穆勒的探求因果聯(lián)系的邏輯方法“剩余法”與其在生物學(xué)探究性課題中的應(yīng)用

程煒月

探究性課題中首先必須遵循一些基本的科學(xué)邏輯思想方法。英國邏輯學(xué)家、哲學(xué)家穆勒的穆勒“五法”中的一些辯證思想方法——判斷因果關(guān)系的歸納的邏輯思想，是探因類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題破解的有效方法。其中“剩余法”較為復(fù)雜，有時(shí)要綜合運(yùn)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(jīng)典探究實(shí)驗(yàn)，還是學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)經(jīng)常要用到，掌握其邏輯思想方法對(duì)學(xué)生完成從理論學(xué)習(xí)走向自己動(dòng)手設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)有指導(dǎo)作用。

1.經(jīng)典實(shí)驗(yàn)——肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)“剩余法”的應(yīng)用

1928年格里菲斯肺炎栓球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)推斷：S型肺炎雙球菌含有轉(zhuǎn)化因子。那么轉(zhuǎn)化因子到底是什么物質(zhì)？

（1）是蛋白質(zhì)嗎？當(dāng)時(shí)，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)多樣性的蛋白質(zhì)，決定了蛋白質(zhì)功能多樣。由于蛋白質(zhì)本身是生命的體現(xiàn)者，更多的科學(xué)家聯(lián)想到：氨基酸多種多樣的排列順序，如果因此蘊(yùn)含遺傳信息，作為遺傳物質(zhì)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(zhì)？

（3）是DNA嗎？而對(duì)含量較少的DNA的分子結(jié)構(gòu)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(zhì)為遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)占主導(dǎo)地位。

……

1944年，艾弗里驗(yàn)證遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)思路就是把S型肺炎雙球菌的DNA、蛋白質(zhì)、RNA、糖類等那些可能是遺傳物質(zhì)的先行條件（物質(zhì)）分別分離提取，觀察其對(duì)R型活菌的轉(zhuǎn)化效果，發(fā)現(xiàn)只有DNA具有轉(zhuǎn)化能力，其他物質(zhì)均沒有轉(zhuǎn)化能力。而且隨著DNA純度越高，轉(zhuǎn)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(fā)生轉(zhuǎn)化。顯然，DNA是遺傳物質(zhì)，其他物質(zhì)均不是。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中艾弗里應(yīng)用了邏輯方法“剩余法”。

2.穆勒的“剩余法”

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

把各種先行條件逐一加以分析，那些與被研究現(xiàn)象無關(guān)的因素（蛋白質(zhì)、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(xiàn)象s型肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化具有轉(zhuǎn)化能力的原因，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確證。

剩余法的邏輯形式是：已知被研究的復(fù)合現(xiàn)象a、b、c、d的復(fù)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?！笆Ｓ喾ā毕鄬?duì)較復(fù)雜，因?yàn)樗C合應(yīng)用了穆勒其他邏輯歸納法。

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

①求同法：契合法（即求同法）。

所有S型肺炎雙球菌的DNA出現(xiàn)場合，R型活菌均能轉(zhuǎn)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(xiàn)場合，R型活菌均不能能轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)了某種共同的生物現(xiàn)象，而在研究這幾次實(shí)驗(yàn)中，只有一種因素是共同的，其余因素均不相同，那么這個(gè)共同的因素與被研究的生物現(xiàn)象之間存在因果聯(lián)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(xiàn)象，“契合法”可以用表1表示

所以，A與a有因果關(guān)系。

特點(diǎn)：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(xiàn)象是否關(guān)鍵。所以要注意以下兩點(diǎn)：

結(jié)論的可靠性和考查的場合數(shù)量有關(guān)?？疾斓膱龊显蕉啵Y(jié)論的可靠性越高；

有時(shí)在被研究的各個(gè)場合中，共同的因素并不只一個(gè)，因此，在觀察中就應(yīng)當(dāng)通過具體分析排除與被研究現(xiàn)象不相關(guān)的共同因素。

②求異法。

S型肺炎雙球菌的DNA存在時(shí)，具有轉(zhuǎn)化能力（出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代）；S型肺炎雙球菌的DNA不存在時(shí)（蛋白質(zhì)/RNA/糖類/DNA水解產(chǎn)物等物質(zhì)），不具有轉(zhuǎn)化能力（不出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代）。結(jié)論：DNA是轉(zhuǎn)化因子，DNA是遺傳物質(zhì)。

