從邏輯學(xué)的視角看高考試題的命制

河北

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》指出：生物學(xué)是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué)。它不僅是一個結(jié)論豐富的知識體系，也包括了人類認(rèn)識自然現(xiàn)象和規(guī)律的一些特有的思維方式和探究過程?！镀胀ǜ叩葘W(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱》中的“考核目標(biāo)與要求”強(qiáng)調(diào)“高考生物試題注重考查考生的知識、能力和素養(yǎng)”，其實(shí)質(zhì)就是要注重考查學(xué)生科學(xué)的思維方法和探究問題的思維過程。因此在基礎(chǔ)年級教學(xué)和高三復(fù)習(xí)的日常教學(xué)過程中，教師要注重在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

筆者嘗試從邏輯學(xué)的四種思維形式——概念、判斷、推理、論證的視角來分析近幾年生物高考試題，以期對培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)以及高考復(fù)習(xí)提供一個思路。

1.概念

概念是思維形式最基本的組成單位，是構(gòu)成判斷、推理、論證的要素。因此，在研究判斷、推理、論證之前必須首先弄清楚概念的含義。

生物學(xué)概念是反映物質(zhì)在生命現(xiàn)象中特有的或本質(zhì)屬性的一種思維形式，是構(gòu)成生物學(xué)知識體系的重要組成部分，是學(xué)生形成生命觀念的基礎(chǔ)。

近些年來，生物高考全國卷開始強(qiáng)調(diào)對學(xué)科概念的考查，命題者不僅要求考生理解所學(xué)生物學(xué)概念的內(nèi)涵和外延，還要求考生厘清概念間的內(nèi)在聯(lián)系，從而構(gòu)建外顯性表達(dá)形式—— 概念圖或思維導(dǎo)圖。概念考查的具體形式并不在于概念的定義本身，而是根據(jù)概念的內(nèi)涵來考查考生對重要概念的理解和遷移能力。例如2018年全國卷Ⅰ第29題（節(jié)選）：（1）大自然中，獵物可通過快速奔跑來逃脫被捕食，而捕食者則通過更快速的奔跑來獲得捕食獵物的機(jī)會，獵物和捕食者的每一點(diǎn)進(jìn)步都會促進(jìn)對方發(fā)生改變，這種現(xiàn)象在生態(tài)學(xué)上稱為___________。本題從生態(tài)學(xué)問題的視角考查考生對生態(tài)學(xué)知識的理解能力。命題者通過創(chuàng)設(shè)一幅捕食者與被捕食者進(jìn)行速度比拼的情境，考查考生能否結(jié)合題干“獵物和捕食者的每一點(diǎn)進(jìn)步都會促進(jìn)對方發(fā)生改變”獲取關(guān)鍵信息，該句與人教版高中教材必修2中“共同進(jìn)化”（不同物種之間、生物與無機(jī)環(huán)境之間在相互影響中不斷進(jìn)化和發(fā)展）相似，所以本空應(yīng)填“共同進(jìn)化”。

2.判斷

2.1 定義

人們用概念這種思維形式來反映和表示事物，然而孤立的概念是不能說明事物的，人們?yōu)榱藢κ挛镞M(jìn)行說明，表達(dá)一個完整的思想，就必須運(yùn)用概念進(jìn)行判斷。

判斷是對概念的發(fā)展，是對事物情況有所肯定或否定的思維形態(tài)。因此，任何一個判斷都存在是否正確的問題。檢驗(yàn)判斷是否正確的唯一標(biāo)準(zhǔn)是人們的社會實(shí)踐。如果斷定的情況被實(shí)踐證明是符合客觀實(shí)際的，那么這個判斷就是真的；否則，就是假的。例如 “藍(lán)藻屬于原核生物”就是真判斷，“有氧呼吸不需要氧氣”就是假判斷。在高考生物的客觀題中，考生主要是以所學(xué)生物學(xué)事實(shí)、概念或題目中提供的信息為標(biāo)準(zhǔn)斷定判斷真假。

