例析推理能力的培养

高跃才+林华云

新课程改革的基本理念之一是倡导探究性学习。《普通高中生物课程标准（实验）》对发展高中学生的科学探究能力提出了多个方面的要求，其中包括：作出假设和预期；根据证据作出合理判断；听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护以及作必要的反思和修改。

学生要作出合理假设，需要根据掌握的科学知识和生活经验进行严谨的逻辑思维、想象等。同样，学生要作出合理预期，需要根据假设对实验结果进行严谨的逻辑思维。学生要能根据证据作出合理判断，只有恰当地运用证据和逻辑思维，才能对探究的问题的因果关系作出正确的判断，从而得出合理结论。学生在辩护自己的结论时，也需要严谨的逻辑思维。逻辑思维的方法包括系统分析法、数学方法、模型方法、分析和综合、演绎、类比和归纳。其中，归纳、演绎和类比则属于推理的三种重要类型。可见，培养学生的推理能力属于发展学生科学探究能力的重要内容之一。

推理是指由一个或几个已知的判断（前提），推导出一个未知的结论的思维过程。进行探究活动时，学生可以利用已有的知识基础，通过观察、实验、调查或者模拟得到的证据，进行严谨的推理，得出结论，而结论往往就是学生要获取的知识。推理一般可分为三类：演绎推理、归纳推理和类比推理。

演绎推理是指前提蕴涵结论的推理，是一种由一个或若干个前提可以必然地推出结论的过程，如果前提是真实的，结论也必定是真实的。如，所有细胞生物都有DNA和RNA，细菌是由原核细胞构成，所以细菌有DNA和RNA。又如，人教版必修2教材中：达尔文提出自然选择学说所进行的演绎。

归纳推理是以个别性知识为前提而推出一般性结论的推理，前提是一些关于个别事物或现象的判断，而结论是关于该事物或现象的普遍性判断。如，细菌有DNA和RNA，真菌细胞有DNA和RNA，动植物细胞有DNA和RNA，所以所有细胞生物都有DNA和RNA。

类比推理则是指根据两个或两类对象有部分属性相同，从而推导出它们之间到其他属性也相同的推理。如，原核细胞有DNA和RNA，以DNA为遗传物质，真核细胞也有DNA和RNA，所以真核细胞也以DNA为遗传物质。

下面通过教材处理和习题讲评的一些实例，阐述培养学生推理能力的一些方法。

1 教材处理

【例1】 豌豆杂交实验（一）假说——演绎法。

孟德尔在这种科学研究方法中严谨地运用了演绎推理，推导出F1的遗传组成和它能产生的配子种类及其比例。但推理过程在哪里呢？学生能从教材中看到的，除了“是什么原因导致遗传性状在杂种后代中按一定的比例分离呢？”的引导性问题之外，就是孟德尔提出的假说内容了。在这个环节中，教师如果忽略或抛弃孟德尔建立在实验数据基础上的分析和推理，而纯粹地介绍实验数据和讲述假说本身，学生是并不清楚到底推理的过程在哪里，又是怎么进行的。这样不利于学生对知识的理解。其实教师在处理教材时，可以先介绍孟德尔通过单独对豌豆7对相对性状的实验结果进行统计和归纳，发现：①无论正交还是反交，F1总表现为显性（如高茎）；②F1自交产生的F2出现性状分离，分离比为3：1（如高茎：矮茎=3：1）。“是什么原因导致遗传性状在杂种后代中按一定的比例分离呢？”孟德尔带着这个问题，根据他的实验结果做出以下假设：“生物的性状由遗传因子控制…每个因子决定一种特定的性状、显性基因、隐性基因……”然后引导学生站在孟德尔的角度去思考问题：

（1） 那么根据实验结果和上述假设，孟德尔首先可以得出的结论是什么呢？教师以此引导学生思考，并得出“F1的遗传组成应该是Dd”的结论。

（2） 既然“F1的遗传组成应该是Dd”，那么是不是可以得出“体细胞中遗传因子是成对存在的”的结论呢？

（3） 既然“体细胞中遗传因子是成对存在的”，豌豆自然状态下一般又都是纯种，是不是可以确定亲本的遗传组成：高茎为DD，矮茎为dd呢？

（4） 既然“高茎为DD，矮茎为dd“，“F1的遗传组成应该是Dd”，亲本产生的花粉细胞和卵细胞的遗传组成又应该是什么样的呢？教师以此引导学生推理得出“生物体形成生殖细胞时，成对的遗传因子彼此分离分别进入不同的配子中，配子中只含有每对遗传因子中的一个”的结论。

（5） 由上述结论可进一步推出：F1（Dd）自交时，可以产生两种类型的花粉细胞（D、d）和两种类型的卵细胞（D、d），那么它们的比例应该分别是什么样的，又是怎样结合，才会出现“F1自交产生的F2出现性状分离，分离比为3∶1”呢？然后告诉学生，孟德尔推导到这里，类比二项式定理，得出“F1产生两种花粉细胞（D=d）、两种卵细胞（D=d）并且受精时，雌雄配子的结合是随机的”的结论。

这样，学生既可以体验演绎过程，还能想到按当时的科学发展水平，直接通过观察证明（1）的假设是不可能的，而孟德尔巧妙地设计了测交，实际上是验证由他的假设进一步演绎出来的推论，即“F1是Dd，可以产生两种类型的配子，测交后代应该是高茎∶矮茎=1∶1”。只要这个推论验证正确，假设也正确。

