摘 要 針對近幾年高考生物實(shí)驗(yàn)中經(jīng)?？疾榈膸追N邏輯思維方法，以高考試題為例，解析其推理、思維過程，以培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣和規(guī)范的邏輯思維方法。

關(guān)鍵詞 邏輯思維 歸納 假說演繹 類比 分析綜合

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

邏輯思維就是人們在感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，以概念為操作的基本單元，以判斷、推理為操作的基本形式，間接地、概括地反映客觀事物規(guī)律的理性思維過程。邏輯思維的方法包括歸納推理、演繹推理、類比推理、分析和綜合等方法，它是新課程高考實(shí)驗(yàn)與探究能力考查的一個重要方面。下面試舉幾例談?wù)勂湓诟呖忌飳?shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

1 歸納推理法

歸納推理是指從許多個別的事物中概括出一般性概念、原理或結(jié)論的推理形式和思維方法。根據(jù)因果形式的表現(xiàn)特點(diǎn)可分為求同法、求異法、共變法、剩余法等，其中求異法、共變法、剩余法在生物實(shí)驗(yàn)中常常用到。

1.1 求異法

求異法是指在被研究對象具有某性質(zhì)及結(jié)果（G）和不具有該性質(zhì)和結(jié)果（G）的兩種場合下，被研究對象只有一個因素（A）不同，則此因素（A）就是該性質(zhì)及結(jié)果（G）的原因，或者是不可缺少的部分。

【例1】 （2009年高考理綜全國卷Ⅱ）請用所給的實(shí)驗(yàn)材料和用具，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證哺乳動物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有專一性。要求完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問題。

實(shí)驗(yàn)材料與用具：適宜濃度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4種溶液，斐林試劑、37 ℃恒溫水浴鍋、沸水浴鍋。

（1） 若“+”代表加入適量的溶液，“—”代表不加溶液，甲、乙等代表試管標(biāo)號，請用這些符號完成表1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（2） 結(jié)果預(yù)測： 。

【解析】驗(yàn)證蔗糖酶催化作用具有專一性，研究對象是蔗糖酶和底物，結(jié)果是是否有底物分解并呈現(xiàn)顏色反應(yīng)。推理過程如下：

場合1：蔗糖酶溶液+蔗糖溶液→蔗糖分解，有顏色反應(yīng)。

場合2：蔗糖酶溶液+淀粉溶液→淀粉不水解，無顏色反應(yīng)。

結(jié)論1：蔗糖酶只能催化蔗糖水解，不能催化淀粉水解，具有專一性。

驗(yàn)證淀粉酶催化作用具有專一性，研究對象是淀粉酶和底物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是是否有底物分解并呈現(xiàn)顏色反應(yīng)。推理過程如下：

場合3：淀粉酶溶液+蔗糖溶液→蔗糖不分解，無顏色反應(yīng)。

場合4：淀粉酶溶液+淀粉溶液→淀粉分解，有顏色反應(yīng)。

結(jié)論2：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，具有專一性。

1.2 共變法

共變法是指被研究的結(jié)果或現(xiàn)象發(fā)生變化的各個場合中，如果其中只有一個先行有關(guān)因素是變化的，而其他先行有關(guān)因素保持不變，那么，這個唯一變化的因素就是被研究現(xiàn)象的原因。

【例2】 （2009年高考理綜山東卷）（2）人類的F基因前段存在著CGG重復(fù)序列?？茖W(xué)家對CGG重復(fù)次數(shù)、F基因表達(dá)和某遺傳病癥狀表現(xiàn)三者之間的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查研究，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2：

此項(xiàng)研究的結(jié)論是： 。

【解析】該實(shí)驗(yàn)的先行因素有CGG序列重復(fù)次數(shù)、溫度、原料等，研究的現(xiàn)象包括：F基因編碼的蛋白質(zhì)、癥狀表現(xiàn)、F基因轉(zhuǎn)錄的mRNA。在只有CGG的重復(fù)次數(shù)發(fā)生變化，而其他因素保持不變時，它就成為F基因編碼蛋白質(zhì)和癥狀表現(xiàn)發(fā)生變化的原因。

答案：CGG重復(fù)次數(shù)不影響F基因轉(zhuǎn)錄，但影響翻譯，并與該遺傳病是否發(fā)病及癥狀表現(xiàn)有關(guān)。

1.3 剩余法

剩余法是指如果被研究的某一性質(zhì)或結(jié)果是由某種復(fù)合因素引起的，已知其中有部分因素與被研究的結(jié)果沒有因果聯(lián)系，那么，剩余的因素就與被研究的結(jié)果存在因果聯(lián)系，如表3所示。

