邏輯思維能力在生物實驗教學中的應用探析

馮波

摘 要：利用知識圖譜工具CitespaceIII，以CNKI數據庫的期刊論文為數據來源，對邏輯思維能力在生物教學中的應用進行了可視化分析，厘清了該主題的發文趨勢、機構分布和研究熱點，并結合重點研究成果從研究理論、研究方法、發現問題、解決問題的策略等方面加以概述，提出了今后生物實驗教學中邏輯思維能力運用的解決方案。

關鍵詞：邏輯思維；生物；實驗教學

思維能力培養是當今教學的核心，教師在實驗課上從理解實驗原理、分析實驗試劑作用、解釋實驗現象等方面來引導學生，有助于學生邏輯思維能力的培養。邏輯思維是人的理性認識階段，是運用概念、判斷、推理等思維類型反映事物本質與規律的認識過程。在生物教學中培養學生思維能力的研究越來越受重視，有很多學者對此做了很多有益探討，但很多研究側重于理論問題的探討，而對該領域的研究缺乏整體性、多維度的分析。鑒于此，本文首先利用文獻計量學方法，對我國生物教學中邏輯思維能力培養的研究進行整體性和多維度的可視化分析，結合文獻的文本內容綜述了研究理論、方法、存在的問題和解決策略，并以假說—演繹法為例進行了

探析。

一、邏輯思維能力在生物實驗教學中的現狀分析

為了客觀地把握邏輯思維能力在生物教學研究的發展態勢，我們通過中國知網（CNKI），以TI=（邏輯思維+思維能力）*生物*（實驗+教學）為檢索條件進行檢索，檢索了中國知網2000年以來的所有期刊論文，檢索日期為2017年3月20日。共獲得1250條檢索結果。運用Citespace軟件的可視化和Endnote工具的統計分析功能對這些論文的時間分布、機構和作者群體狀況、研究熱點做了如下分析：

1.思維能力在生物教學中的應用論文發表趨勢分析

2000年以來，思維能力在生物教學中的應用論文發表趨勢如圖1所示。數據顯示，思維能力在生物教學中的應用探討總量不多，但相關成果的產出時間節點比較明顯，2000～2006年每年論文成果維持在40篇左右，從2007年開始，思維能力在生物教學中的應用論文有了較大增長，2013年論文量達到133篇，但2014～2016年數據量又有所減少。但以邏輯思維能力為主題的論文數量一直很少，2011年以后也只有10篇以上的學術成果報道。

2.思維能力在生物教學中應用論文發表機構和學者分析

研究機構的分布是考察一個研究領域熱度的重要指標。從檢索論文所屬機構來看，國內共有1388個機構涉獵了該領域，但大多數為發表1篇論文的機構，有1313家，發表2篇論文的機構36家，發表3篇以上論文的機構有2家，發表4篇論文的僅1家（見圖2），節點越大表明發表該機構論文數越多。從圖2可知，這些機構多為大學的相關學院或專科學校，中學發表此類論文的機構不多。

3.思維能力在生物教學中的研究熱點分析

經統計，我國貧困地區圖書館研究的1250篇論文共有3654個關鍵詞（平均每篇論文有2.92個關鍵詞），具體而言，詞頻在70次以上的關鍵詞見表2。運用Citespace軟件進行可視化分析，結果如圖3所示。可以發現，主要集中在以下幾方面：（1）生物教師在生物知識傳授和生物實驗教學中對學生思維能力的培養；（2）高中生物和初中生物教學中學生學習興趣的培養，實驗教學中思維能力的培養等；（3）生物教學中創新能力、創造性思維的培養；（4）生物學教學或生物知識學習中發散思維能力的培養、思維過程的關注及教學效果的評估；（5）思維能力在生物化學實驗教學和教學改革中的應用。

二、邏輯思維能力在生物實驗教學中應用的研究理論與方法

前面通過量化分析方法對邏輯思維能力在生物實驗教學中的應用進行了初步探討，為了進一步把握相關研究，還應結合文獻的重點研究內容進行分析。從內容來看，研究報道偏重理論，主要問題突出，提出的發展對策稍顯籠統。下面將結合已有期刊文獻，具體闡述其特點。

早在20世紀90年代，就有學者運用邏輯思維的方法指導生物教學活動，認為運用邏輯思維指導生物教學是解決“教師會教，學生會學”的一個有效方法。近年來在生物教學的邏輯思維能力培養中提出的理論方法主要有角色扮演法，對比式和啟發式，參與式教學法等。例如，付尊英等提出在生物教學中可以根據不同的教學內容，利用一般邏輯方法、辯證方法和系統方法培養學生的邏輯思維能力。也有人提出精心設計的教學情景，可以促進學生綜合分析能力、歸納總結能力及推理判斷能力等抽象的邏輯思維能力的形成和發展，提高學生的科學素質。以中學生物教學為研究對象，圍繞中學生物教學中對學生創新思維的訓練路徑展開探討，以期為生物教學實效性的提升提供有益參考。這些理論方法對于新課程下提高教學的有效性和促進學生進行有效的學習具有重要指導意義。

