生物学教学要重视逻辑推理能力的培养

朱长伟

(山东省阳谷县教育局教研室 252300)

科学重视证据和逻辑。逻辑推理分为归纳推理、演绎推理和类比推理。近年来各省市的高考生物学遗传试题，都注重了逻辑推理能力的考查。因此，教学中培养和发展学生的逻辑推理能力尤为重要。现以2015年高考理综四川卷生物学11题为例具体分析。

1 试题分析

1.1 例题 (2015年四川省高考理综卷11题)果蝇的黑身、灰身由一对等位基因(B、b)控制。

(1)实验一：黑身雌蝇甲与灰身雄蝇乙杂交，F1全为灰身，F1随机交配，F2雌雄果蝇表型比均为灰身∶黑身=3∶1。

①果蝇体色性状中，______为显性。F1的后代重新出现黑身的现象叫做______；F2的灰身果蝇中，杂合子占______。②若一大群果蝇随机交配，后代有9900只灰身果蝇和100只黑身果蝇，则后代中Bb的基因型频率为______。若该群体置于天然黑色环境中，灰身果蝇的比例会______，这是______的结果。

(2)另一对同源染色体上的等位基因(R、r)会影响黑身果蝇的体色深度。

实验二：黑身雌蝇丙(基因型同甲)与灰身雄蝇丁杂交，F1全为灰身，F1随机交配，F2表型比为：雌蝇中灰身∶黑身=3∶1；雄蝇中灰身∶黑身∶深黑身=6∶1∶1。

①R、r基因位于______染色体上，雄蝇丁的基因型为______，F2中灰身雄蝇共有______种基因型。②现有一只黑身雌蝇(基因型同丙)，其细胞(2n=8)中Ⅰ、Ⅱ号染色体发生如图所示变异。变异细胞在减数分裂时，所有染色体同源区段须联会且均相互分离，才能形成可育配子。用该果蝇重复实验二，则F1雌蝇的减数第二次分裂后期细胞中有______条染色体，F2的雄蝇中深黑身个体占______。

参考答案：(1)①灰身性状分离 2/3 ② 18% 下降自然选择 (2)① X BBXrY 4 ②8或6 1/32。

1.2 例题分析 解答本题主要应用演绎推理。演绎推理是由一般性前提推出个别性结论的推理，有三段论、选言推理、假言推理等形式。

(1)小题分析：本小题运用的演绎推理属于三段论，其中②题要求学生以哈迪-温伯格定律为前提进行演绎推理。

哈迪-温伯格定律的要点是：在一个无穷大的随机交配的孟德尔群体中，没有进化的压力(突变、迁移、自然选择)，则种群的基因频率逐代不变；随机交配一代后，基因型频率将保持平衡[1]。

由于基因型BB和Bb在表现型上是不能区分的，因而无法计算出Bb的频率。然而根据题意，可将该果蝇种群作为处于遗传平衡的群体进行分析。先通过哈迪-温伯格定律求出等位基因的频率，因f(bb)=q2=0.01，则b的频率是0.1，B的频率是1-0.1=0.9。然后计算出群体中基因型频率f(Bb)=2pq=2×0.9×0.1=0.18。

(2)小题分析：位于性染色体上的基因控制的性状在遗传中总是与性别相关联的。实验一中F2灰身、黑身的遗传与性别无关，因此等位基因B、b位于常染色体上(推理1)；实验二中F2黑身果蝇的体色深度在雌雄果蝇表现不同，因此R、r基因位于X染色体上(推理2)。

实际上，上述推理形式属于假言推理中的充分条件假言推理。充分条件假言推理是前提中有一个充分条件假言判断，并且是根据充分条件假言判断前后件的真假关系进行推演的推理。充分条件假言推理有两个正确的形式：小前提肯定大前提的前件，结论就肯定大前提的后件；小前提否定大前提的后件，结论就否定大前提的前件[2]。推理1的推理形式为：如果基因位于性染色体上(大前提前件)，那么该基因控制的性状总是与性别相关联(大前提后件)。因为黑身、灰身的遗传与性别无关(否定后件)，所有B、b不位于性染色体上(在常染色体)(否定前件)。这属于否定后件式，推理符合规则，结论是正确的。但推理2是不正确的充分条件假言推理，因为小前提肯定大前提的后件，结论不能肯定大前提的前件。对本题来说，推理2的结论是正确的(本题不必考虑从性遗传)，但推理形式不符合逻辑。

只考虑B、b一对等位基因，实验二如下：

由于雄蝇X染色体上的基因只能从母本遗传来，而F2雄蝇中黑∶深黑=1∶1，故F1雌蝇为BbXRXr。这里运用的演绎推理类型是三段论，但不能确定是R还是r基因使黑身果蝇体色加深。对于F1雄蝇的基因型有两种假设：