2.2 種類

2.2.1 性質(zhì)判斷

性質(zhì)判斷是斷定某事物具有或不具有某性質(zhì)的判斷。

例如2018年全國卷Ⅰ第1題C選項(xiàng)（部分）：細(xì)胞的核膜是雙層膜結(jié)構(gòu)。這個性質(zhì)判斷斷定了概念1“核膜”具有概念2“雙層膜”的性質(zhì)。根據(jù)生物學(xué)事實(shí)：核膜包圍在細(xì)胞核的外面，由內(nèi)外兩層膜構(gòu)成，把細(xì)胞質(zhì)與核內(nèi)的物質(zhì)分開。因此這個判斷是真，即正確。

2.2.2 關(guān)系判斷

關(guān)系判斷就是斷定事物與事物之間關(guān)系的判斷。

例如2018年全國卷Ⅰ第1題A選項(xiàng)：葉綠體的類囊體膜上存在催化ATP合成的酶。這個關(guān)系判斷斷定了概念1“類囊體膜”與概念2“（ATP合成的）酶”的位置關(guān)系。根據(jù)對光合作用這一核心概念的學(xué)習(xí)可知，類囊體膜上有許多酶、光合色素和電子傳遞鏈組分，它們的主要功能是吸收光并進(jìn)行電子傳遞，再結(jié)合磷酸化過程合成ATP，整個過程中有多種酶的參與。因此這個判斷是真，即正確。再如2016年全國卷Ⅰ第6題四個選項(xiàng)表述的都是概念1“發(fā)病率”與概念2“基因頻率”之間的相互關(guān)系。以A選項(xiàng)判斷“常染色體隱性遺傳病在男性中的發(fā)病率等于該病致病基因的基因頻率”為例進(jìn)行分析。某種遺傳病發(fā)病率的概念是“某種遺傳病的患病人數(shù)/某種遺傳病的調(diào)查人數(shù)”，基因頻率的概念是“在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比率”。由于該選項(xiàng)的前提是“常染色體隱性遺傳病”，則在男性中的發(fā)病率為（bb）的數(shù)量/（BB+Bb+bb）的數(shù)量=[b/（B+b）]2，故該病致病基因的基因頻率為b /（B+b），“發(fā)病率”與“基因頻率”的數(shù)值不相等，因此A選項(xiàng)的判斷為假，即錯誤。

2.2.3 聯(lián)言判斷

聯(lián)言判斷指斷定幾種事物情況同時存在的判斷。常見的連接詞有“且”“既……又……”“雖然……但是……”等。聯(lián)言判斷的真假判定：只有判斷1、判斷2……都真時，聯(lián)言判斷才為真，否則均為假。

例如2018年全國卷Ⅰ第1題C選項(xiàng)：細(xì)胞的核膜是雙層膜結(jié)構(gòu)，核孔是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核的通道。這個聯(lián)言判斷可拆分為判斷1“細(xì)胞的核膜是雙層膜結(jié)構(gòu)”，判斷2“核孔是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核的通道”。判斷1、2的真假是根據(jù)高中所學(xué)生物學(xué)事實(shí)、概念進(jìn)行分析的，細(xì)胞的核膜是雙層膜結(jié)構(gòu)，判斷1為真，核孔（復(fù)合體）是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核的通道，判斷2為真。根據(jù)聯(lián)言判斷的真假判定規(guī)則，該聯(lián)言判斷“細(xì)胞的核膜是雙層膜結(jié)構(gòu)，核孔是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核的通道”為真，即正確。

3.推理

推理和概念、判斷一樣，也是人們在日常生活、學(xué)習(xí)和工作中經(jīng)常運(yùn)用的一種思維形式。

推理是由判斷構(gòu)成的，判斷是推理的組成要素。因此推理就是根據(jù)一個或一些判斷得出另一個判斷的思維過程。在推理中，我們把由其出發(fā)進(jìn)行推理的已知命題稱為前提，把由已知命題所推導(dǎo)出的命題稱為結(jié)論。

推理的種類繁多，根據(jù)推理的思維進(jìn)程方向的不同，人們把推理分為歸納推理和演繹推理。歸納推理是由特殊性的前提推導(dǎo)到一般性結(jié)論的推理；演繹推理是由一般性的前提推導(dǎo)到特殊性結(jié)論的推理，其常用類型有三段論和假言推理。

