高中生物学课堂教学中的类比推理方式

2016-08-20胡选萍

生物学教学 2016年7期

胡选萍

(陕西理工学院生物学科学与工程学院汉中 723000)

1 结构相似性类比

结构相似性类比是指把一个新的抽象对象的结构属性与一个熟悉的、形象对象的结构属性之间，进行比较，将头脑中已有对熟悉对象的结构属性，迁移到目标概念的对应结构属性上，达到对新概念意义的同化。

例如，人教版高中生物学教材《分子与细胞》第1章第1节中就明确强调：生物学是一个富有层次的结构体系，从细胞到组织、器官、系统和个体，从个体到种群、群落和生态系统，再到最大的生态系统——生物圈，无不涉及结构与组成，所以结构性知识是教学中的第一阶梯的概念体系。对于这一层次的结构性知识，类比思维在学生概念理解与知识网络体系建构中会发挥着重要的作用。第3章“细胞的基本结构”中把细胞类比作“繁忙的工厂”，各种细胞器比作“车间”；第3章第3节中将遗传信息类比作生命活动的“蓝图”等。教学实践中采用类比教学法，借助学生生活中熟悉的、有充分感知的经验，创设认知的生长点，化解知识难点，提升学生创新思维。第6章第1节“细胞的增殖”中，染色体与染色质丝是细胞增殖周期中的两种不同形态，分裂间期成散乱的染色质丝，分裂期则螺旋缠绕、缩短变粗为染色体，就像同一位学生上课时候是坐着的姿势(形态A)，课间活动站着的或奔跑的姿势(形态B)。通过这种类比将原本抽象、微观的结构，转化为具体的、宏观的生活化原型，加深学生对“同一物质在生命活动不同时期的两种不同形态”的理解，易于接受，且可激发学习的兴趣。

2 功能相似性类比

结构与功能相统一，任何生物学结构必然具有特定功能。现行高中生物学教材非常重视生活经验对学习的支持作用，设计了许多功能性类比的“范例”。

例如，在《现代生物科技专题》“基因工程”专题中，对于DNA连接酶与DNA聚合酶，由于两者都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键。所以，很多学生对两者的功能容易混淆。教学中可采用“织毛衣”的类比，引导学生辨析两者关系。DNA聚合酶的作用对象是单个脱氧核苷酸，相当于织毛衣的过程，结果形成的是毛衣的一部分(相当于DNA的一条链)；DNA连接酶的作用对象是游离的DNA片段，相当于将“毛衣的袖子”与“毛衣衣襟”连接起来，结果形成一条完整的毛衣(相当于一个完整的DNA分子)。通过这一类比，帮助学生认识两种酶的作用对象与催化结果的差异，从而对知识理解得更深刻，应用更自如。再如，必修2第4章第1节“基因指导蛋白质的合成”，在学习蛋白质翻译过程时，学生常常很困惑：到底是核糖体沿着mRNA移动？还是mRNA沿着核糖体移动？如果把这个过程比作“拉拉链”，mRNA相当于“链牙”，核糖体为“拉头”，在拉拉链时，“链牙不动，拉头在动”。通过这种形象化的类比，将抽象知识生活化，非常生动形象，学生很容易理解核糖体与mRNA之间的相对运动关系。

3 性质相似性类比

类比推理并不局限于生物结构与功能类知识的学习，有意识地在学生的生活经验或学习经验与生物学特性之间，建立有效链接，同样可以为学生提供思维生长点，加强知识横向比较与纵向联想，促进知识同化与顺应。

例如，教材《稳态和环境》第2章第2节“激素的特点”，关于激素运输的“弥散性”与受体的“专一性”，由于生理特性本身的相对抽象性，学生不容易理解。教学过程中可以利用手机工作原理与激素传递特性之间的相似属性，人为建立逻辑关联。一部手机拥有一个对应号码，当拨打这个号码时，拨打的信号会向四周发散，虽然信号电波充满整个空间，但只有对应号码的手机才能接收到信号。激素的分泌与调节也同样如此，某种特定的激素，由特定的内分泌腺分泌，携带特定的信号。该种激素一经分泌，就会进入全身各处血液，弥散在全身的体液中。人体虽然有成千上万细胞，但唯独特定的“靶细胞”能够识别、接受信号，并做出反应。通过类比推理，将抽象的激素调节特性，转化为学生熟悉的“手机打电话”特性，化抽象为具体，化深奥为浅显，促进知识的意义同化。再如，教材第4章第2节“种群数量的变化”中：当种群数量为0～K/2时，种群的增长速度逐渐增加，直到最大；当种群数量为K/2～K时，种群的增长速度逐渐减小，直到为零；但种群数量一直处于持续增长状态，直到达到环境最大容纳量K值。由于种群的数量增长与增长速度之间并非一致性关系，学生理解起来有困难。教学中可借助于物理学的“加速度”与“速度”的性质进行类比：当加速度减小，但速度仍在增加；当加速度为零时，速度最大。利用学生学过的物理学知识作为类比源，强化学生对种群数量与种群增长速度这两个生物学概念的辨析，也有助于学生思维发散，而且可促进不同学科内容间交叉融合，综合解决问题。

4 关系相似性类比

生物学作为一个有机系统，必然涉及结构、功能和特性等之间纵横交错的复杂关系。这种关系不仅包括静态稳定的要素层级关系，也包括动态发展的协变关系。它们是生物学知识网络的节点，也是生物学核心概念建构的前提。通过恰当的相似性类比推理，阐释要素间纵横关系，梳理概念间复杂联系，对于生物学认知结构建构具有不可或缺的作用。

例如，教材《稳态和环境》第2章第2节“激素的分级调节及反馈机制”属于动态层级结构关系性知识。当机体受到寒冷等外界刺激，神经冲动传到下丘脑，下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素，该激素运输到垂体，垂体释放促甲状腺激素，刺激甲状腺分泌甲状腺激素，提高细胞代谢速率，机体产生更多的热量。当血液中甲状腺激素增加到一定程度时，反过来抑制下丘脑与垂体分泌相关激素。教学过程中可以将激素的分级调节类比为学校的“教务管理层级关系”：学校校长管理教导主任，教导主任管理班主任，班主任管理学生，学生的学习情况及学业成就，又会上行反馈。通过相对宏观的、学生能够理解的信息管理与反馈调节模式，加深学生对生命活动中的信息传递及反馈调节的理解。又如，教材《分子与细胞》第5章“细胞的能量供应与利用”中，在进行单元总结或复习时，对于总光合作用强度、净光合作用强度与呼吸作用强度这三个概念，由于相互间存在复杂的、动态协变关系，学生在思维上非常容易混淆，是学习中的难点。为了突破教学难点，可将三者之间比作一个“家庭的月收支变化关系”：总光合作用强度相当于一个家庭的每月总收入，呼吸作用强度相当于这个家庭一个月的开销；净光合作用强度相当于一个家庭的月存款。教师提问：这个家庭的月存款由什么来决定？学生很容易就理解“净光合作用强度=总光合作用强度-呼吸作用强度”。通过这种“家庭收支变化关系”类比模型的建立，将抽象知识形象化，复杂知识生活化，帮助学生形象地理解光合作用与呼吸作用的动态变化关系。