邏輯學(xué)的基本規(guī)律在生物科學(xué)探究中的應(yīng)用

余燕

摘要：文章介紹邏輯學(xué)基本規(guī)律在生物科學(xué)探究中的現(xiàn)狀和實(shí)踐，并以科學(xué)史和高考題作為探究案例滲透邏輯學(xué)基本規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的思維和認(rèn)知意識(shí)，幫助學(xué)生正確使用語言與思維，提高學(xué)習(xí)成績。

關(guān)鍵詞：邏輯學(xué)；同一律；充足理由律；矛盾律；排中律

一、研究背景

在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，“科學(xué)探究”被描述為能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中的生物學(xué)問題，對特定的生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、交流討論的能力?？茖W(xué)思維的核心是理性思考，主要是根據(jù)一定的規(guī)則程序和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎?，?shí)現(xiàn)邏輯的推理。

二、邏輯學(xué)的基本規(guī)律在生物科學(xué)探究中的現(xiàn)狀

邏輯思維不僅是學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)在要求和高考考查的方向，還是現(xiàn)代社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展的要求，是發(fā)展創(chuàng)新思維的前提和基礎(chǔ)。然而，研究如何提高邏輯思維的文獻(xiàn)幾乎都是在探討、歸納推理的方法，如類比推理、科學(xué)歸納法、完全歸納法和統(tǒng)計(jì)歸納法等，很少提及邏輯學(xué)的基本規(guī)律。

在實(shí)際教學(xué)中，越來越多的教師開始重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，且用到了大量的邏輯思維。但是，很多教師沒有明確提出邏輯的相關(guān)知識(shí)，學(xué)生在邏輯推理時(shí)，是自發(fā)而不自覺的狀態(tài)，難免會(huì)犯各種邏輯錯(cuò)誤卻不自知。如果教師運(yùn)用邏輯學(xué)的相關(guān)知識(shí)訓(xùn)練學(xué)生，既能提高學(xué)生的邏輯推理能力，又能提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。例如，教師先讓學(xué)生了解邏輯學(xué)的基本規(guī)律，包括同一律、充足理由律、矛盾律、排中律等，然后在生物科學(xué)史等探究式教學(xué)中，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到“混淆概念”和“理由不充足”等常見邏輯錯(cuò)誤。當(dāng)學(xué)生有意識(shí)地按照邏輯學(xué)的基本規(guī)律進(jìn)行思考和表述時(shí)，便能夠避開常見的邏輯錯(cuò)誤，思路會(huì)更清晰，表述也會(huì)更有條理。

三、邏輯學(xué)的基本規(guī)律在生物科學(xué)探究中的實(shí)踐策略

（一）邏輯學(xué)及其基本規(guī)律

邏輯學(xué)是為分辨正確的或有效的推理與論證，辨析錯(cuò)誤的或無效的推理與論證提供標(biāo)準(zhǔn)，是專門研究推理與論證的科學(xué)。推理是思維形式或過程，是以已知的命題為前提的，以得出新命題作為結(jié)論。論證和推理常常被同等看待，論據(jù)和論點(diǎn)分別對應(yīng)推理的前提和結(jié)論。兩者的不同之處在于推理并不要求前提為真，但論證要求論據(jù)必須是真實(shí)的。

古代思想家在提出一些謬誤和詭辯的具體解決方式時(shí)，為了正確使用語言與思維，進(jìn)行理性的交流，提出和表述了三個(gè)規(guī)律，分別是同一律、矛盾律和排中律。充足理由律是由近代的萊布尼茨提出的，后來充足理由律就與同一律、矛盾律、排中律并稱為邏輯的四大基本規(guī)律，它們保證了思維的論證性、確定性、無矛盾性和一貫性。

（二）實(shí)踐策略

生物教科書中有許多經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，新教材中還增加了很多“思維訓(xùn)練”資料。同時(shí)，在實(shí)際教學(xué)中，教師經(jīng)常會(huì)設(shè)計(jì)教學(xué)情境，解決生活中的一些問題。這些都離不開科學(xué)探究，也離不開邏輯推理。目前，很多高考題的考查也涉及科學(xué)探究，滲透著邏輯學(xué)的基本規(guī)律。在前期的科學(xué)探究中，學(xué)生可以初步了解邏輯學(xué)的基本規(guī)律，知道常見的邏輯錯(cuò)誤。在中期的科學(xué)探究中，當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤時(shí)，教師明確指出是犯了哪一種邏輯錯(cuò)誤，讓學(xué)生進(jìn)一步掌握邏輯學(xué)的基本規(guī)律。在后期的科學(xué)探究中，學(xué)生可以有意識(shí)地遵循邏輯學(xué)的基本規(guī)律，實(shí)現(xiàn)正確思維，有序表達(dá)。