3.1 歸納推理

在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，人們通過感官對事物或現(xiàn)象的認(rèn)識，得到許多感性材料（在生物試題中往往以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)形式呈現(xiàn)），人們要透過個別事物和現(xiàn)象認(rèn)清隱藏在其中的普遍規(guī)律和本質(zhì)，就必須應(yīng)用已有的科學(xué)知識，除此還需要正確應(yīng)用歸納推理方法。在歸納推理的形式中，前提與結(jié)論之間的聯(lián)系不是必然性的，而是或然性的。例如2016年全國卷Ⅲ第29題（節(jié)選）：為了探究某地夏日晴天中午時氣溫和相對濕度對A品種小麥光合作用的影響，某研究小組將生長狀態(tài)一致的A品種小麥植株分為5組，1組在田間生長作為對照組，另4組在人工氣候室中生長作為實(shí)驗(yàn)組，并保持其光照和CO2濃度等條件與對照組相同。于中午12：30測定各組葉片的光合速率，各組實(shí)驗(yàn)處理及結(jié)果如表1所示：

表1

回答下列問題：

（1）根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以推測中午時對小麥光合速率影響較大的環(huán)境因素是___________________，其依據(jù)是________________________。

本題以夏日晴天中午，由于受到光照強(qiáng)、溫度高、相對濕度低等因素的影響，導(dǎo)致植物（小麥等C3植物）光合速率降低為命題情境，考查溫度和相對濕度對A品種小麥光合作用的影響。根據(jù)求因果聯(lián)系的差異法（一個相關(guān)的條件發(fā)生變化，而其他的條件保持不變），考生結(jié)合表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以分析出：①在溫度（36℃）相同條件下，相對濕度（17%、27%、52%）改變時光合速率變化較大；②在相對濕度（52%）相同條件下， 溫度（25℃、31℃、36℃）改變時光合速率變化較小。由此可以歸納出：在夏日晴天中午對小麥光合速率影響較大的環(huán)境因素是相對濕度。

3.2 演繹推理

演繹推理就是從一般性的前提出發(fā)，通過推導(dǎo)得出具體陳述或個別結(jié)論的推理。演繹推理的邏輯形式對于理性的重要意義在于它對人的思維保持嚴(yán)密性、一貫性有著不可替代的作用。

3.2.1 假言推理

假言推理是一種具有兩個前提的推理，其中一個前提是假言判斷，另一個前提是這個假言判斷的前件或這個假言判斷的后件。假言判斷反映了事物情況之間的條件關(guān)系。

常見的假言推理是充分條件假言推理，即假言判斷的語言描述是“若……，則……”“如果……，那么……”。其推理規(guī)則是如果承認(rèn)前件就承認(rèn)后件，即①若p（前件），則q（后件）；②p存在，且為事實(shí)。由①②一定可以推出q（p、q可以表示題目中或所學(xué)的事實(shí)、推演的結(jié)論）。

例如2018年全國卷Ⅰ第2題：生物體內(nèi)的DNA常與蛋白質(zhì)結(jié)合，以DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物的形式存在。下列相關(guān)敘述錯誤的是 （ ）

A.真核細(xì)胞染色體和染色質(zhì)中都存在DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物

B.真核細(xì)胞的核中有DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物，而原核細(xì)胞的擬核中沒有

C.若復(fù)合物中的某蛋白參與DNA復(fù)制，則該蛋白可能是DNA聚合酶

D.若復(fù)合物中正在進(jìn)行RNA的合成，則該復(fù)合物中含有RNA聚合酶

本題以生物體內(nèi)的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物為命題情境，要求考生對相關(guān)敘述進(jìn)行判斷、推理。下面以C選項(xiàng)為例，分析充分條件假言推理的規(guī)則應(yīng)用。

