淺析生物學(xué)教學(xué)中常用的邏輯推理法

徐濤

摘要 列舉了高中生物教學(xué)中涉及到的邏輯學(xué)相關(guān)內(nèi)容，舉例闡述了類比推理、求異法、概率統(tǒng)計(jì)推理和假說演繹法在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 高中生物邏輯學(xué)推理法

中圖分類號(hào) C633. 91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

“邏輯”是一個(gè)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(xué)研究的主體是推理，推理是從一個(gè)或一些陳述得出另一個(gè)陳述的思維過程。生物學(xué)在發(fā)展過程中，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、科學(xué)的發(fā)現(xiàn)、理論的提出等均涉及到了邏輯學(xué)的應(yīng)用?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出，高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一是科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生能夠掌握歸納與概況、演繹與推理等方法。因此，教師應(yīng)當(dāng)在生物學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，并使其能熟練的運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)分析、假設(shè)提出、模型建構(gòu)、科學(xué)解釋中去。學(xué)習(xí)邏輯學(xué)的規(guī)律、方法不僅可以提高學(xué)生的認(rèn)知能力，使思維更加嚴(yán)謹(jǐn)，還能讓學(xué)生掌握科學(xué)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(xué)中常用的邏輯推理法。

1 類比推理

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

A對(duì)象具有屬性a、b、c、d;B對(duì)象具有屬性a、b、c。所以，B對(duì)象也具有屬性d。

所以，類比推理是根據(jù)2個(gè)或2類事物在一系列屬性上的相似，推出它們?cè)诹硪粋€(gè)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(xué)生熟悉的相似的事實(shí)或原理來解釋問題。生物學(xué)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(duì)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(shí)形象化、將深?yuàn)W的知識(shí)通俗化，有利于學(xué)生對(duì)問題的理解，進(jìn)而探究思考后，達(dá)到抽象知識(shí)的提升。學(xué)習(xí)時(shí)，教師可以先引出對(duì)象A（相似物），引導(dǎo)學(xué)生比較對(duì)象A與對(duì)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(shí)點(diǎn)講解完后，還可以問學(xué)生：“你還能找出與對(duì)象B相似的其他例子嗎？”在該過程中，學(xué)生不僅能鍛煉邏輯推理能力，還能進(jìn)一步發(fā)散思維，實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移。

此外，類比推理中還有模擬類比推理，即通過模型實(shí)驗(yàn)將一個(gè)對(duì)象的屬性、關(guān)系推廣到另一個(gè)對(duì)象的推理。其推理過程為：

A對(duì)象（原型）中a、b、c與d有R關(guān)系，B對(duì)象（原型）經(jīng)設(shè)計(jì)有a、b、c。所以，B對(duì)象a、b、c與d也有R關(guān)系。

模擬類比推理在生物科學(xué)研究發(fā)明中，有很廣泛的應(yīng)用。例如，在基因工程中，基于兩種生物遺傳物質(zhì)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(dǎo)致棉鈴蟲（d）死亡（R）。棉花細(xì)胞（B）原本無該性狀，如果經(jīng)設(shè)計(jì)后含有Bt毒蛋白基因，可以類比推理棉花細(xì)胞可能會(huì)合成毒蛋白導(dǎo)致棉鈴蟲死亡。基于這個(gè)推理，科學(xué)家通過反復(fù)試驗(yàn)研究，成功培育出轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。

教學(xué)中進(jìn)行類比推理時(shí)，教師要注意：①類比推理結(jié)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(duì)類比物之間的屬性要求不高。如果類比推理用來進(jìn)行科學(xué)研究推理，則兩個(gè)對(duì)象之間的相同屬性是本質(zhì)屬性最好。如果多用非本質(zhì)的屬性進(jìn)行類比，就會(huì)犯機(jī)械類比的邏輯錯(cuò)誤。

2 求異法

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

場(chǎng)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(chǎng)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(jié)果）。

例如，在光合作用發(fā)現(xiàn)歷程中，薩克斯利用天竺葵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究葉片在光下的產(chǎn)物。薩克斯對(duì)天竺葵進(jìn)行暗處理24 h后，對(duì)一個(gè)葉片一半進(jìn)行遮光處理，另一半曝光，然后再用碘液檢測(cè)淀粉的產(chǎn)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(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行推理：場(chǎng)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(chǎng)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(chǎn)物之一是淀粉）。

求異法的特點(diǎn)是“同中求異”，在運(yùn)用求異法時(shí)，要求在被研究現(xiàn)象出現(xiàn)和不出現(xiàn)的場(chǎng)合中只有一個(gè)情況不同，其余情況必須完全相同，這樣就能比較準(zhǔn)確地判明某個(gè)情況與所研究現(xiàn)象之間的因果關(guān)系。在應(yīng)用求異法時(shí)，教師要注意：①注意比較的兩個(gè)場(chǎng)合中是否還有其他變量在。如果忽視隱藏變量，則會(huì)導(dǎo)致探求不到被研究現(xiàn)象的真正原因。教師要求學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，注意把握單一變量原則。②注意比較兩個(gè)場(chǎng)合這個(gè)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(duì)象的全部原因。不同的單一變量實(shí)驗(yàn)可能得出的結(jié)論都不全面，需要做更全面的多因子影響實(shí)驗(yàn)才能得出更準(zhǔn)確的結(jié)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(duì)象具有某種屬性的頻率，來推出所有該類對(duì)象（或某個(gè)對(duì)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(duì)象，且其中有m個(gè)是P。所以，S類所有對(duì)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(duì)相對(duì)性狀的實(shí)驗(yàn)中，通過對(duì)F2的性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(gè)過程是通過統(tǒng)計(jì)個(gè)體屬性的數(shù)量，得出整體屬性的概率。由該結(jié)論還可以實(shí)現(xiàn)由整體的概率推出該類任一對(duì)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(jié)論。

在歸納推理過程中，樣本的選擇至關(guān)重要。在選擇樣本時(shí)，教師要注意以下原則：①量的原則，即盡可能擴(kuò)大所取樣本的量;②隨機(jī)原則，即要求選取樣本時(shí)不能是預(yù)設(shè)的;③分層抽樣原則，即如果該類對(duì)象中差異較大，則根據(jù)所研究問題的有關(guān)性質(zhì)，將其分成許多層（即多個(gè)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(shí)陳述和相關(guān)的科學(xué)理論，對(duì)未知事物或規(guī)律性提出假說，接著依據(jù)假說的觀點(diǎn)演繹出一個(gè)事實(shí)結(jié)論，然后經(jīng)過觀察或?qū)嶒?yàn)對(duì)該事實(shí)結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證的過程。其推理過程如圖1所示。

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

在推理時(shí)應(yīng)用假說一演繹法時(shí)，教師要注意：①因?yàn)榧僬f是針對(duì)不可直接觀察的事物或事物屬性之間的某種關(guān)系提出的，所以屬于理論假說。理論假說因?yàn)椴皇侵苯觼碓从诮?jīng)驗(yàn)，而是經(jīng)過了思維的創(chuàng)造，不能與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)直接對(duì)照，所以理論假說可通過演繹推理的方法間接加以檢驗(yàn)。②對(duì)于檢驗(yàn)假說來說，重要的不是檢驗(yàn)己知事實(shí)，而是檢驗(yàn)未知事實(shí)是否正確。假說只有能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未知的事實(shí)，才能使其理論觀點(diǎn)受到高度的支持。③假說的結(jié)果不一定都被證真，還有可能被證偽。但如果實(shí)驗(yàn)事實(shí)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(shí)、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(shí)還不足以修正成功，則可以證偽。

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