浅析生物学教学中常用的逻辑推理法

徐涛

摘要 列举了高中生物教学中涉及到的逻辑学相关内容，举例阐述了类比推理、求异法、概率统计推理和假说演绎法在高中生物教学中的应用。

关键词 高中生物逻辑学推理法

中图分类号 C633. 91

文献标志码B

“逻辑”是一个外来词，它是英文Logic的音译，其原意是指思想、言辞、理性、规律性等。逻辑学研究的主体是推理，推理是从一个或一些陈述得出另一个陈述的思维过程。生物学在发展过程中，实验的设计、科学的发现、理论的提出等均涉及到了逻辑学的应用。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提出，高中生物学学科核心素养之一是科学思维，培养学生能够掌握归纳与概况、演绎与推理等方法。因此，教师应当在生物学教学中培养学生的逻辑思维能力，并使其能熟练的运用到实验分析、假设提出、模型建构、科学解释中去。学习逻辑学的规律、方法不仅可以提高学生的认知能力，使思维更加严谨，还能让学生掌握科学研究的工具，有利于创新能力的提高。下面介绍几种高中生物教学中常用的逻辑推理法。

1 类比推理

类比推理指根据两个对象A和B都有若干相同属性，并且A还有另外某个属性，推出对象B也具有这个属性。它的推理过程为：

A对象具有属性a、b、c、d;B对象具有属性a、b、c。所以，B对象也具有属性d。

所以，类比推理是根据2个或2类事物在一系列属性上的相似，推出它们在另一个或另一类属性上也相似的推理形式。类比推理是一种重要的说明方法，方便教师通过列举学生熟悉的相似的事实或原理来解释问题。生物学很多现象微观而抽象，为此教师要能从身边的事例中，找到与要解释的对象相似的例子，即为了更通俗地讲解“B”的属性，教师要善于去寻找相似物“A”。高中生物教材中的几种类比推理案例见表l。

教师利用类比推理法，可以将抽象的知识形象化、将深奥的知识通俗化，有利于学生对问题的理解，进而探究思考后，达到抽象知识的提升。学习时，教师可以先引出对象A（相似物），引导学生比较对象A与对象B之间有哪些相同的属性，然后再介绍A的d属性，类比推理出B也有d属性。在该知识点讲解完后，还可以问学生：“你还能找出与对象B相似的其他例子吗？”在该过程中，学生不仅能锻炼逻辑推理能力，还能进一步发散思维，实现知识迁移。

此外，类比推理中还有模拟类比推理，即通过模型实验将一个对象的属性、关系推广到另一个对象的推理。其推理过程为：

A对象（原型）中a、b、c与d有R关系，B对象（原型）经设计有a、b、c。所以，B对象a、b、c与d也有R关系。

模拟类比推理在生物科学研究发明中，有很广泛的应用。例如，在基因工程中，基于两种生物遗传物质组成相同和共用一套密码子等理论前提下，苏云金芽孢杆菌（A）中有Bt毒蛋白基因（a），能合成毒蛋白导致棉铃虫（d）死亡（R）。棉花细胞（B）原本无该性状，如果经设计后含有Bt毒蛋白基因，可以类比推理棉花细胞可能会合成毒蛋白导致棉铃虫死亡。基于这个推理，科学家通过反复试验研究，成功培育出转基因抗虫棉。

教学中进行类比推理时，教师要注意：①类比推理结论不一定是真，只是具有一定程度的可靠度，还受类比物之间的前提属性、规模等条件限制;②如果类比推理用来作为一种说明方法，如表1中的事例，对类比物之间的属性要求不高。如果类比推理用来进行科学研究推理，则两个对象之间的相同属性是本质属性最好。如果多用非本质的属性进行类比，就会犯机械类比的逻辑错误。

2 求异法

求异法是“穆勒五法”之一，指如果在被研究对象出现和不出现的两个场合中，仅有一个情况不同且仅出现在被研究现象存在的场合，那么，这个唯一不同的情况是该被研究现象的原因（或结果）。其推理过程为：

