类比推理在生物学教学中的应用与教学策略

王　荐

1类比推理的概念

所谓类比推理是指根据两个对象的相似性从其中一个对象的已知特性推出另一个对象也具有该特性的认知活动。它是一种不严格的推理，还必须接受实践的检验，但它是人类认知方法之一。人们在探索生物奥秘的过程中，为了变未知为已知，往往借助于类比推理的方法。

例如达尔文创立进化论就是类比推理的杰作，该学说最初有两个来源：第一是将近代著名的地质学家赖尔的地质“均变论”思想类比于生物界的逐渐演变；第二个来源是将马尔萨斯的人口理论类比于生物界的“物竞天择，适者生存”。又如米勒通过模拟原始地球的闪电现象，类比推理出原始生命的化学起源过程；美国微生物学家范尼尔通过研究紫硫细菌的光合作用，发现紫硫细菌利用H₂s和CO₂不生成氧，而是硫，他类比推导出光合作用释放的氧来自于水而非CO₂。再如物理学家薛定谔从物理学的观点出发，把遗传因子的突变类比为量子力学中的量子跃迁，把遗传现象在亲子之间的遗传类比为密码传递和复制。诺贝尔奖得主沃森和克里克等因此从薛定谔的类比中受到重大启发，最终建立了DNA双螺旋模型。所以康德说：“每当理智缺乏可靠认证思路时，类比这个方法往往指引我们前进。”

《高中生物课程标准》在能力方面明确提出学生要“根据证据做出合理判断”及“听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护以及做必要的反思和修改”的要求，其中就涉及到类比推理能力，那么类比推理能力在生物学教学中有哪些应用?在教学中教师又应如何培养学生的类比推理能力呢?

2类比推理能力在生物学教学中的应用

2.1促进创造性思维的形成

类比推理的结论具有一定的或然性，但正由于这种或然性的存在，才开辟了思维的新空间。在生物学教学中，教师利用学生已掌握的知识，并提供必要的信息资源，对学生进行类比推理能力的培养，有利于培养学生敢想、会想的品质，逐步培养学生创造性思维。例如在实验设计时应遵循的对照原则和单因子变量原则，其基本思维方法就是类比。

2007年上海生物高考第41题要求学生设计一个模拟实验方案，探究酸雨对陆生植物的影响。由于题中提供了五套实验装置，所以学生能得出解题思路：将实验装置分为实验组和对照组，向四套实验装置的容器中充人不同量的SO₂气体。对照组应充人空气，取长势相同幼苗若干株放入各实验装置容器内，其余无关变量控制在相同的适宜条件下，然后实施实验，几天后进行类比分析。

又比如，在学习基因自由组合定律后，学生会遇到许多基因互作题中的新比例，像9：3：4、9：6：1……等，课堂上教师不可能穷尽各种基因互作的情况，这就需要学生运用类比推理。从各种不同的比例中，寻找出9：3：3：1的原型，从而使学生创造性地分析问题与解决问题。在学习了标志重捕法后，教师拿出了一大袋黄豆和一小袋赤豆，要求学生估算出黄豆的数量，学生经过思考与讨论。最终想出了用标志重捕法类似的实验方法。在此过程中，教师未提示或少提示可联系的信息，鼓励学生发散思维与辐合思维相结合，大胆想象，合理推测，创造性地从已学知识中发现可类比的对象，找出源问题与目标问题中隐含的相似属性，实现迁移，从而达到求解的目的，学生的创造性思维就能逐渐形成。

2.2强化学生记忆和理解知识

心理发展的本质是个体通过同化和顺应日益复杂的环境而达到平衡的过程。其中同化过程就是学生利用已有的认知结构将新知识整合到自己的认知结构中，因此，在生物教学中，类比推理对认识的横向延展的连通显出重要的作用。表面上似乎不相关的学习内容通过类比这个中介环节可以连结起来，由此及彼，举一反三，逐步揭示固有的内在规律与联系，从而使学生获得确切而易懂的直观认识。

通过类比学习，学生能发现类比对象与学习内容之间的共性、差异和特殊性，能启发学生的思维，使他加深对知识的理解，增强了学生的记忆。实践证明，在学习抽象的、微观的生物学知识时，类比往往能起到“四两拨千斤”的作用，能真正地促进学生对概念的理解与掌握。如教材中将细胞膜的功能用窗纱作了类比，提出了细胞膜的选择性透过性功能，形象直观地突破了这一教学难点。

2.3类比推理有助于学生的知识建构

在教学中，教师引导学生面对新知识寻找生活中的类比对象，能激发学生学习兴趣，培养其分析概括能力和逻辑思维能力。例如学习生物分类时，教师要求学生思考界、门、纲、目、科、属和种在生活中的类比对象，学生很快联想到寄信时所写的省市及街道门牌号码，实现了类比映射，并能将它迁移到生态系统组成层次上(生物圈一生态系统——群落——种群——个体)；在学习细胞器功能时，教师将各细胞器比作不同车间；在学习自由扩散、协助扩散、主动运输时，类比于木材顺流而下、钢材装船顺流而下、钢材装船逆流而上；在学习伴性遗传时，教师应引导学生将两条性染色体类比于两个等位基因，学生一下子领悟到伴性遗传不过是基因分离定律的特例而已。这样做就使深奥转化为浅显，抽象转化为具体，未知的知识变得已知，使难点逐一化解，而且使新知识既有“似曾相识”的亲切感，又有点陌生感，帮助学生建构了自己的知识体系，奥苏贝尔将这种类比的原型称为“先行组织者”。所以教学中，教师要努力挖掘教材资源，充分利用学生熟悉的、易于掌握的宏观现象或模型，来类比推理一些抽象的、微观的、缓慢的生物学现象，使学生能借助直观形象生动的类比对象，构建新的知识生长点。