求異法的一般邏輯思路為：

在被研究的現(xiàn)象出現(xiàn)場合與不出現(xiàn)的兩個(gè)對(duì)比場合之間只有一個(gè)因素不同，如果這個(gè)唯一不同的情況在被研究現(xiàn)象出現(xiàn)的場合中存在著，而在另一個(gè)場合中沒有這種因素作用的場合不存在，那么，這個(gè)因素與被研究的現(xiàn)象之間存在因果聯(lián)系，可用表2表示。

表2說明因素A與a現(xiàn)象之間存在因果關(guān)系。

特點(diǎn)：同中求異。求異法比求同法更可靠，相對(duì)其他探因類的邏輯歸納法簡便，在各類實(shí)驗(yàn)中用得最多。

③共變法。

S型肺炎雙球菌的DNA的濃度越高，轉(zhuǎn)化效率越高。結(jié)論：DNA是轉(zhuǎn)化因子，DNA是遺傳物質(zhì)。

共變法歸納原理可表述為：在某一現(xiàn)象（因素）發(fā)生一定程度的變化，另一現(xiàn)象也隨之發(fā)生一定程度的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)性相關(guān)性變化，那么這兩個(gè)現(xiàn)象之間就存在因果關(guān)系。

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

從表中不難看出A（自變量）與現(xiàn)象或因素a（因變量）之間存在因果關(guān)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(xiàn)象的若干場合（正事例組）中，只有一個(gè)共同的情況，而在被研究現(xiàn)象不出現(xiàn)的若干場合（負(fù)事例組）中，卻沒有這個(gè)情況，那么，這個(gè)情況就與被研究的現(xiàn)象之間有因果聯(lián)系。公式可表示為圖1所示。

3.DIY，利用“剩余法”進(jìn)行生活實(shí)際的生物學(xué)探究性課題中因果聯(lián)系的嘗試

在生活中，經(jīng)常要對(duì)復(fù)雜狀況不明原因的進(jìn)行探究，機(jī)械故障、病因探查，不妨用“剩余法”破解。例如，有次生物課上學(xué)生蘇童左腮下部有疼痛感，自述食欲不佳……后來看了兩個(gè)醫(yī)生，一個(gè)醫(yī)生診斷為“扁桃體發(fā)炎”，配了數(shù)百元的殺菌藥；另一個(gè)專家診斷為感冒類病毒感染，又配了數(shù)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(fā)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(xiàn)象，用高溫蒸煮殺菌過的筷子輕點(diǎn)扁桃體，也沒有疼痛感，若傷口上撒鹽，肯定會(huì)有痛感，所以沾取幾粒鹽輕點(diǎn)扁桃體，還是沒有疼痛感，說明扁桃體沒有炎性。學(xué)生發(fā)現(xiàn)其左邊臼齒為齲齒，是不是齲齒部發(fā)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(fā)炎。看來可以不用服用殺菌藥了！

當(dāng)天，蘇童沒有打噴嚏、流鼻涕、發(fā)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(xué)生發(fā)現(xiàn)他左腮下部略有腫大，會(huì)不會(huì)是流行性腮腺炎（俗稱“田雞鼓”）？聯(lián)想到班上陸續(xù)有學(xué)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(guān)醫(yī)生后，確診是該病。建議蘇童回家隔離治療。在這個(gè)過程中，筆者不知不覺中與學(xué)生一起利用“剩余法”對(duì)生活實(shí)際中的生物學(xué)因果聯(lián)系進(jìn)行了探究嘗試，。

綜上所述，利用“剩余法”進(jìn)行因果推理時(shí)，對(duì)先行條件可能原因不應(yīng)是簡單枚舉，而應(yīng)該是原因的全集，否則結(jié)論未必正確，如上述實(shí)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(duì)流行性腮腺炎的可能性判斷，就只能被誤診了。

在當(dāng)代生命科學(xué)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(duì)較為復(fù)雜的原因探究中經(jīng)常用到。教師自覺地掌握和運(yùn)用這類邏輯方法，對(duì)于提高的探究能力、設(shè)計(jì)能力、分析能力和創(chuàng)新能力都是十分有益的。在生物學(xué)新課改教學(xué)，教師應(yīng)當(dāng)倡導(dǎo)和加強(qiáng)對(duì)學(xué)生這方面的教育。endprint