高中生物學課堂教學中的類比推理方式

胡選萍

(陜西理工學院生物學科學與工程學院 漢中 723000)

1 結構相似性類比

結構相似性類比是指把一個新的抽象對象的結構屬性與一個熟悉的、形象對象的結構屬性之間，進行比較，將頭腦中已有對熟悉對象的結構屬性，遷移到目標概念的對應結構屬性上，達到對新概念意義的同化。

例如，人教版高中生物學教材《分子與細胞》第1章第1節中就明確強調：生物學是一個富有層次的結構體系，從細胞到組織、器官、系統和個體，從個體到種群、群落和生態系統，再到最大的生態系統——生物圈，無不涉及結構與組成，所以結構性知識是教學中的第一階梯的概念體系。對于這一層次的結構性知識，類比思維在學生概念理解與知識網絡體系建構中會發揮著重要的作用。第3章“細胞的基本結構”中把細胞類比作“繁忙的工廠”，各種細胞器比作“車間”；第3章第3節中將遺傳信息類比作生命活動的“藍圖”等。教學實踐中采用類比教學法，借助學生生活中熟悉的、有充分感知的經驗，創設認知的生長點，化解知識難點，提升學生創新思維。第6章第1節“細胞的增殖”中，染色體與染色質絲是細胞增殖周期中的兩種不同形態，分裂間期成散亂的染色質絲，分裂期則螺旋纏繞、縮短變粗為染色體，就像同一位學生上課時候是坐著的姿勢(形態A)，課間活動站著的或奔跑的姿勢(形態B)。通過這種類比將原本抽象、微觀的結構，轉化為具體的、宏觀的生活化原型，加深學生對“同一物質在生命活動不同時期的兩種不同形態”的理解，易于接受，且可激發學習的興趣。

2 功能相似性類比

結構與功能相統一，任何生物學結構必然具有特定功能。現行高中生物學教材非常重視生活經驗對學習的支持作用，設計了許多功能性類比的“范例”。

例如，在《現代生物科技專題》“基因工程”專題中，對于DNA連接酶與DNA聚合酶，由于兩者都是催化兩個脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵。所以，很多學生對兩者的功能容易混淆。教學中可采用“織毛衣”的類比，引導學生辨析兩者關系。DNA聚合酶的作用對象是單個脫氧核苷酸，相當于織毛衣的過程，結果形成的是毛衣的一部分(相當于DNA的一條鏈)；DNA連接酶的作用對象是游離的DNA片段，相當于將“毛衣的袖子”與“毛衣衣襟”連接起來，結果形成一條完整的毛衣(相當于一個完整的DNA分子)。通過這一類比，幫助學生認識兩種酶的作用對象與催化結果的差異，從而對知識理解得更深刻，應用更自如。再如，必修2第4章第1節“基因指導蛋白質的合成”，在學習蛋白質翻譯過程時，學生常常很困惑：到底是核糖體沿著mRNA移動？還是mRNA沿著核糖體移動？如果把這個過程比作“拉拉鏈”，mRNA相當于“鏈牙”，核糖體為“拉頭”，在拉拉鏈時，“鏈牙不動，拉頭在動”。通過這種形象化的類比，將抽象知識生活化，非常生動形象，學生很容易理解核糖體與mRNA之間的相對運動關系。

3 性質相似性類比

類比推理并不局限于生物結構與功能類知識的學習，有意識地在學生的生活經驗或學習經驗與生物學特性之間，建立有效鏈接，同樣可以為學生提供思維生長點，加強知識橫向比較與縱向聯想，促進知識同化與順應。

例如，教材《穩態和環境》第2章第2節“激素的特點”，關于激素運輸的“彌散性”與受體的“專一性”，由于生理特性本身的相對抽象性，學生不容易理解。教學過程中可以利用手機工作原理與激素傳遞特性之間的相似屬性，人為建立邏輯關聯。一部手機擁有一個對應號碼，當撥打這個號碼時，撥打的信號會向四周發散，雖然信號電波充滿整個空間，但只有對應號碼的手機才能接收到信號。激素的分泌與調節也同樣如此，某種特定的激素，由特定的內分泌腺分泌，攜帶特定的信號。該種激素一經分泌，就會進入全身各處血液，彌散在全身的體液中。人體雖然有成千上萬細胞，但唯獨特定的“靶細胞”能夠識別、接受信號，并做出反應。通過類比推理，將抽象的激素調節特性，轉化為學生熟悉的“手機打電話”特性，化抽象為具體，化深奧為淺顯，促進知識的意義同化。再如，教材第4章第2節“種群數量的變化”中：當種群數量為0～K/2時，種群的增長速度逐漸增加，直到最大；當種群數量為K/2～K時，種群的增長速度逐漸減小，直到為零；但種群數量一直處于持續增長狀態，直到達到環境最大容納量K值。由于種群的數量增長與增長速度之間并非一致性關系，學生理解起來有困難。教學中可借助于物理學的“加速度”與“速度”的性質進行類比：當加速度減小，但速度仍在增加；當加速度為零時，速度最大。利用學生學過的物理學知識作為類比源，強化學生對種群數量與種群增長速度這兩個生物學概念的辨析，也有助于學生思維發散，而且可促進不同學科內容間交叉融合，綜合解決問題。

4 關系相似性類比

生物學作為一個有機系統，必然涉及結構、功能和特性等之間縱橫交錯的復雜關系。這種關系不僅包括靜態穩定的要素層級關系，也包括動態發展的協變關系。它們是生物學知識網絡的節點，也是生物學核心概念建構的前提。通過恰當的相似性類比推理，闡釋要素間縱橫關系，梳理概念間復雜聯系，對于生物學認知結構建構具有不可或缺的作用。

例如，教材《穩態和環境》第2章第2節“激素的分級調節及反饋機制”屬于動態層級結構關系性知識。當機體受到寒冷等外界刺激，神經沖動傳到下丘腦，下丘腦分泌促甲狀腺激素釋放激素，該激素運輸到垂體，垂體釋放促甲狀腺激素，刺激甲狀腺分泌甲狀腺激素，提高細胞代謝速率，機體產生更多的熱量。當血液中甲狀腺激素增加到一定程度時，反過來抑制下丘腦與垂體分泌相關激素。教學過程中可以將激素的分級調節類比為學校的“教務管理層級關系”：學校校長管理教導主任，教導主任管理班主任，班主任管理學生，學生的學習情況及學業成就，又會上行反饋。通過相對宏觀的、學生能夠理解的信息管理與反饋調節模式，加深學生對生命活動中的信息傳遞及反饋調節的理解。又如，教材《分子與細胞》第5章“細胞的能量供應與利用”中，在進行單元總結或復習時，對于總光合作用強度、凈光合作用強度與呼吸作用強度這三個概念，由于相互間存在復雜的、動態協變關系，學生在思維上非常容易混淆，是學習中的難點。為了突破教學難點，可將三者之間比作一個“家庭的月收支變化關系”：總光合作用強度相當于一個家庭的每月總收入，呼吸作用強度相當于這個家庭一個月的開銷；凈光合作用強度相當于一個家庭的月存款。教師提問：這個家庭的月存款由什么來決定？學生很容易就理解“凈光合作用強度=總光合作用強度-呼吸作用強度”。通過這種“家庭收支變化關系”類比模型的建立，將抽象知識形象化，復雜知識生活化，幫助學生形象地理解光合作用與呼吸作用的動態變化關系。

5 邏輯相似性類比

邏輯相似性類比是指根據兩個或兩類對象，在內在邏輯關系方面的相似屬性，發現對應關系，從而完成映射推理的一種思維方式。