假设一：F1雄蝇的基因型为BbXRY；假设二：F1雄蝇的基因型为BbXrY。

显然，这两个假设是不相容的关系。如果假设一成立，则F2雌蝇中bbXRXR、bbXRXr的表现型相同；如果假设二成立，则F2雌蝇中bbXRXr、bbXrXr的表现型不同。实际结果是F2雌蝇只有黑身，无深黑身。因此假设一成立，且r基因决定深黑身。这里使用了假言推理，实际上就是教材中所说的假说—演绎法。当然，换一个角度思考：F2雌果蝇的两条X染色体，一条来自父本；一条来自母本。因F1雌蝇为BbXRXr，故F2雌蝇从母本那里遗传来XR或Xr，只有当F2雌蝇从父本那里遗传来显性基因XR时，才能保证bb的雌蝇全部为黑身。由此，既判断出r基因使黑身果蝇体色加深，又确定了F1雄蝇的基因型。这里使用了三段论。在确定了F1雌雄蝇的基因型之后，经演绎推理可知亲本丙和丁的基因型。

②题变异黑身雌蝇基因型为bbXRXR(bXR表示b、R基因因染色体变异而连锁在一起)。以减数分裂原理和题干信息“所有染色体同源区段须联会且均相互分离，才能形成可育配子”为前提，推理得出该变异黑身雌蝇产生bXR、bXR两种可育配子。

根据自由组合定律，推理出F1雄蝇基因型为1/2BbXRY和1/2BbXRY。F1雌蝇基因型为1/2BbXRXr和1/2BbXRXr。1/2BbXRXr产生的配子种类及比例为1/2(1/4 BXR∶1/4BXr∶1/4bXR∶1/4bXr)；1/2 BbXRXr产生的配子种类及比例为1/2(1/2 BXr∶1/2bXR)。因此，F1雌蝇产生的配子种类及比例为：1/8BXR∶3/8BXr∶3/8(bXR和bXR)∶1/8bXr。同理，F1雄蝇产生的配子种类及比例为：1/8BXR∶3/8BY∶3/8(bXR和bXR)∶1/8bY。

含Y的精子(3/4 BY∶1/4bY)与卵子结合才能发育为雄性，故雄蝇中深黑身个体bbXrY占1/4×1/8=1/32。解答该问时，多次运用了减数分裂原理和自由组合定律为前提的演绎推理。推理形式虽然单一，但环环相扣，层层递进，这对思维的缜密性和条理性提出了很高的要求，而思维的缜密性和条理性正是良好推理能力的基础和保证。

2 教学启示

2.1 搞好生物学基础知识教学 逻辑推理能力要求学生掌握一定的生物学概念、过程和原理，即生物学基础知识。这既是生物学教学的核心内容，也是逻辑推理判断的依据。

例如，解答本题时，需要学生深入理解遗传的基本定律、减数分裂过程、伴性遗传和哈迪-温伯格定律，只有具备了以上知识背景，才会有正确的思维基础，才能做出科学的推理结论。因此，在教学中要深入研究生物学课程标准，把握教学的重点、难点、易错点，帮助学生构建完善的生物学知识体系。尤其是一些核心的概念和原理，教师要舍得下功夫引导学生进行深入的剖析。

2.2 提高分析、比较和综合能力 逻辑推理能力是建立在分析和综合、抽象和概括的基础上，借助于概念及概念间的关系进行判断和推理，得出新概念或概念间新的关系的能力。

分析是把研究对象的整体分解为一个个部分分别加以研究的方法。综合是指把研究对象的各个部分或各个方面联系起来考察，从整体上去认识和把握研究对象的思维方法。分析是综合的基础，综合是分析的发展，两者是相互依存、相互渗透的。要完成逻辑推理过程，形成正确的判断，仅凭生物学的基础理论知识是不够的，还需学生对生物学现象、数据等进行分析、比较、综合，并运用已有的知识及逻辑推理规则，做出合理、正确的判断。因此，提高分析、比较、综合等辩证思维能力，才能确保逻辑推理的条理性、严谨性和准确性。

2.3 逻辑推理能力的训练需要典型的实例 逻辑推理能力的训练需要典型实例作为支撑。用于训练的实例越丰富、越典型，实例中知识间的逻辑关系就越容易外显，逻辑推理的方法和规则越容易掌握。长此以往，逻辑推理的条理性、严谨性、灵活性就会得到提升。实例可以是典型例题、实验数据，也可以是科学家所做的经典实验。在实例中要配有针对性、逻辑性强的问题来引导学生思考、讨论和推理判断。通过实例，还可以发现学生逻辑推理中的错误并进行纠正。可采用如下教学流程：①提出问题。学生了解摩尔根果蝇杂交实验，包括实验现象和提出问题。②建立假说。教师介绍XY型性别决定方式，学生思考讨论亲代雄性的X染色体和Y染色体向F1代、F2代遗传的规律，进而请学生运用类比推理提出假说解释白眼性状的遗传。③演绎推导。请学生用自己的假说对测交实验的理论预期结果进行演绎推理。④实验检验。教师告诉学生测交的真实结果，判断假说的真伪。当学生绘制遗传图解时，纠正他们可能出现的错误。⑤得出结论。

需要指出的是，逻辑推理能力的培养并非只局限在遗传学教学中。在高中生物学各个模块的教学中都可以渗透培养学生的逻辑推理能力，这有赖于教师科学的教学设计和严谨的教学实施。反过来，学生逻辑推理能力的提高，又可以更好地促进生物学知识的学习和科学探究能力的提高。