運用“類比推理”的邏輯思維方法建構“自養生物”概念

王 娜 賴邵華 韋艷艷

(廣西師范大學生命科學學院 桂林 541006)

新一輪基礎教育課程改革的重點是發展學生的核心素養。而實現這一目標首先需要將核心素養納入并深化到課程改革的過程中去，尤其是融入新的課程標準中[1]。本文運用“類比推理”的邏輯思維方法解讀“自養生物”。從而踐行生物學核心素養，發展學生理性思維，使學生更好地認識與理解“自養生物”這一概念。

1 類比推理

類比是指根據兩個研究對象的相同或相似方面，來推斷他們在其他方面一致性的一種思維方法和推理形式。換言之，類比不是一種主觀臆測，而是需要分別對兩個研究對象進行細致深入地分析，發現兩者的共同之處或者相似點，從而進行邏輯推斷，它們是否在某一方面也是一致的。當然，類比推理的結論不一定是正確的，只能說是一種科學假說，還需要進一步的實驗與驗證。

人教版高中生物學教材(以下簡稱“教材”)必修2中所呈現的薩頓對于基因位于染色體上的推理，就是生物學科中類比推理的典型實例。教材中指出：他將看不見的基因與看得見的染色體的行為進行類比，根據其驚人的一致性，提出基因位于染色體上的假說，而且這一假說后來也被美國生物學家摩爾根的果蠅雜交實驗所證明。

2 化能合成作用

教材必修1的“能量之源——光與光合作用”中提到了化能合成作用，并以硝化細菌為例進行具體闡述。在本節課的教學時首先需要注意的問題是：硝化細菌屬于自養型原核生物，是屬于一個“群體”概念，它包括了兩個完全不同的代謝群。即：在化能合成作用這一復雜的生化反應過程當中，是不同的硝化細菌在起作用。

硝化細菌的化能合成作用分為3步：①亞硝酸細菌(又稱氨氧化菌)將氨氧化成亞硝酸；②硝酸細菌(又稱亞硝酸氧化菌)將亞硝酸氧化成硝酸；③兩種硝化細菌能分別利用其上述無機物氧化過程中釋放的能量將二氧化碳和水合成為糖類，以維持自身正常的生命活動。硝化細菌的化能合成作用也叫硝化作用。其實，硫細菌、鐵細菌等其他少數種類的細菌，它們也有類似于硝化作用一樣的化能合成作用。所以，化能合成作用即自然界中少數種類的細菌，不是利用光能，而是利用體外環境中的某些無機物氧化時所釋放出來的化學能轉變為有機物的過程。

3 光合作用

在普通高中生物學課程標準(意見稿)中，光合作用屬于課程內容大概念2“細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖的”這一重要概念中的次位概念：說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，并將其轉化為細胞可利用的化學能儲存在有機分子中。教材用化學反應式概括了光合作用的過程。

4 “類比推理”建構“自養生物”

建構主義認為知識是學習者在一定的情境中，在他人的幫助下，利用一定的學習資源，通過意義建構的方式而獲得的。基于上述對光合作用與化能合成作用的認識與分析，并運用“類比推理”的邏輯思維方法，來幫助學生建構“自養生物”這一概念。

首先，在學習了光合作用與化能合成作用的相關知識之后，教師要引導學生分析光合作用與化能合成作用的相同點，會發現化能合成作用與綠色植物的光合作用一樣，也有著類似的物質與能量的變化，表現在：①物質方面：兩者最終都將二氧化碳和水轉變為糖類，都是從無機物到有機物的轉變；②能量方面：在整個反應過程當中都需要能量，且都有能量的轉變，光合作用將太陽能轉變為穩定的化學能儲存在糖類中；而化能合成作用則將無機物氧化時所釋放出來的化學能轉變為穩定的化學能儲存在糖類中。

其次，閱讀教材中有關“自養生物”的相關內容：綠色植物以光為能源、以二氧化碳為碳源合成糖類，糖類中儲存著由光能轉換來的能量。因此，綠色植物屬于自養生物。在教師的啟發下，學生運用“類比推理”的邏輯思維方法，掌握自養生物這一概念的本質，就能得出可進行化能合成作用的生物也是自養生物。為了構建“自養生物”這一概念的外延，進一步讓學生類比分析兩者的不同點。分析之后可以得出它們最大的不同就是能量的來源不同，光合作用的最終能量來源是太陽能，而化能合成作用的能量來源是無機物氧化時所釋放出來的化學能。同時，需要強化的是能進行光合作用并不是綠色植物的特權，像藍藻等一些原核生物，它們雖然沒有葉綠體但是有葉綠素、藻藍素等也可以進行光合作用。

最后，學生歸納總結：“自養生物”是指綠色植物、藍藻和少數種類的細菌以光能或無機物氧化時所釋放的化學能為能源，將環境中的二氧化碳和水等無機物合成為有機物，并且儲存能量的新陳代謝類型。從能量來源看，可以分為光能自養型和化能自養型。