)系，梳理概念間復(fù)雜聯(lián)系，對(duì)于生物學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)建構(gòu)具有不可或缺的作用。

例如，教材《穩(wěn)態(tài)和環(huán)境》第2章第2節(jié)“激素的分級(jí)調(diào)節(jié)及反饋機(jī)制”屬于動(dòng)態(tài)層級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系性知識(shí)。當(dāng)機(jī)體受到寒冷等外界刺激，神經(jīng)沖動(dòng)傳到下丘腦，下丘腦分泌促甲狀腺激素釋放激素，該激素運(yùn)輸?shù)酱贵w，垂體釋放促甲狀腺激素，刺激甲狀腺分泌甲狀腺激素，提高細(xì)胞代謝速率，機(jī)體產(chǎn)生更多的熱量。當(dāng)血液中甲狀腺激素增加到一定程度時(shí)，反過來抑制下丘腦與垂體分泌相關(guān)激素。教學(xué)過程中可以將激素的分級(jí)調(diào)節(jié)類比為學(xué)校的“教務(wù)管理層級(jí)關(guān)系”：學(xué)校校長(zhǎng)管理教導(dǎo)主任，教導(dǎo)主任管理班主任，班主任管理學(xué)生，學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及學(xué)業(yè)成就，又會(huì)上行反饋。通過相對(duì)宏觀的、學(xué)生能夠理解的信息管理與反饋調(diào)節(jié)模式，加深學(xué)生對(duì)生命活動(dòng)中的信息傳遞及反饋調(diào)節(jié)的理解。又如，教材《分子與細(xì)胞》第5章“細(xì)胞的能量供應(yīng)與利用”中，在進(jìn)行單元總結(jié)或復(fù)習(xí)時(shí)，對(duì)于總光合作用強(qiáng)度、凈光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)度這三個(gè)概念，由于相互間存在復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)協(xié)變關(guān)系，學(xué)生在思維上非常容易混淆，是學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)。為了突破教學(xué)難點(diǎn)，可將三者之間比作一個(gè)“家庭的月收支變化關(guān)系”：總光合作用強(qiáng)度相當(dāng)于一個(gè)家庭的每月總收入，呼吸作用強(qiáng)度相當(dāng)于這個(gè)家庭一個(gè)月的開銷；凈光合作用強(qiáng)度相當(dāng)于一個(gè)家庭的月存款。教師提問：這個(gè)家庭的月存款由什么來決定？學(xué)生很容易就理解“凈光合作用強(qiáng)度=總光合作用強(qiáng)度-呼吸作用強(qiáng)度”。通過這種“家庭收支變化關(guān)系”類比模型的建立，將抽象知識(shí)形象化，復(fù)雜知識(shí)生活化，幫助學(xué)生形象地理解光合作用與呼吸作用的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系。

5 邏輯相似性類比

邏輯相似性類比是指根據(jù)兩個(gè)或兩類對(duì)象，在內(nèi)在邏輯關(guān)系方面的相似屬性，發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而完成映射推理的一種思維方式。