基于回溯推理的科学思维再培养

任莉莉

（浙江省宁波市同济中学 浙江宁波 315175）

1 回溯推理及其例证

回溯推理又称溯因推理、溯原推理，是根据因果联系和充分条件假言命题的逻辑性质，从已知后件（结果）推溯其前件（原因）的非演绎推理。作为一种推理形式，它早就存在于人类的思维之中，在侦破案件方面、科学发现方面和地球、天体的观察以及考古发掘方面等都有极为广泛的应用。

根据美国逻辑学家、实用主义创始人、回溯推理的奠基人皮尔斯的理论，回溯推理是除了演绎和归纳以外的第三种推理类型，是科学研究中的一种重要的思维方法。回溯产生假说、演绎预言假说、归纳评价假说，这三个逻辑推理共同完成了知识的创新与积累。之后的汉森、哈曼、洛伦佐·玛格纳尼等人都是在皮尔斯研究的基础上分别从不同视域对回溯推理进行了探析研究。皮尔斯对于回溯推理的经典论述是:某一令人惊异的现象C被观察到；若A是真的，C当然也是真的；因此，有理由怀疑A是真的。

现以肺炎双球菌活体转化实验为例进行说明。实验中，无论是活的R型菌还是加热杀死的S型菌，分别注射到小鼠体内都不能使小鼠患败血症；但是把死的S型菌和活的R型菌混合后注射到小鼠体内，小鼠却患败血症死亡，从患病致死的小鼠血液中竟然分离出活的S型菌。这就是“令人惊奇的实验现象C”。那么，活的S型菌到底是怎么来的呢？根据皮尔斯的论述:

①若加热杀死的S型菌复活，则现象C发生；

②若活的R型菌转化为S型菌，则现象C也发生。

因此，有理由怀疑上述两种原因都是真的。皮尔斯认为，回溯推理是一种非必然性、试错性的推理，其结论可以是假的。为进一步确认两种原因的真实性，将混合注射组与单独注射组对照分析:原因①不可能发生，原因②不能单独发生，进而成功推断出:在加热杀死的S型菌中，一定有一种物质能把R型菌转化为S型菌。

2 回溯推理与演绎推理、归纳推理的“逻辑”关系

皮尔斯认为回溯推理、演绎推理、归纳推理三者缺一不可，其逻辑关系可以进一步描述为:通过观察获得某一资料——对该资料运用回溯法提出假说进行解释——根据该解释假说进行演绎推理——最后归纳评价该解释假说。孟德尔定律的发现就完美地阐释了三者之间的关系。在孟德尔时代，盛行的达尔文的融合遗传理论（即子代的性状是由双亲的性状混合或融合而成，其表现的是双亲的中间类型；且杂合子后代中没有一定的分离比例）无法解释杂合子自交后代性状分离的现象，由此认为该假说是错误的，如图1所示。

图1 利用回溯推理否定融合遗传假说

孟德尔根据豌豆杂种后代出现的性状分离和自由组合等实验现象，通过回溯法得出颗粒遗传假说（即遗传因子互不融合，互不干扰，独立分离，自由组合，具有颗粒性，通过配子遗传给后代；杂交后代自交或测交，会出现性状分离且有一定的分离比），通过演绎（让F1杂合子进行测交）证明假说的正确性，最后通过归纳（多对性状多次实验）提出分离定律和自由组合定律，如图2所示。

图2 利用回溯推理证明颗粒遗传假说

整个过程可以概括为:从初始信息出发，通过回溯产生假说，然后依此假说为前提进行演绎推理:如果演绎的结果与预期的结果相符合，则强化了原假设，进入了归纳阶段；如果演绎的结果与预期的结果不相符，则必定产生了新的信息，则进入新一轮的回溯阶段。

3 在回溯推理中培养科学思维

3.1 批判性思维

回溯推理是基于一系列并不完整的信息作为推理基础的，很大程度上也依据推理人的背景知识和生活常识，这就决定了其不会成为如同演绎推理那样的保真推理，而只能是一个不断的选择性试错过程。那么，其前提是回溯者需要具备批判性思维，即基于充分的理性和客观事实而进行理论评估与客观评价的能力与意愿，不为感性和无事实根据的传闻所左右。回溯者首先要对已有的推理成果产生质疑，然后根据客观事实提出更可靠的解释。流动镶嵌模型的提出就是一个不断被修正和废止的过程。由戈特和格伦德尔的脂质双分子层模型、J.Danielli&H.Davson的三明治模型到罗伯特森的单位膜模型、桑格和尼克森的流动镶嵌模型（被大多数人所接受），再到Wallach的晶格镶嵌模型、Jain和怀特的板块镶嵌模型，这就是依据多样性的实验证据，在批判性思维与创新性思维的无限循环中，逐步将片段式的信息完整化，形成愈加成熟的理论的过程。