前提1：若復(fù)合物中的某蛋白參與DNA復(fù)制（前件），則該蛋白可能是DNA聚合酶（后件）。

前提2：解旋酶、DNA聚合酶參與DNA復(fù)制（由所學(xué)DNA分子復(fù)制過程 可知該判斷為真，即肯定前件）。

結(jié)論：該蛋白可能是DNA聚合酶（或解旋酶）。

由以上分析可知，C選項(xiàng)敘述正確。

3.2.2三段論推理

除了假言推理外，三段論推理在高考試題中也是常用的演繹推理類型，這種推理形式經(jīng)常在高中數(shù)學(xué)課堂中講授，因此這種考查不僅體現(xiàn)了數(shù)學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)性，還體現(xiàn)了學(xué)科間的交叉性。

三段論是由三個性質(zhì)判斷組成，其中兩個性質(zhì)判斷是前提，另一個性質(zhì)判斷是結(jié)論。它包含而且只包含三個不同的概念，每個概念在兩個判斷中各出現(xiàn)一次。例如：

所有人都會死 ①

蘇格拉底是人 ②

所以蘇格拉底會死 ③

這個三段論推理由①②③組成，其中①②是前提，③是結(jié)論；涉及概念有“人”“蘇格拉底”“死”。

下面以2018年全國卷Ⅰ第32題（節(jié)選）為例分析三段論推理的具體過程：

果蠅體細(xì)胞有4對染色體，其中2、3、4號為常染色體。已知控制長翅/殘翅性狀的基因位于2號染色體上，控制灰體/黑檀體性狀的基因位于3號染色體上。某小組用一只無眼灰體長翅雌蠅與一只有眼灰體長翅雄蠅雜交，雜交子代的表現(xiàn)型及其比例如表2：

表2

回答下列問題：

（3）若控制有眼/無眼性狀的基因位于4號染色體上，用灰體長翅有眼純合體和黑檀體殘翅無眼純合體果蠅雜交，F(xiàn)1相互交配后，F(xiàn)2中雌雄均有_______種表現(xiàn)型，其中黑檀體長翅無眼所占比例為3/64時，則說明無眼性狀為____（填“顯性”或“隱性”）。

本題通過分析判斷果蠅雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果來考查學(xué)生對基因的分離定律和自由組合定律的理解，以及利用所學(xué)概念和遺傳規(guī)律分析具體問題的能力。即根據(jù)自由組合定律分析子代基因型、表現(xiàn)型及無眼性狀的顯隱性。根據(jù)表格中灰體長翅∶灰體殘翅∶黑檀體長翅∶黑檀體殘翅=9∶3∶3∶1，可以得出灰體對黑檀體為顯性、長翅對殘翅為顯性。由題干信息“……長翅/殘翅……2號染色體上，……灰體/黑檀體……3號染色體上”和本小問信息“若控制有眼/無眼性狀的基因位于4號染色體上”可以得出眼的有無、體色、翅型三對性狀遵循自由組合定律。

綜上分析，建立如下兩個三段論：

第一個三段論：

大前提：一對相對性狀的純合親本雜交，F(xiàn)2出現(xiàn)顯性性狀個體的概率為3/4，出現(xiàn)隱性性狀個體的概率為1/4。

小前提：親本為灰體純合體和黑檀體純合體（或長翅純合體和殘翅純合體）果蠅。

結(jié)論 1：黑檀體（或長翅）在F2中出現(xiàn)的概率為1/4（或3/4）。

第二個三段論：

大前提：所有位于非同源染色體上的非等位基因的遺傳滿足基因的自由組合定律。

小前提：滿足基因自由組合定律的分析方法是先進(jìn)行單對相對性狀的分析，再進(jìn)行綜合分析。

結(jié)論 2：P（黑檀體·長翅·無眼）=P（黑檀體）·P（長翅）·P（無眼）

由題目信息“F2中……黑檀體長翅無眼所占比例為3/64”可知無眼性狀出現(xiàn)的概率是1/4。根據(jù)基因分離定律，可得出無眼為隱性性狀。

4.論證

4.1 定義

人們的一切行動都是在一定思想的指導(dǎo)下進(jìn)行的，因此，只有根據(jù)正確思想的行動才有可能是正確的行動。那么，如何確定思想的真?zhèn)文兀窟@就提出了關(guān)于論證的問題。

