逻辑学与生物教学.doc

逻辑学视野下的生物教学逻辑学是研究思维的科学。思维的基本单位是概念，思维的价值在于推理。在生物教学中应用逻辑学，可以从概念结构和概念间逻辑关系角度进行概念教学，指导学生应用生物知识进行科学推理。1 基于逻辑学概念结构的教学1.1 概念结构在逻辑学中，概念的结构包括名称、定义、内涵、外延、例证等。表1以生物学核心概念基因为例，说明逻辑学中概念结构。基因概念结构内 容名称基因定义具有遗传效应的DNA片段内涵控制转录的起始、终止以及决定转录RNA碱基序列外延核基因、质基因；等位基因、非等位基因；显性基因、隐性基因；例证人类红绿色盲基因、豌豆高茎基因表1：基因的概念结构新课程强调对核心概念的意义理解。针对生物学科中的不同核心概念及其特点，从概念结构入手，选取与之相适应的教学方法（见表2），促进学生对概念的理解，掌握学科主干知识。 概念结构教学的几个方面教学方法例如注意名称相似列表对比自养、异养；从不同的维度对比内涵复杂意义解读细胞周期辅助练习外延丰富采用轮状概念图基因例证多样举例同源染色体典型正例、特例以及反例选取的代表性表2：针对不同概念结构方面的教学方法1.2 概念间的逻辑关系 逻辑学中根据概念外延间关系，可以将概念间的关系分为“相容关系和不相容关系” ，前者包括“同一关系、包含关系、交叉关系” 等，后者包括“矛盾关系、反对关系” 等。同一关系指两个概念的外延完全重合，如染色质与染色体；包含关系指一概念的外延完全包含在另一概念的外延之中，如必需氨基酸包含于氨基酸外延之中；交叉关系是指两个概念的外延有部分重叠，如酶、激素都有化学本质是蛋白质的种类。矛盾关系是指两个概念的外延完全不同，且二者外延之和等于其属概念外延之和，如等位基因与非等位基因、有性生殖与无性生殖；反对关系是指两个概念的外延完全不同，且二者外延之和小于其属概念外延之和，如：寄生与共生。这些关系可以用逻辑学上的欧拉图解表示（如图1、2），使概念关系一目了然。通过概念外延确定概念间关系，有利于建构概念网络，从宏观形成概念体系，进一步建构认知结构，更加准确使用生物学语言。2 科学推理2.1 条件推理假言判断是常见的一种复合判断，分为充分条件假言判断、必要条件假言判断和充要条件假言判断，分别用“如果那么”、“只有才”和“当且仅当”等形式表示。条件推理又称假言三段论。用公式表示就是：如果P，那么QP发生所以Q还有一个逆否推理形式：如果P，那么Q；非Q所以非P。以上两个规则推出的结论都是有效的。实际推理中的以下两种情况是无效的：如果P，那么QQ发生所以P还有一个逆向推理形式：如果P，那么Q；非P所以非Q。在教学实践中，条件推理（特别是其中的逆向推理规则）存在的问题颇多。例如在学习了细胞质遗传后，常常遇到学生形成这样的错误规则：“因为呈现母系遗传特点，所以性状是由细胞质基因控制”。依据逻辑学条件推理，由“细胞质基因呈现母系遗传”可以推出以下两个有效结论：“某基因是细胞质基因，则其有母系遗传特点”、“没有出现母系遗传特点，则不是细胞质基因”。同时，“某基因不是细胞质基因，则其不具有母系遗传特点”、“出现母系遗传特点，则是细胞质基因”两个结论无效。教师的一般教学经验是，举出否定实例，推翻后边两个命题。其实，这些命题间的关系取决于条件间的逻辑关系。当P是Q的充分条件时，原命题及其逆否推理成立，其逆命题和否命题均不成立。只有当P是Q的充要条件时，原命题、逆命题、否命题以及逆否命题均成立。这样从逻辑角度理解类似推理问题，可以从本质上突破难点，事半功倍。2.2 推理的局限性笔者在一次公开课听到这样一段课堂对话：师：同学们看密码子表想一想，tRNA应该有多少种？生1：64种。生2：61种。师：请结合本节课所学的中心法则中碱基互补配对原则的相关知识判断，是61种还是64种？生：61种。这如果仅仅是用来作为运用碱基互补配对确定氨基酸种类进行逻辑推理，有一定的价值，但如果是作为科学结论，那么，方法是片面的，结论是错误的。高中新课程十分注重培养学生的科学探究能力。方法又是科学探究能力的重要因素之一。一个推理是否圆满，主要看两个方面。一是推理是否合乎逻辑规则（有效性），二是结论是否符合实际（正确性）。一个既有效又正确的推理才算是圆满的推理。 仅仅从密码子表按碱基互补配对原则推理，就得出tRNA有61种，满足推理的有效性，以此得出结论，无疑是夸大了推理的作用。在自然科学中，任何推论都需要实验验证的。而实际情况是，截止目前，人类在生物体仅发现31种tRNA，由此得出一个重要的结论tRNA反密码子与mRNA密码子配对的摆动性理论。可见在生物学中，