场合一中，有先行现象（或伴随现象）A，有被研究现象a;场合二中，无先行现象（或伴随现象）A，无被研究现象a。所以，A是a的原因（或结果）。

例如，在光合作用发现历程中，萨克斯利用天竺葵进行实验，探究叶片在光下的产物。萨克斯对天竺葵进行暗处理24 h后，对一个叶片一半进行遮光处理，另一半曝光，然后再用碘液检测淀粉的产生。最后发现，有光照的一半有淀粉生成，无光照的一半没有淀粉生成。萨克斯对实验现象进行推理：场合一中，先行现象（或伴随现象）是光照、绿色叶片、水、CO2，被研究的现象是有淀粉生成;场合二中，先行现象（或伴随现象）是无光照、绿色叶片、水、CO2，被研究的现象是无淀粉生成。所以，光照是淀粉生成的原因（光合作用产物之一是淀粉）。

求异法的特点是“同中求异”，在运用求异法时，要求在被研究现象出现和不出现的场合中只有一个情况不同，其余情況必须完全相同，这样就能比较准确地判明某个情况与所研究现象之间的因果关系。在应用求异法时，教师要注意：①注意比较的两个场合中是否还有其他变量在。如果忽视隐藏变量，则会导致探求不到被研究现象的真正原因。教师要求学生在设计实验或分析实验时，注意把握单一变量原则。②注意比较两个场合这个唯一不同的情况是全部原因还是部分原因。如若是部分原因，就要继续探求被研究对象的全部原因。不同的单一变量实验可能得出的结论都不全面，需要做更全面的多因子影响实验才能得出更准确的结论。

3 概率归纳推理

概率归纳推理：根据某类事物己观察到的部分对象具有某种属性的频率，来推出所有该类对象（或某个对象）也具有这种属性的概率的推理。其推理过程为：

SI是P，S2不是P，S3不是P……Sn是（或不是）P。S1，S2，S3，…，Sn是S类部分对象，且其中有m个是P。所以，S类所有对象是P的概率为m/n。

在遗传规律的发现过程中，孟德尔使用了这种推理形式。在一对相对性状的实验中，通过对F2的性状进行统计，得到F2中显性性状的概率为3/4，隐性性状的概率为1/4。这个过程是通过统计个体属性的数量，得出整体属性的概率。由该结论还可以实现由整体的概率推出该类任一对象具有该属性的概率。如现得到一粒F.植株上的种子，可推理出将来其发育为显性性状的概率是3/4，隐性性状的概率是1/4的结论。

在归纳推理过程中，样本的选择至关重要。在选择样本时，教师要注意以下原则：①量的原则，即尽可能扩大所取样本的量;②随机原则，即要求选取样本时不能是预设的;③分层抽样原则，即如果该类对象中差异较大，则根据所研究问题的有关性质，将其分成许多层（即多个小类），再从各层中选取样本。

4 假说一演绎法

假说一演绎法是指根据已有的事实陈述和相关的科学理论，对未知事物或规律性提出假说，接着依据假说的观点演绎出一个事实结论，然后经过观察或实验对该事实结论进行验证的过程。其推理过程如图1所示。

例如，DNA复制方式的发现过程科学家们就利用了假说一演绎法，如图2所示。

在推理时应用假说一演绎法时，教师要注意：①因为假说是针对不可直接观察的事物或事物属性之间的某种关系提出的，所以属于理论假说。理论假说因为不是直接来源于经验，而是经过了思维的创造，不能与经验知识直接对照，所以理论假说可通过演绎推理的方法间接加以检验。②对于检验假说来说，重要的不是检验己知事实，而是检验未知事实是否正确。假说只有能准确预测未知的事实，才能使其理论观点受到高度的支持。③假说的结果不一定都被证真，还有可能被证伪。但如果实验事实是假的，也不要轻易断定被证伪。假说还可以通过修改先行条件、增加背景知识、提出不同的辅助性假说来消化异常性事例，使自己免于被证伪。如果根据目前的理论知识还不足以修正成功，则可以证伪。

参考文献：

[1]谷振诣，刘壮虎，批判性思维教程[M].北京：北京大学出版社，2017： 27.

[2]郑春和.萨顿对“基因在染色体上”的推理方式[JI生物学通报，2010，45（5）：28-29.

[3]操明权.穆勒五法及其应用[J].生物学通报，1998，33（6）：36-39.