穆勒的探求因果聯系的邏輯方法“剩余法”與其在生物學探究性課題中的應用

程煒月

探究性課題中首先必須遵循一些基本的科學邏輯思想方法。英國邏輯學家、哲學家穆勒的穆勒“五法”中的一些辯證思想方法——判斷因果關系的歸納的邏輯思想，是探因類實驗設計題破解的有效方法。其中“剩余法”較為復雜，有時要綜合運用其他諸如“契合法”、“差異法”、“共變法”、“求同求異并用法”這些法則。但無論是經典探究實驗，還是學生自主探究實驗經常要用到，掌握其邏輯思想方法對學生完成從理論學習走向自己動手設計探究性實驗有指導作用。

1.經典實驗——肺炎雙球菌的轉化實驗“剩余法”的應用

1928年格里菲斯肺炎栓球菌轉化實驗推斷：S型肺炎雙球菌含有轉化因子。那么轉化因子到底是什么物質？

（1）是蛋白質嗎？當時，人們已經認識到蛋白質是由多種（20種）氨基酸連接而成的生物大分子，各種氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的結構多樣性的蛋白質，決定了蛋白質功能多樣。由于蛋白質本身是生命的體現者，更多的科學家聯想到：氨基酸多種多樣的排列順序，如果因此蘊含遺傳信息，作為遺傳物質的可能性很大。

（2）是糖類嗎？多糖類的莢膜，是s型肺炎雙球菌毒性的直接原因，是否是遺傳物質？

（3）是DNA嗎？而對含量較少的DNA的分子結構不甚了解，只知道，它是由4種不同的脫氧核苷酸組成，想象不出DNA怎么可以攜帶海量的遺傳信息。

綜上推測蛋白質為遺傳物質的觀點占主導地位。

……

1944年，艾弗里驗證遺傳物質的實驗思路就是把S型肺炎雙球菌的DNA、蛋白質、RNA、糖類等那些可能是遺傳物質的先行條件（物質）分別分離提取，觀察其對R型活菌的轉化效果，發現只有DNA具有轉化能力，其他物質均沒有轉化能力。而且隨著DNA純度越高，轉化效率就越有效；如果用DNA酶分解s型活菌的DNA形成脫氧核苷酸，就不能使R型菌發生轉化。顯然，DNA是遺傳物質，其他物質均不是。

在這個實驗中艾弗里應用了邏輯方法“剩余法”。

2.穆勒的“剩余法”

它是探求因果聯系的方法之一。已知被研究的某一復雜現象由某種復雜情況引起，將其中已確認有因果聯系的部分除開，則剩余的部分也有因果聯系。

把各種先行條件逐一加以分析，那些與被研究現象無關的因素（蛋白質、糖類、RNA、DNA+DNA酶）一一加以排除，而剩下的某一先行條件（DNA），則是被研究現象s型肺炎雙球菌轉化具有轉化能力的原因，再設計實驗確證。

剩余法的邏輯形式是：已知被研究的復合現象a、b、c、d的復合原因是A、B、C、D；已知B是b的原因，C是c的原因，D是d的原因，所以，A是a的原因。“剩余法”相對較復雜，因為它往往綜合應用了穆勒其他邏輯歸納法。

上述艾弗里“剩余法”實際上還綜合運用了其他四種邏輯歸納法，以證實DNA是肺炎雙球菌的轉化因子，是遺傳物質。

①求同法：契合法（即求同法）。

所有S型肺炎雙球菌的DNA出現場合，R型活菌均能轉化成s型肺炎雙球菌。或所有s型肺炎雙球菌DNA的沒有出現場合，R型活菌均不能能轉化成S型肺炎雙球菌。

契合法（即求同法）為：如果做了若干次實驗，出現了某種共同的生物現象，而在研究這幾次實驗中，只有一種因素是共同的，其余因素均不相同，那么這個共同的因素與被研究的生物現象之間存在因果聯系，若以A、B、C、D、E、F、G分別表示不同的因素，a是所要研究的現象，“契合法”可以用表1表示

所以，A與a有因果關系。

特點：異中求同。不過特別要注意各場合有無其他的共同情況，還要注意這些場合的研究共同現象是否關鍵。所以要注意以下兩點：

結論的可靠性和考查的場合數量有關。考察的場合越多，結論的可靠性越高；

有時在被研究的各個場合中，共同的因素并不只一個，因此，在觀察中就應當通過具體分析排除與被研究現象不相關的共同因素。

②求異法。

S型肺炎雙球菌的DNA存在時，具有轉化能力（出現S型肺炎雙球菌后代）；S型肺炎雙球菌的DNA不存在時（蛋白質/RNA/糖類/DNA水解產物等物質），不具有轉化能力（不出現S型肺炎雙球菌后代）。結論：DNA是轉化因子，DNA是遺傳物質。

