淺析生物學教學中常用的邏輯推理法

徐濤

摘要 列舉了高中生物教學中涉及到的邏輯學相關內容，舉例闡述了類比推理、求異法、概率統(tǒng)計推理和假說演繹法在高中生物教學中的應用。

關鍵詞 高中生物邏輯學推理法

中圖分類號 C633. 91

文獻標志碼B

“邏輯”是一個外來詞，它是英文Logic的音譯，其原意是指思想、言辭、理性、規(guī)律性等。邏輯學研究的主體是推理，推理是從一個或一些陳述得出另一個陳述的思維過程。生物學在發(fā)展過程中，實驗的設計、科學的發(fā)現(xiàn)、理論的提出等均涉及到了邏輯學的應用。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》提出，高中生物學學科核心素養(yǎng)之一是科學思維，培養(yǎng)學生能夠掌握歸納與概況、演繹與推理等方法。因此，教師應當在生物學教學中培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，并使其能熟練的運用到實驗分析、假設提出、模型建構、科學解釋中去。學習邏輯學的規(guī)律、方法不僅可以提高學生的認知能力，使思維更加嚴謹，還能讓學生掌握科學研究的工具，有利于創(chuàng)新能力的提高。下面介紹幾種高中生物教學中常用的邏輯推理法。

1 類比推理

類比推理指根據(jù)兩個對象A和B都有若干相同屬性，并且A還有另外某個屬性，推出對象B也具有這個屬性。它的推理過程為：

A對象具有屬性a、b、c、d;B對象具有屬性a、b、c。所以，B對象也具有屬性d。

所以，類比推理是根據(jù)2個或2類事物在一系列屬性上的相似，推出它們在另一個或另一類屬性上也相似的推理形式。類比推理是一種重要的說明方法，方便教師通過列舉學生熟悉的相似的事實或原理來解釋問題。生物學很多現(xiàn)象微觀而抽象，為此教師要能從身邊的事例中，找到與要解釋的對象相似的例子，即為了更通俗地講解“B”的屬性，教師要善于去尋找相似物“A”。高中生物教材中的幾種類比推理案例見表l。

教師利用類比推理法，可以將抽象的知識形象化、將深奧的知識通俗化，有利于學生對問題的理解，進而探究思考后，達到抽象知識的提升。學習時，教師可以先引出對象A（相似物），引導學生比較對象A與對象B之間有哪些相同的屬性，然后再介紹A的d屬性，類比推理出B也有d屬性。在該知識點講解完后，還可以問學生：“你還能找出與對象B相似的其他例子嗎？”在該過程中，學生不僅能鍛煉邏輯推理能力，還能進一步發(fā)散思維，實現(xiàn)知識遷移。

此外，類比推理中還有模擬類比推理，即通過模型實驗將一個對象的屬性、關系推廣到另一個對象的推理。其推理過程為：

A對象（原型）中a、b、c與d有R關系，B對象（原型）經設計有a、b、c。所以，B對象a、b、c與d也有R關系。

模擬類比推理在生物科學研究發(fā)明中，有很廣泛的應用。例如，在基因工程中，基于兩種生物遺傳物質組成相同和共用一套密碼子等理論前提下，蘇云金芽孢桿菌（A）中有Bt毒蛋白基因（a），能合成毒蛋白導致棉鈴蟲（d）死亡（R）。棉花細胞（B）原本無該性狀，如果經設計后含有Bt毒蛋白基因，可以類比推理棉花細胞可能會合成毒蛋白導致棉鈴蟲死亡。基于這個推理，科學家通過反復試驗研究，成功培育出轉基因抗蟲棉。

教學中進行類比推理時，教師要注意：①類比推理結論不一定是真，只是具有一定程度的可靠度，還受類比物之間的前提屬性、規(guī)模等條件限制;②如果類比推理用來作為一種說明方法，如表1中的事例，對類比物之間的屬性要求不高。如果類比推理用來進行科學研究推理，則兩個對象之間的相同屬性是本質屬性最好。如果多用非本質的屬性進行類比，就會犯機械類比的邏輯錯誤。

2 求異法

求異法是“穆勒五法”之一，指如果在被研究對象出現(xiàn)和不出現(xiàn)的兩個場合中，僅有一個情況不同且僅出現(xiàn)在被研究現(xiàn)象存在的場合，那么，這個唯一不同的情況是該被研究現(xiàn)象的原因（或結果）。其推理過程為：

