例析推理能力的培養

高躍才+林華云

新課程改革的基本理念之一是倡導探究性學習。《普通高中生物課程標準（實驗）》對發展高中學生的科學探究能力提出了多個方面的要求，其中包括：作出假設和預期；根據證據作出合理判斷；聽取他人的意見，利用證據和邏輯對自己的結論進行辯護以及作必要的反思和修改。

學生要作出合理假設，需要根據掌握的科學知識和生活經驗進行嚴謹的邏輯思維、想象等。同樣，學生要作出合理預期，需要根據假設對實驗結果進行嚴謹的邏輯思維。學生要能根據證據作出合理判斷，只有恰當地運用證據和邏輯思維，才能對探究的問題的因果關系作出正確的判斷，從而得出合理結論。學生在辯護自己的結論時，也需要嚴謹的邏輯思維。邏輯思維的方法包括系統分析法、數學方法、模型方法、分析和綜合、演繹、類比和歸納。其中，歸納、演繹和類比則屬于推理的三種重要類型。可見，培養學生的推理能力屬于發展學生科學探究能力的重要內容之一。

推理是指由一個或幾個已知的判斷（前提），推導出一個未知的結論的思維過程。進行探究活動時，學生可以利用已有的知識基礎，通過觀察、實驗、調查或者模擬得到的證據，進行嚴謹的推理，得出結論，而結論往往就是學生要獲取的知識。推理一般可分為三類：演繹推理、歸納推理和類比推理。

演繹推理是指前提蘊涵結論的推理，是一種由一個或若干個前提可以必然地推出結論的過程，如果前提是真實的，結論也必定是真實的。如，所有細胞生物都有DNA和RNA，細菌是由原核細胞構成，所以細菌有DNA和RNA。又如，人教版必修2教材中：達爾文提出自然選擇學說所進行的演繹。

歸納推理是以個別性知識為前提而推出一般性結論的推理，前提是一些關于個別事物或現象的判斷，而結論是關于該事物或現象的普遍性判斷。如，細菌有DNA和RNA，真菌細胞有DNA和RNA，動植物細胞有DNA和RNA，所以所有細胞生物都有DNA和RNA。

類比推理則是指根據兩個或兩類對象有部分屬性相同，從而推導出它們之間到其他屬性也相同的推理。如，原核細胞有DNA和RNA，以DNA為遺傳物質，真核細胞也有DNA和RNA，所以真核細胞也以DNA為遺傳物質。

下面通過教材處理和習題講評的一些實例，闡述培養學生推理能力的一些方法。

1 教材處理

【例1】 豌豆雜交實驗（一）假說——演繹法。

孟德爾在這種科學研究方法中嚴謹地運用了演繹推理，推導出F1的遺傳組成和它能產生的配子種類及其比例。但推理過程在哪里呢？學生能從教材中看到的，除了“是什么原因導致遺傳性狀在雜種后代中按一定的比例分離呢？”的引導性問題之外，就是孟德爾提出的假說內容了。在這個環節中，教師如果忽略或拋棄孟德爾建立在實驗數據基礎上的分析和推理，而純粹地介紹實驗數據和講述假說本身，學生是并不清楚到底推理的過程在哪里，又是怎么進行的。這樣不利于學生對知識的理解。其實教師在處理教材時，可以先介紹孟德爾通過單獨對豌豆7對相對性狀的實驗結果進行統計和歸納，發現：①無論正交還是反交，F1總表現為顯性（如高莖）；②F1自交產生的F2出現性狀分離，分離比為3：1（如高莖：矮莖=3：1）。“是什么原因導致遺傳性狀在雜種后代中按一定的比例分離呢？”孟德爾帶著這個問題，根據他的實驗結果做出以下假設：“生物的性狀由遺傳因子控制…每個因子決定一種特定的性狀、顯性基因、隱性基因……”然后引導學生站在孟德爾的角度去思考問題：

（1） 那么根據實驗結果和上述假設，孟德爾首先可以得出的結論是什么呢？教師以此引導學生思考，并得出“F1的遺傳組成應該是Dd”的結論。

（2） 既然“F1的遺傳組成應該是Dd”，那么是不是可以得出“體細胞中遺傳因子是成對存在的”的結論呢？

（3） 既然“體細胞中遺傳因子是成對存在的”，豌豆自然狀態下一般又都是純種，是不是可以確定親本的遺傳組成：高莖為DD，矮莖為dd呢？

（4） 既然“高莖為DD，矮莖為dd“，“F1的遺傳組成應該是Dd”，親本產生的花粉細胞和卵細胞的遺傳組成又應該是什么樣的呢？教師以此引導學生推理得出“生物體形成生殖細胞時，成對的遺傳因子彼此分離分別進入不同的配子中，配子中只含有每對遺傳因子中的一個”的結論。

（5） 由上述結論可進一步推出：F1（Dd）自交時，可以產生兩種類型的花粉細胞（D、d）和兩種類型的卵細胞（D、d），那么它們的比例應該分別是什么樣的，又是怎樣結合，才會出現“F1自交產生的F2出現性狀分離，分離比為3∶1”呢？然后告訴學生，孟德爾推導到這里，類比二項式定理，得出“F1產生兩種花粉細胞（D=d）、兩種卵細胞（D=d）并且受精時，雌雄配子的結合是隨機的”的結論。

這樣，學生既可以體驗演繹過程，還能想到按當時的科學發展水平，直接通過觀察證明（1）的假設是不可能的，而孟德爾巧妙地設計了測交，實際上是驗證由他的假設進一步演繹出來的推論，即“F1是Dd，可以產生兩種類型的配子，測交后代應該是高莖∶矮莖=1∶1”。只要這個推論驗證正確，假設也正確。