求異法的一般邏輯思路為：

在被研究的現象出現場合與不出現的兩個對比場合之間只有一個因素不同，如果這個唯一不同的情況在被研究現象出現的場合中存在著，而在另一個場合中沒有這種因素作用的場合不存在，那么，這個因素與被研究的現象之間存在因果聯系，可用表2表示。

表2說明因素A與a現象之間存在因果關系。

特點：同中求異。求異法比求同法更可靠，相對其他探因類的邏輯歸納法簡便，在各類實驗中用得最多。

③共變法。

S型肺炎雙球菌的DNA的濃度越高，轉化效率越高。結論：DNA是轉化因子，DNA是遺傳物質。

共變法歸納原理可表述為：在某一現象（因素）發生一定程度的變化，另一現象也隨之發生一定程度的正相關或負相關性相關性變化，那么這兩個現象之間就存在因果關系。

設A1、A2、A3……是現象（因素）A的不同狀態，a1、a2、a3……是另一現象a的不同狀態，共變法可以用表3表示。

從表中不難看出A（自變量）與現象或因素a（因變量）之間存在因果關系。

④求同求異并用法。利用求同求異并用法例子見表4。

求同求異并用法：如果在被研究現象的若干場合（正事例組）中，只有一個共同的情況，而在被研究現象不出現的若干場合（負事例組）中，卻沒有這個情況，那么，這個情況就與被研究的現象之間有因果聯系。公式可表示為圖1所示。

3.DIY，利用“剩余法”進行生活實際的生物學探究性課題中因果聯系的嘗試

在生活中，經常要對復雜狀況不明原因的進行探究，機械故障、病因探查，不妨用“剩余法”破解。例如，有次生物課上學生蘇童左腮下部有疼痛感，自述食欲不佳……后來看了兩個醫生，一個醫生診斷為“扁桃體發炎”，配了數百元的殺菌藥；另一個專家診斷為感冒類病毒感染，又配了數百元的抑制感冒病毒的藥。家長吩咐，兩種藥都服用試試。

蘇童患的是感冒還是扁桃體發炎或左腮部炎癥，還是其他什么原因？

課后，師生一起觀察蘇童的左腮下部，皮膚外表面沒什么異樣；扁桃體也沒有紅腫現象，用高溫蒸煮殺菌過的筷子輕點扁桃體，也沒有疼痛感，若傷口上撒鹽，肯定會有痛感，所以沾取幾粒鹽輕點扁桃體，還是沒有疼痛感，說明扁桃體沒有炎性。學生發現其左邊臼齒為齲齒，是不是齲齒部發炎？再次用消毒后的筷子輕壓齲齒牙齦部，沒有疼痛感，沾取幾粒鹽粒也沒有疼痛感，可見也不是齲齒引起的發炎。看來可以不用服用殺菌藥了！

當天，蘇童沒有打噴嚏、流鼻涕、發熱等感冒癥狀，其他癥狀很不明顯。

第二天早晨，蘇童回校，其他學生發現他左腮下部略有腫大，會不會是流行性腮腺炎（俗稱“田雞鼓”）？聯想到班上陸續有學生得了流行陛腮腺炎而停課回家休息了，看來很可能是此病。咨詢了相關醫生后，確診是該病。建議蘇童回家隔離治療。在這個過程中，筆者不知不覺中與學生一起利用“剩余法”對生活實際中的生物學因果聯系進行了探究嘗試，。

綜上所述，利用“剩余法”進行因果推理時，對先行條件可能原因不應是簡單枚舉，而應該是原因的全集，否則結論未必正確，如上述實例中腮部疼痛的原因探究，如果缺少次日腮部略有腫大，然后對流行性腮腺炎的可能性判斷，就只能被誤診了。

在當代生命科學研究中，上述5種邏輯方法仍然有著重要的生命力，尤其是“剩余法”對較為復雜的原因探究中經常用到。教師自覺地掌握和運用這類邏輯方法，對于提高的探究能力、設計能力、分析能力和創新能力都是十分有益的。在生物學新課改教學，教師應當倡導和加強對學生這方面的教育。endprint