場合一中，有先行現(xiàn)象（或伴隨現(xiàn)象）A，有被研究現(xiàn)象a;場合二中，無先行現(xiàn)象（或伴隨現(xiàn)象）A，無被研究現(xiàn)象a。所以，A是a的原因（或結果）。

例如，在光合作用發(fā)現(xiàn)歷程中，薩克斯利用天竺葵進行實驗，探究葉片在光下的產物。薩克斯對天竺葵進行暗處理24 h后，對一個葉片一半進行遮光處理，另一半曝光，然后再用碘液檢測淀粉的產生。最后發(fā)現(xiàn)，有光照的一半有淀粉生成，無光照的一半沒有淀粉生成。薩克斯對實驗現(xiàn)象進行推理：場合一中，先行現(xiàn)象（或伴隨現(xiàn)象）是光照、綠色葉片、水、CO2，被研究的現(xiàn)象是有淀粉生成;場合二中，先行現(xiàn)象（或伴隨現(xiàn)象）是無光照、綠色葉片、水、CO2，被研究的現(xiàn)象是無淀粉生成。所以，光照是淀粉生成的原因（光合作用產物之一是淀粉）。

求異法的特點是“同中求異”，在運用求異法時，要求在被研究現(xiàn)象出現(xiàn)和不出現(xiàn)的場合中只有一個情況不同，其余情況必須完全相同，這樣就能比較準確地判明某個情況與所研究現(xiàn)象之間的因果關系。在應用求異法時，教師要注意：①注意比較的兩個場合中是否還有其他變量在。如果忽視隱藏變量，則會導致探求不到被研究現(xiàn)象的真正原因。教師要求學生在設計實驗或分析實驗時，注意把握單一變量原則。②注意比較兩個場合這個唯一不同的情況是全部原因還是部分原因。如若是部分原因，就要繼續(xù)探求被研究對象的全部原因。不同的單一變量實驗可能得出的結論都不全面，需要做更全面的多因子影響實驗才能得出更準確的結論。

3 概率歸納推理

概率歸納推理：根據(jù)某類事物己觀察到的部分對象具有某種屬性的頻率，來推出所有該類對象（或某個對象）也具有這種屬性的概率的推理。其推理過程為：

SI是P，S2不是P，S3不是P……Sn是（或不是）P。S1，S2，S3，…，Sn是S類部分對象，且其中有m個是P。所以，S類所有對象是P的概率為m/n。

在遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程中，孟德爾使用了這種推理形式。在一對相對性狀的實驗中，通過對F2的性狀進行統(tǒng)計，得到F2中顯性性狀的概率為3/4，隱性性狀的概率為1/4。這個過程是通過統(tǒng)計個體屬性的數(shù)量，得出整體屬性的概率。由該結論還可以實現(xiàn)由整體的概率推出該類任一對象具有該屬性的概率。如現(xiàn)得到一粒F.植株上的種子，可推理出將來其發(fā)育為顯性性狀的概率是3/4，隱性性狀的概率是1/4的結論。

在歸納推理過程中，樣本的選擇至關重要。在選擇樣本時，教師要注意以下原則：①量的原則，即盡可能擴大所取樣本的量;②隨機原則，即要求選取樣本時不能是預設的;③分層抽樣原則，即如果該類對象中差異較大，則根據(jù)所研究問題的有關性質，將其分成許多層（即多個小類），再從各層中選取樣本。

4 假說一演繹法

假說一演繹法是指根據(jù)已有的事實陳述和相關的科學理論，對未知事物或規(guī)律性提出假說，接著依據(jù)假說的觀點演繹出一個事實結論，然后經過觀察或實驗對該事實結論進行驗證的過程。其推理過程如圖1所示。

例如，DNA復制方式的發(fā)現(xiàn)過程科學家們就利用了假說一演繹法，如圖2所示。

在推理時應用假說一演繹法時，教師要注意：①因為假說是針對不可直接觀察的事物或事物屬性之間的某種關系提出的，所以屬于理論假說。理論假說因為不是直接來源于經驗，而是經過了思維的創(chuàng)造，不能與經驗知識直接對照，所以理論假說可通過演繹推理的方法間接加以檢驗。②對于檢驗假說來說，重要的不是檢驗己知事實，而是檢驗未知事實是否正確。假說只有能準確預測未知的事實，才能使其理論觀點受到高度的支持。③假說的結果不一定都被證真，還有可能被證偽。但如果實驗事實是假的，也不要輕易斷定被證偽。假說還可以通過修改先行條件、增加背景知識、提出不同的輔助性假說來消化異常性事例，使自己免于被證偽。如果根據(jù)目前的理論知識還不足以修正成功，則可以證偽。

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