3学生类比推理能力的培养

3.1指导学生在学习过程中应用类比推理

人教版高中生物教材在培养学生推理能力方面做了周全的考虑，其中包括类比推理能力的培养，在教材中安排多处相关训练，如必修2中“请你运用类比推理的方法，推断基因与DNA长链的关系……”。必修3中实验“生物体维持pH稳定的机制”是让学生通过实验类比推理出生物体是如何维持pH稳定的。遗传教学中有许多可以运用类比推理的例子。例如1对等位基因的个体产生2种配子，2对则有2x2种，依次类推，n对则有2ⁿ种配子；1对等位基因个体白交产生3种基因型后代：AA、Aa和aa，2对基因则有3×3种，教师对有3ⁿ种基因型后代。

在学习生态系统自动调节时，引导学生将人体内自我调节的概念模型类比推导出生态系统的反馈调节概念模型，实现学科内知识迁移，从而提高类比推理能力。

类比推理还可以联系社会生活各个方面，例如从人类Y染色体都来源于6万年前一个男性(Y染色体亚当)，人类线粒体基因都源于14万年前一个女性(线粒体夏娃)，类比推导出人类最终将只有一个姓氏

(如果子女都姓父姓)。从生男生女概率类比推导出彩票并无中奖号码规律之说，每张彩票完全是机率相等的独立事件等等。

3.2指导学生在问题解决中学会类比推理

类比推理是一种思维方法，也是解决问题的重要工具。教师在教学中要通过设置特定的问题情境指导学生学会合理类比，让学生有更多的机会去探索目标问题与源问题的相关程度，学会如何运用类比推理解决问题。

在做完小球模拟基因分离定律实验后，教师抛出了一个问题：如何用抛硬币来模拟基因分离定律?在学生苦思冥想时，教师提示学生，桶里的两种球可以用什么来类比?学生顿悟：硬币的两面对应于两种小球，也对应于个体产生的两种不同基因的配子，只要用两个硬币即可模拟基因分离定律。师生当场试验，硬币都正面，视为AA，都反面，视为aa，一正一反，视为Aa。结果很快出来，它们的比例接近1：1：2，很好地解决了用硬币模拟基因分离定律的问题。

又如2006年江苏高考第33题：某患者一只眼球受伤导致晶状体破裂，若不立即摘除，则另一只健康眼睛也将失明。其主要原因是流出的晶状体蛋白进入血液后成为_____，进而使T淋巴细胞活化，同时使B淋巴细胞致敏，随后由_____细胞分泌_____促进致敏B淋巴细胞增殖分化成_______和________。产生的抗体将攻击另一只眼球组织。由此引起的眼疾在免疫学上称为_______病。此问题情境是考生从未遇到过的。但是通过课堂上学习过的抗原抗体等相关知识的类比，就可以找出同属自身免疫病的共同点，再进行类比推理，自然能得出此问题类似于体液免疫过程，答案昭然若揭。

3.3运用多种方法训练学生的类比推理能力

类比推理能力的培养应通过多种方法进行，教师应有意识地联系生活实际，培养学生运用类比推理的思维能力。

例如学习了生物体内反馈原理后，教师引导学生举例说明人体内还有哪些反馈例子，日常生活中有哪些反馈例子。学生从冰箱联想到空调，从商品产量联想到商品价格，发现它们都蕴含着反馈调节的原理。仿生学更是训练学生类比推理能力的好材料。从鸟巢到奥体中心，从贝壳到悉尼歌剧院，从人脑到电脑，不性枚举。专家认为，提高学生类比推理能力还要从指导和训练学生对问题进行有效识别、指导和训练学生正确的表征问题、指导和训练学生发生正确联想等方面人手。学生面对新的问题情境往往不知道使用哪种方法，迁移就不能发生，教师应引导学生学会识别问题，区分问题的种类，从题目中寻找与已学知识相关的属性，从而运用已学知识解决新问题。头脑风暴和直觉思维训练是有效提高创造性思维的好方法。它们能激发灵感，引起创造性思维的连锁反应，而不经过明显的中间推理过程，就能得出结论，它也是一种类比推理的应用。例如可以围绕提高农产品产量进行头脑风暴讨论，只说不评论，学生的思维就此激发，多角度、新颖、独特的想法层出不穷，同学的想法进一步启发了更多学生的深度思考，思维能力得到了培养。

4学习类比推理的注意点

类比推理作为一种非必然性推理，这是它的短处，它的正确与否还要接受实践检验。在许多情况下类比物与目标之间是非对应关系，这样的结论就是错误的。

例如许多学生将鸡蛋机械地类比于一个细胞，蛋壳膜是细胞膜，蛋清是细胞质，蛋黄是细胞核；还有学生将试管婴儿类比于试管苗，误认为试管婴儿生长于试管；更有学生望文生义将语文学习中的顾名思义迁移于生物学学习，误认为反射类似于物理学中的光反射，生物竞争类似人类社会的竞争，同源染色体是来源相同的染色体等。这就需要教师引导学生建构良好的认知结构，明晰知识体系，加强问题解决训练，在学习中加强自我反思、自我评价与自我监控，学生的类比推理能力才会得到有效提高。