所謂論證是由斷定一個或一些判斷為真，進(jìn)而斷定另一個判斷的真實(shí)性的思維過程。例如1616年4月，英國科學(xué)家威廉·哈維通過大量實(shí)驗(yàn)材料提出并論證血液循環(huán)理論。1661年，意大利科學(xué)家用顯微鏡觀察青蛙肺部動靜脈之間的毛細(xì)血管，從而完全證明了威廉·哈維的論證。

論證具有兩種類型：實(shí)踐論證和邏輯論證。實(shí)踐論證是通過人的變革物質(zhì)世界的積極活動，來檢驗(yàn)一個思想與它所反映的事物是否一致，如判斷市場中出售的梨子是甜而不酸的，只要親口嘗一嘗就夠了。而邏輯論證是借助于一些概念、真的判斷，通過邏輯推理來確定另一個判斷的真實(shí)性。邏輯論證，是人們發(fā)現(xiàn)真理、理解真理的重要工具之一，也是人們有力表達(dá)思想的必要條件，是現(xiàn)行筆試的主要考查方式。例如2017年全國卷Ⅰ第29題（題略）。

該題主要考查考生對遺傳物質(zhì)組成、DNA和RNA的成分差別、病毒類型和繁殖特點(diǎn)等的理解和掌握程度，要求考生通過論證的方式解決問題。據(jù)統(tǒng)計，2017年某省理科考生中，有56.19%的考生在該題得了零分，滿分率僅為4.3%，平均分僅為1.88分。該結(jié)果充分說明學(xué)生論證思維的欠缺。下面筆者將從論證的組成對本題進(jìn)行分析。

4.2 組成

4.2.1 論題

論題是真實(shí)性需要加以確認(rèn)的判斷。在論證的過程中，論題既是開端又是終結(jié)。作為論證的開端，論題是提出所要解決的問題，如本題的論題是確定一種新病毒的類型，即新病毒是RNA病毒還是DNA病毒；作為論證的終結(jié)，論題是問題的解決，就是結(jié)論，如本題的論題是新病毒是DNA病毒或新病毒是RNA病毒。

論題具有兩種類型：①論題是被確認(rèn)為真的判斷。這類論證側(cè)重在表述方面，如2018年全國卷Ⅲ第30題（2）“……變性的蛋白質(zhì)易被蛋白酶水解，原因是__________ ”。②論題是一個未經(jīng)確認(rèn)為真的判斷。這類論證側(cè)重在探究，即為這個判斷尋找理論和事實(shí)的根據(jù)，本題就屬于這類論題，并且是尋找事實(shí)根據(jù)的論題。

4.2.2 論據(jù)

論據(jù)是用來確定論題真實(shí)性時所依據(jù)的判斷。論據(jù)的真實(shí)性，是論題真實(shí)性的根據(jù)。

論據(jù)分為兩種：

①基本論據(jù)：不是由其他論據(jù)推導(dǎo)出來的論據(jù)，如科學(xué)中的基本定義和公理、已被證實(shí)的關(guān)于個別事實(shí)的判斷（DNA與RNA在基本組成物質(zhì)上的差別是分別特有堿基T與U及脫氧核糖與核糖；病毒利用宿主細(xì)胞的合成系統(tǒng)進(jìn)行自我復(fù)制）、題目提供的限定條件（在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換；放射性同位素標(biāo)記的方法）等。

②非基本論據(jù)：由其他論據(jù)推導(dǎo)出來的論據(jù)，如由基本論據(jù)“DNA與RNA在基本組成物質(zhì)上的差別”“在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換”“放射性同位素標(biāo)記的方法”，考生應(yīng)該能推導(dǎo)出“利用同位素分別標(biāo)記尿嘧啶和胸腺嘧啶進(jìn)行RNA與DNA的區(qū)別”；由基本論據(jù)“病毒利用宿主細(xì)胞的合成系統(tǒng)進(jìn)行自我復(fù)制”，考生應(yīng)該能推導(dǎo)出“先將病毒的宿主細(xì)胞培養(yǎng)在放射性標(biāo)記尿嘧啶或放射性標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中”。

4.2.3 論證方式

論證方式是由論據(jù)到論題的推理形式。如圖為2017年全國卷Ⅰ第29題的論證過程圖解：