3.2 创造性思维

回溯推理大多是解释性的回溯，即对某一现象和规律进行解释的推理，因此其一般情形是基于初始材料产生合理、适当的解释性假说。但是，当这些解释性假说无法解释某一现象或规律时，则需超越原来的解释性假说而追求更高层次的创造性假说，如用回溯推理发现生长素的创造性思维（图3）。

图3 利用回溯推理发现生长素的创造性思维

生长素的发现并不是结束，而是又一个全新的开始。生长素作用机制的逐步研究和光感受器的发现能够更加深入地解释植物的向光性。由此可见，作为创造性假说并不意味着这一假说永远都是最合理的解释，而是需要被不断拓展、补充、更新的。在创造性假说提出与完善的过程中，创造性思维发挥着至关重要的作用。在解释植物向光性的原因中，不管是之前的“太阳的活动”“避免有毒气体”，还是后来的“化学物质假说”，它们之间都没有相关性，科学家们是依靠着创造性思维从多角度、多侧面、多结构去思考，既不受他人观点的限制，也不受现有知识的束缚，根据自身的实验结果，不断提出前无古人的新见解，这才有了一项项全新的成果。

3.3 逆向思维

从已知事实、现象或结果逆向深入地进行探究的逻辑方式，是回溯理论的最本质体现，也是回溯推理之所以能够与演绎、归纳独立存在的重要因素。在使用回溯法的过程中，回溯者也能不断提升逆向思维能力，独辟蹊径，解决常规思维难以解决的问题，或者在众多解决问题的方法中寻得最佳方法和途径。20世纪初，美国著名的遗传学家摩尔根用灰身长翅的雄果蝇（GGLL）与黑身残翅的雌果蝇（ggll）交配，将得到的F1雌果蝇与双隐性雄果蝇进行测交，结果惊奇地发现，大部分是灰身长翅和黑身残翅两种亲本型，且比例是1∶1。这一结果不符合孟德尔的自由组合定律。由此，摩尔根推断，灰身基因（G）与长翅基因（L）在染色体上连锁在一起，黑身基因（g）与残翅基因（l）连锁在一起。那么对于占少数的重组类型（黑身长翅和灰身残翅）又该如何解释呢？摩尔根又提出了染色体上的连锁基因还可以发生交换的假设。这些都体现出对现象产生之原因认识的逆推特征，即“理论把现象纳入体系中，而理论则‘以相反的方式’——‘逆推地’建立起来”。

4 运用回溯法指导解题

回溯推理不仅是一种重要的科学思维方式，也可作为一种巧妙的解题方法。

【例1】（2017年11月选考加试题）在黑暗条件下，将分离得到的类囊体放在pH=4的缓冲液中，使类囊体内外的pH相等，然后迅速转移到含有ADP和Pi的pH=8的缓冲溶液中，结果检测到有ATP的生成。根据实验分析，下列叙述正确的是 （ ）

A.实验中溶液的H+均来自于水的裂解

B.黑暗条件下植物叶肉细胞中的叶绿体可产生ATP

C.光照条件下植物细胞叶绿体中类囊体的腔内的H+浓度较高

D.若使类囊体的脂双层对H+的通透性增大，ATP生成量不变

解题步骤为:

①找出令人惊异的现象，即生成ATP。

②根据现象，通过回溯推理得到产生ATP的原因——类囊体内外存在H+浓度差，且内侧高于外侧。

③将此推理结果应用于选项C、D的判断。光照条件下，叶绿体中类囊体产生ATP与类囊体腔内H+浓度高有关；若使类囊体的脂双层对H+的通透性增大，ATP生成量改变，即C选项正确，D选项错误。

由此可见，对于很多信息题而言，回溯法能够挖掘隐藏信息，同时找到现象发生的可能原因，再将这些可能原因逐一应用于其他选项的判断，就题论题，不做其他没有根据的臆想，这样可以大大提高正确率。