在已有的文獻報道中，邏輯思維能力培養方式在具體教學案例中的應用報道相對較少，僅見在光合作用教學設計、酶的特性的實驗設計和生物析因實驗設計等。邏輯思維能力的培養可以貫穿于整個生物實驗教學中，針對不同的實驗內容，采取不同的方法培養學生的邏輯思維能力。本文列舉一例來闡述生物實驗中邏輯思維能力的典型代表方法，即假說—演繹法在生物實驗教學中的應用。

三、基于假說—演繹法的邏輯思維能力在生物實驗教學中的應用案例解析

假說—演繹法又稱為假說演繹推理，是指在觀察和分析基礎上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，根據假說進行演繹推理，再通過實驗檢驗演繹推理的結論。如果實驗結果與預期結論相符，就證明假說是正確的，反之，則說明假說是錯

誤的。

典型教學案例：

1.證明基因在染色體上的教學過程

（1）背景引入

美國遺傳學家薩頓通過研究蝗蟲的精子和卵細胞的形成過程，提出了著名的薩頓假說，推理基因在染色體上，但是由于沒有實驗依據，該假說并不具備邏輯的必然性。美國生物學家摩爾根利用果蠅為實驗材料，通過研究果蠅的眼色遺傳，證明了基因在染色體上。

（2）教學過程

①觀察實驗現象，提出問題。

P 紅眼（雌） × 白眼（雄）

↓

F1 紅眼（雌、雄）

↓F1雌雄交配

F2 紅眼（雌、雄） 白眼（雄）

3/4 1/4

由實驗可判斷紅眼為顯性性狀（B），白眼為隱性性狀（b）。F2中紅眼和白眼果蠅之間的數量比是3∶1，符合分離定律，但為什么F2中白眼果蠅只有雄性？

②做出假設。

首先我們可以引導學生，先假設基因在常染色上。

P BB（紅、雌） × bb（白、雄）

↓

F1 Bb（紅、雌、雄）

↓

F2 1BB 2Bb 1bb（無論雌雄，都是紅眼∶白眼=3∶1）

很明顯就能看出，這種假設是錯誤的，基因在常染色體上不成立。

摩爾根假設，控制白眼的基因在X染色體上，而Y染色體不含它的等位基因，則可合理解釋上述果蠅實驗。

P XBXB（紅、雌） × XbY（白、雄）

↓

F1 XBXb（紅、雌） XBY（紅、雄）

↓

F2 XBXB（紅、雌）XBXb（紅、雌）XBY（紅、雄）XbY（白、雄）

③演繹推理及實驗驗證，設計測交實驗，依據假設可以讓學生預測測交實驗的結果。

F1 XBXb（紅、雌） XbY（白、雄）

↓

子代： XBXB（紅、雌） XbXb（白、雌） XBY（紅、雄） XbY（白、雄）

測交實驗的結果和預測的一致，驗證了摩爾根的假設是正確的。

④歸納得出結論，控制果蠅紅白眼的基因就在X染色體上。

（3）反思

科學實驗每一個結論的推理過程，都必須有嚴密的邏輯思維能力。

2.典型習題案例教學

（1）例題：牛的種群中，有角和無角是一對相對性狀，由常染色體上的一對等位基因控制。在一個隨即交配的自然種群中，可任選材料，來確定有角與無角這對相對性狀的顯隱性，簡要說明推斷過程。

（2）解答過程

解答這類習題完全可以用假說演繹法，一般對應的邏輯思維模式是先假設，再逆推。

我們可以讓班內學生分兩組，第一組假設有角（A）為顯性，無角（a）為隱性，則從牛群中選擇多對有角牛與有角牛雜交，因為存在的雜交類型有三種，AA×AA、AA×Aa、Aa×Aa。后代一定會出現無角牛；若選擇多對無角牛雜交，雜交類型只有aa×aa，后代只能是無角。

第二組假設無角（A）為顯性，有角（a）為隱性，也可以得到類似的推理結果。

（3）歸納答案

答案一：讓種群中的多對有角牛相互交配，如果后代出現無角，則有角是顯性，無角是隱性；如果后代全是有角，則有角是隱性，無角是顯性。

答案二：讓種群中的多對無角牛相互交配，如果后代出現有角，則無角是顯性，有角是隱性；如果后代全是無角，則無角是隱性，有角是顯性。

在已有邏輯思維能力在生物教學中的應用文獻報道中，主要議題集中在理論研究方面。將具體實驗教學跟邏輯思維培養相結合的教學案例較少，在今后的生物實驗教學中可以按照不同實驗，運用不同方法進行邏輯思維能力的培養，以提高學生對于生物學知識的整體理解與認識。

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注：本文系珠海市教育科研“十二五”規劃第五批（2015年度）課題“構建邏輯思維在生物教學中的應用”（課題編號：2015KTG27）的研究成果之一。

編輯 孫玲娟