【例2】 运用类比推理和归纳推理总结渗透作用的内容。

教师结合问题探讨的演示实验，引导学生总结出有关渗透作用发生的两个条件时，强调半透膜之所以具有半透性，是因为玻璃纸上的孔径很小，水分子可以透过，蔗糖分子则不能。然后在“细胞的吸水和失水”中，提出以下问题引导学生思考：

（1） 从教材P60图4-1看到，红细胞可以吸水和失水。那这个现象是不是也通过渗透作用发生的呢？教师以此问题引导学生利用渗透作用发生的2个条件进行判断。

（2） 红细胞内外隔着一层细胞膜，能不能把它看成是一层半透膜呢？教师以此问题引导学生结合教材P61思考与讨论的问题1思考，可得出细胞膜和玻璃纸具有共同的属性——半透性，以及“红细胞的吸水和失水也是通过渗透作用”的结论。endprint

（3） 其他动物细胞也有细胞膜，那是不是只要细胞内外存在浓度差，也可以发生渗透吸水或失水呢？教师引导学生注意教材的结论。

（4） 毛细血管壁由单层扁平细胞组成，毛细血管内外的水分子运输是不是也通过渗透作用呢？教师引导学生分析这个过程水分子穿过了一层细胞（即两层膜及其之间的细胞质）

（5） 动物细胞膜具有半透性，细菌细胞膜呢以及植物细胞膜是否也具有此特性？

（6） 成熟植物细胞具有的原生质层（强调细胞膜和液泡膜及两层膜之间的细胞质）可不可以也看成是一层半透膜呢？教师以此问题引导学生通过探究实验得出结论。

【例3】 运用归纳推理总结“DNA是主要的遗传物质”的结论。

在证明“DNA是遗传物质”的两个经典实验中，科学家所用的材料分别是肺炎双球菌和噬菌体——两种都含有DNA的生物，所以两个实验得出的结论都是：“DNA是遗传物质”。然而，正如本节标题所示——“DNA是主要的遗传物质”，如果教师在介绍两个实验之后，没有引导学生进一步归纳，而直接用教材中“绝大多数生物的遗传物质是DNA，少数生物的遗传物质是RNA”的结论告诉学生，很多学生是无法对上述两句话充分理解的。显然要通过实验一种一种地证明“DNA是不是遗传物质”是不可能的。所以，教师应该引导学生进行不完全归纳，例如在介绍两个实验之后，可以向学生提出以下问题：

（1） 结合必修1所学知识想一想，为什么DNA能够作为遗传物质？教师可引导学生从DNA特有的结构回答。

（2） 既然这样，含有DNA的生物是不是都通过DNA携带遗传信息传递给子代？

（3） 那么，自然界中有哪些生物含有DNA呢？教师引导学生回顾自然界生物的两大种类：非细胞生物和细胞生物。

最后可引导学生归纳出“凡是含有DNA的生物，DNA是遗传物质”、“绝大多数生物的遗传物质是DNA”、“所有细胞生物的遗传物质是DNA”等结论。

2 习题讲评

【例4】 （2011泉州质检理科综合）某种绵羊有角（H）对无角（h）为显性。某科研机构利用纯种绵羊进行杂交实验1、2，结果如表1，请分析回答。

（1） 实验结果表明：

① 控制绵羊有角、无角的等位基因（H、h）位于

染色体上。

② F1雌、雄羊基因型为 ；

（2） 请写出F2无角雌羊的基因型及比例 。

（3） 若需进行测交实验以验证上述有关推测时，既可让F1有角雄羊与多只纯种无角雌羊杂交，也可

，预期测交子代雌、雄羊的表现型及比例为 。

解析：首先引导学生以亲本都为“纯种绵羊”和已有的知识基础——“控制性状的基因有的分布在常染色体上，有的分布在性染色体上”（细胞质遗传高中阶段不作要求），进行如下分析：

若位于常染色体，则：①正交：♀显性HH×♂隐性aa→全显Hh（其中♀=♂）；

② 反交：♀隐性hh×♂显性HH→全显Hh（其中♀=♂）。

结论1：无论正交还是反交，产生的子代都一样，不表现出与性别相关联的现象。

若位于X染色体，则：①正交：♀显性XHXH×♂隐性XhY→全显（♀XHXh=♂XHY）；

②反交：♀隐性（XhXh）×♂显性（XHY）→显（♀XHXh）=隐（♂XhY）。

结论2：正交和反交产生的子代不一样，表现出与性别相关联的现象。

然后引导学生进行如图1所示的演绎：

如上述推理正确，学生必然会产生疑问：杂合子雄羊表现为有角，杂合子雌羊却表现为无角？这个疑问不就是“假说”吗？教师再进一步引导学生以这个“假说”和F2的实验结果为前提进一步演绎如图2所示。

不难发现，用这个假说来解释F2的实验结果是解释得通的。所以最后就是验证，即让F1有角雄羊与隐性纯合子（多只纯种无角雌羊hh）测交，或者多只F1无角雌羊与隐性纯合子（无角雄羊）测交。

答案：（1）①常 ②Hh

（2）Hh∶hh=2∶1

（3）多只F1无角雌羊与无角雄羊杂交 雄羊既有有角又有无角，比例为1∶1雌羊全为无角

总之，要达到使学生学会进行严谨的推理，获取相关知识的教学目标，不是一件可以一蹴而就的事，教师要善于挖掘课堂教学资源，引导学生养成罗列和整理“前提”的习惯。endprint