（三）邏輯學(xué)的基本規(guī)律與常見錯(cuò)誤

1.同一律

在同一思維過程中，教師所使用的概念、論題都必須與自身保持同一。概念保持同一，是指不管是概念的內(nèi)涵，還是外延，都要保持一致?？梢姡宦杀Ｕ狭怂季S的確定性。例如，從“細(xì)胞是熊貓結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，神經(jīng)元是細(xì)胞”這個(gè)命題中，無法得出新命題“神經(jīng)元是熊貓結(jié)構(gòu)和功能的基本單位”，因?yàn)榍疤嶂械膬蓚€(gè)“細(xì)胞”內(nèi)涵不同。論題保持同一，是指論題的意思和真假必須保持一致，在討論中不能離題或者跑題。例如，過酸會(huì)使酶失去活性，濃鹽酸pH值很低，是強(qiáng)酸，所以濃鹽酸會(huì)使胃蛋白酶失活。過酸和強(qiáng)酸的含義是不一樣的，所以得出的結(jié)論也是錯(cuò)誤的。

在科學(xué)探究中，教師必須明確概念和論題。這一點(diǎn)在“提出問題”環(huán)節(jié)尤為重要，只有問題明確無誤，才能使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)朝著正確的方向進(jìn)行。

“混淆概念或偷換概念”“轉(zhuǎn)移論題或偷換論題”是兩種常見的違反同一律的邏輯錯(cuò)誤。例如，在講授光合作用相關(guān)知識(shí)的過程中，學(xué)生知道光合作用有很多不同含義，如實(shí)際光合速率和凈光合速率等。但是，相關(guān)實(shí)驗(yàn)有時(shí)探究的是整棵植株的光合作用，有時(shí)探究的是葉片的光合作用，等等。因此，教師要讓學(xué)生明確想要探究的是哪一種含義的光合作用。

如2019年全國III卷第29題的第2小題，要求驗(yàn)證農(nóng)作物對NH4﹢和NO3﹣的吸收具有偏好性。有些學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，是用分別含有銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的營養(yǎng)液去培養(yǎng)農(nóng)作物，然后測定培養(yǎng)該農(nóng)作物一段時(shí)間后，營養(yǎng)液中NH4﹢或NO3﹣的剩余量，最后比較這兩者的大小。這些學(xué)生沒有注意到，題目明確指出了偏好性的前提是兩種離子同時(shí)存在。這樣的邏輯錯(cuò)誤就是“轉(zhuǎn)移論題或偷換論題”。

2.充足理由律

在推理和論證的過程中，學(xué)生要確定命題為真，理由必須充足，主要的邏輯要求有兩個(gè)：理由必須真實(shí)，理由與結(jié)論之間要有邏輯聯(lián)系。充足理由律為思維的論證性提供了保障。在科學(xué)探究中，事實(shí)或理論依據(jù)必須相關(guān)、充分，“作出假設(shè)”和“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)均需要注意這一點(diǎn)。

違反充足理由律的常見邏輯錯(cuò)誤有三種：“理由虛假”“推不出”“理由不充足”。

“理由虛假”是指作為依據(jù)的理由，本身真實(shí)性還有待證明，或理由根本就是主觀臆測的。例如，在探究酵母菌的呼吸方式實(shí)驗(yàn)中，有學(xué)生想要探究酵母菌將葡萄糖代謝為酒精是在有氧條件下進(jìn)行的，還是在無氧條件下進(jìn)行的。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在有氧條件和無氧條件下均產(chǎn)生了酒精，從而得出結(jié)論：無論是在有氧條件下，還是在無氧條件下，酵母菌均產(chǎn)生酒精。這里存在的問題是，按照課本的實(shí)驗(yàn)裝置，在有氧條件下，很難保證所有的酵母菌都能獲得足夠的氧氣。想要酵母菌只進(jìn)行有氧呼吸，需要增加氧氣的通入量，并減少活化酵母菌的數(shù)量，這樣得出的結(jié)果會(huì)更有說服力。

“推不出”是指單獨(dú)看理由不看結(jié)論，它是真實(shí)的，但它與結(jié)論之間沒有必然聯(lián)系，無法從理由推出結(jié)論。循環(huán)論證就是“推不出”的一種，它通過理由去證明結(jié)論的真實(shí)性，又通過結(jié)論去證明理由的真實(shí)性。例如，探究生長素的運(yùn)輸方向時(shí)，在玉米胚芽鞘的形態(tài)學(xué)的上端朝上的情況下，胚芽鞘上端瓊脂塊中的生長素可以運(yùn)輸?shù)脚哐壳氏露说沫傊瑝K中，這并不能說明生長素只能從形態(tài)學(xué)的上端向下端運(yùn)輸。有可能生長素從形態(tài)學(xué)上端向下端運(yùn)輸只是重力的作用，所以還需要將胚芽鞘的形態(tài)學(xué)上端朝下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，作為對照，就可以排除重力的影響。課本上這個(gè)例子的討論題中也提到了邏輯推理，提問是否嚴(yán)謹(jǐn)，筆者認(rèn)為，如果懂得邏輯學(xué)的基本規(guī)律，學(xué)生的思維方向會(huì)更明確，思維過程有標(biāo)準(zhǔn)可依也會(huì)更嚴(yán)謹(jǐn)。