【例2】 運用類比推理和歸納推理總結滲透作用的內容。

教師結合問題探討的演示實驗，引導學生總結出有關滲透作用發生的兩個條件時，強調半透膜之所以具有半透性，是因為玻璃紙上的孔徑很小，水分子可以透過，蔗糖分子則不能。然后在“細胞的吸水和失水”中，提出以下問題引導學生思考：

（1） 從教材P60圖4-1看到，紅細胞可以吸水和失水。那這個現象是不是也通過滲透作用發生的呢？教師以此問題引導學生利用滲透作用發生的2個條件進行判斷。

（2） 紅細胞內外隔著一層細胞膜，能不能把它看成是一層半透膜呢？教師以此問題引導學生結合教材P61思考與討論的問題1思考，可得出細胞膜和玻璃紙具有共同的屬性——半透性，以及“紅細胞的吸水和失水也是通過滲透作用”的結論。endprint

（3） 其他動物細胞也有細胞膜，那是不是只要細胞內外存在濃度差，也可以發生滲透吸水或失水呢？教師引導學生注意教材的結論。

（4） 毛細血管壁由單層扁平細胞組成，毛細血管內外的水分子運輸是不是也通過滲透作用呢？教師引導學生分析這個過程水分子穿過了一層細胞（即兩層膜及其之間的細胞質）

（5） 動物細胞膜具有半透性，細菌細胞膜呢以及植物細胞膜是否也具有此特性？

（6） 成熟植物細胞具有的原生質層（強調細胞膜和液泡膜及兩層膜之間的細胞質）可不可以也看成是一層半透膜呢？教師以此問題引導學生通過探究實驗得出結論。

【例3】 運用歸納推理總結“DNA是主要的遺傳物質”的結論。

在證明“DNA是遺傳物質”的兩個經典實驗中，科學家所用的材料分別是肺炎雙球菌和噬菌體——兩種都含有DNA的生物，所以兩個實驗得出的結論都是：“DNA是遺傳物質”。然而，正如本節標題所示——“DNA是主要的遺傳物質”，如果教師在介紹兩個實驗之后，沒有引導學生進一步歸納，而直接用教材中“絕大多數生物的遺傳物質是DNA，少數生物的遺傳物質是RNA”的結論告訴學生，很多學生是無法對上述兩句話充分理解的。顯然要通過實驗一種一種地證明“DNA是不是遺傳物質”是不可能的。所以，教師應該引導學生進行不完全歸納，例如在介紹兩個實驗之后，可以向學生提出以下問題：

（1） 結合必修1所學知識想一想，為什么DNA能夠作為遺傳物質？教師可引導學生從DNA特有的結構回答。

（2） 既然這樣，含有DNA的生物是不是都通過DNA攜帶遺傳信息傳遞給子代？

（3） 那么，自然界中有哪些生物含有DNA呢？教師引導學生回顧自然界生物的兩大種類：非細胞生物和細胞生物。

最后可引導學生歸納出“凡是含有DNA的生物，DNA是遺傳物質”、“絕大多數生物的遺傳物質是DNA”、“所有細胞生物的遺傳物質是DNA”等結論。

2 習題講評

【例4】 （2011泉州質檢理科綜合）某種綿羊有角（H）對無角（h）為顯性。某科研機構利用純種綿羊進行雜交實驗1、2，結果如表1，請分析回答。

（1） 實驗結果表明：

① 控制綿羊有角、無角的等位基因（H、h）位于

染色體上。

② F1雌、雄羊基因型為 ；

（2） 請寫出F2無角雌羊的基因型及比例 。

（3） 若需進行測交實驗以驗證上述有關推測時，既可讓F1有角雄羊與多只純種無角雌羊雜交，也可

，預期測交子代雌、雄羊的表現型及比例為 。

解析：首先引導學生以親本都為“純種綿羊”和已有的知識基礎——“控制性狀的基因有的分布在常染色體上，有的分布在性染色體上”（細胞質遺傳高中階段不作要求），進行如下分析：

若位于常染色體，則：①正交：♀顯性HH×♂隱性aa→全顯Hh（其中♀=♂）；

② 反交：♀隱性hh×♂顯性HH→全顯Hh（其中♀=♂）。

結論1：無論正交還是反交，產生的子代都一樣，不表現出與性別相關聯的現象。

若位于X染色體，則：①正交：♀顯性XHXH×♂隱性XhY→全顯（♀XHXh=♂XHY）；

②反交：♀隱性（XhXh）×♂顯性（XHY）→顯（♀XHXh）=隱（♂XhY）。

結論2：正交和反交產生的子代不一樣，表現出與性別相關聯的現象。

然后引導學生進行如圖1所示的演繹：

如上述推理正確，學生必然會產生疑問：雜合子雄羊表現為有角，雜合子雌羊卻表現為無角？這個疑問不就是“假說”嗎？教師再進一步引導學生以這個“假說”和F2的實驗結果為前提進一步演繹如圖2所示。

不難發現，用這個假說來解釋F2的實驗結果是解釋得通的。所以最后就是驗證，即讓F1有角雄羊與隱性純合子（多只純種無角雌羊hh）測交，或者多只F1無角雌羊與隱性純合子（無角雄羊）測交。

答案：（1）①常 ②Hh

（2）Hh∶hh=2∶1

（3）多只F1無角雌羊與無角雄羊雜交 雄羊既有有角又有無角，比例為1∶1雌羊全為無角

總之，要達到使學生學會進行嚴謹的推理，獲取相關知識的教學目標，不是一件可以一蹴而就的事，教師要善于挖掘課堂教學資源，引導學生養成羅列和整理“前提”的習慣。endprint