“理由不充足”是指理由對結(jié)論的支持度有強(qiáng)弱之分。有時(shí)候理由為真，結(jié)論很可能為真，但不能排除結(jié)論為假的可能。例如，要探究一種新出現(xiàn)的性狀來源于基因突變還是基因重組，在排除染色體變異后，還需要加上這種性狀在群體中出現(xiàn)的概率，理由才更充足。

以傘藻為例，在探究細(xì)胞核結(jié)構(gòu)和功能的教學(xué)中，教師往往會(huì)讓學(xué)生先分析傘藻的嫁接實(shí)驗(yàn)，推斷傘藻的形態(tài)構(gòu)建取決于細(xì)胞核還是細(xì)胞質(zhì)。很多學(xué)生會(huì)得出結(jié)論：傘藻的形態(tài)構(gòu)建取決于細(xì)胞核。但這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對結(jié)論的支持度是不夠的，因?yàn)榧俑谐擞屑?xì)胞核之外，還含有細(xì)胞質(zhì)，有可能是細(xì)胞質(zhì)起到了決定性的作用。希望得到強(qiáng)支持的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，就需要單獨(dú)觀察細(xì)胞核的作用，學(xué)生思考后才能設(shè)計(jì)出傘藻核移植實(shí)驗(yàn)。

如2019年全國I卷第29題第3小題，需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明干旱條件下氣孔開度減小是由脫落酸引起的，而不是由缺水直接引起的。部分學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)只考慮了在干旱條件下脫落酸對氣孔開度的影響，而沒有考慮到要驗(yàn)證缺水對氣孔開度的影響，所以在實(shí)驗(yàn)思路中沒有提到需要在干旱處理前后均測定氣孔開度。這個(gè)邏輯錯(cuò)誤就屬于“理由不充足”，干旱條件下氣孔開度減小有可能只是脫落酸引起的，也可能是與缺水有關(guān)，排除缺水的影響后，理由對結(jié)論才是強(qiáng)支持。

3.矛盾律

相互矛盾或互相反對的兩個(gè)命題不能同時(shí)為真，必有一假。矛盾律要求思維的一致性。例如，“細(xì)胞是所有生物結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)”，這種表述就是自相矛盾。“自相矛盾”的邏輯錯(cuò)誤具體表現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，概念間的自相矛盾。第二，判斷間的自相矛盾。第三，語句中隱含著相互矛盾的概念或判斷。

在科學(xué)探究中，推理、論證必須合理有效?！白韵嗝堋笔菍W(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)的邏輯錯(cuò)誤。例如，2019年全國III卷第32題第2小題，要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分離定律，提供的是自然條件下獲得的飽滿玉米子粒和凹陷玉米子粒。在自然條件下，玉米是可以雜交的，并不像豌豆那樣只能自交，都是純種。因此，親代玉米的一種表現(xiàn)型可能對應(yīng)多種基因型，雜交后代會(huì)有多種不同的表現(xiàn)。如果沒有考慮到這一點(diǎn)，預(yù)期的子代和親代之間是無法對應(yīng)的，這里就隱含了相互矛盾的判斷。

4.排中律

兩個(gè)相互矛盾的命題不能同時(shí)為假，其中必有一真。排中律保證了思維的明確性。結(jié)合矛盾律，在相互矛盾的兩個(gè)命題中，必須肯定一個(gè)，否定另一個(gè)，也稱“二值邏輯”。例如，“所有的細(xì)胞都是有細(xì)胞核的”與“有些細(xì)胞是沒有細(xì)胞核的”，這兩個(gè)命題必有一真一假。而兩個(gè)互相反對的論題，雖然不能同時(shí)為真，但是可以同時(shí)為假。例如，“黑藻是黑色的”與“黑藻是紅色的”這兩個(gè)命題皆為假，因?yàn)楹谠迨蔷G色的。

違反排中律的要求所產(chǎn)生的邏輯錯(cuò)誤為“兩不可”。在探究實(shí)驗(yàn)中，排中律常用于“提出假設(shè)”“分析結(jié)果，得出結(jié)論”。例如，關(guān)于伴性遺傳和常染色體遺傳的判斷。必修2教材的35頁分析人類紅綠色盲的“思考·討論”欄目，根據(jù)紅綠色盲的系譜圖，分析遺傳方式。排除細(xì)胞質(zhì)遺傳和伴Y遺傳，紅綠色盲的致病基因所在位置只有兩種可能：一是在常染色體上，二是在X染色體上。此時(shí)，“紅綠色盲的致病基因在常染色體上”和“紅綠色盲的致病基因在X染色體上”就是兩個(gè)互相矛盾的命題，必有一真一假。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳波.邏輯學(xué)十五講（第二版）[M].北京：北京大學(xué)出版社，2016.

基金項(xiàng)目：廣西教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度專項(xiàng)課題“廣西普通高中生物學(xué)科教學(xué)關(guān)鍵問題實(shí)踐研究-2——提升中學(xué)生科學(xué)探究能力的策略的實(shí)踐及研究”階段性研究成果，立項(xiàng)編號(hào)：2018ZJY237。

（作者單位：南寧市第二中學(xué)）