【例3】 （2011年高考理綜全國卷）為探究不同條件對葉片中淀粉合成的影響，將某植物在黑暗中放置一段時間，耗盡葉片中的淀粉。然后取生理狀態(tài)一致的葉片，平均分成8組，實(shí)驗(yàn)處理如下表所示。一段時間后，檢測葉片中有無淀粉，結(jié)果如表4。

回答問題：（1） 光照條件下，組5葉片通過 作用產(chǎn)生淀粉。

（2） 在黑暗條件下，葉片能進(jìn)行有氧呼吸的組別是 。

（3） 組2葉片中合成淀粉的原料是 ，直接能源物質(zhì)是 ，后者是通過 產(chǎn)生的。與組2相比，組4葉片無淀粉的原因是

。

【解析】該實(shí)驗(yàn)研究對象所含因素有葡萄糖、空氣（O2、CO2）、光照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是有無淀粉生成，如果用A、B、C分別代表葡萄糖、氧氣、光照（因8組中都有CO2，故不把它作為研究對象的因素），用G代表淀粉，則歸納推理過程如表5：

由此可知，合成淀粉的途徑有2條：一是在光照下，葉片通過光合作用合成淀粉，二是以葡萄糖為原料利用有氧呼吸合成的ATP，合成淀粉。

2 演繹推理法

演繹推理是從一般到個別，從普通到特殊的推理方式，是根據(jù)一類事物都具有的一般屬性、關(guān)系、本質(zhì)來推斷該類中的個別事物所具有的屬性、關(guān)系和本質(zhì)的推理形式和思維方法，包括三段論推理、假言推理（假說演繹推理）、選言推理，在高考實(shí)驗(yàn)中考查頻率最高的就是假說—演繹法。假說—演繹推理的邏輯結(jié)構(gòu)可用圖1表示：

【例4】 （2010年全國高考理綜新課標(biāo)卷），從某植物長勢一致的黃化苗上切取等長幼莖段（無葉和側(cè)芽），將莖段自頂端向下對稱縱切至約3/4處后，浸沒在不同濃度的生長素溶液中，一段時間后，莖段的半邊莖會向切面?zhèn)葟澢L形成彎曲角度（α）如圖甲，α與生長濃度的關(guān)系如圖乙。請回答：

（2） 將切割后的莖段浸沒在一未知濃度的生長素溶液中，測得其半邊莖的彎曲角度α1，從圖乙中可查到與α1對應(yīng)的兩個生長素濃度，即低濃度（A）和高濃度（B）。為進(jìn)一步確定待測溶液中生長素的真實(shí)濃度，有人將待測溶液稀釋至原濃度的80%，另取切割后的莖段浸沒在其中，一段時間后測量半邊莖的彎曲角度將得到α2。請預(yù)測α2與α1相比較的可能結(jié)果，并得出相應(yīng)的結(jié)論： 。

【解析】根據(jù)題意，提出假設(shè)。

假設(shè)1：α1對應(yīng)的濃度為高濃度B。演繹推理：稀釋到原濃度的80%后，由圖乙可知，此濃度下莖段彎曲角度α2應(yīng)大于α1。

假設(shè)2：α1對應(yīng)的濃度為低濃度A。演繹推理：稀釋到原濃度的80%后，由圖乙可知，此濃度下莖段彎曲角度α2應(yīng)小于α1。

3 類比推理法

類比推理是根據(jù)兩個或兩類對象的相同或相似屬性，從而推出它們的其他屬性也相同的推理方式。在科學(xué)研究中，類比推理是提出假說的重要途徑，往往可以導(dǎo)致新發(fā)現(xiàn)、新理論，但在高考實(shí)驗(yàn)中考查的頻率并不高。

【例5】 （2002年高考理綜天津卷）“水往低處流”，但是植物體內(nèi)的水卻往高處流，動力從何而來？某同學(xué)為此做了兩個實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)一：將一枝條插入充滿水的玻璃管中，玻璃管的另一端插入盛有水銀的容器中。不久水銀柱上升，如圖3所示。

實(shí)驗(yàn)二：將同一植物在靠近莖的基部切斷，套上一個彎曲的玻璃管，管內(nèi)裝有水和水銀。不久，玻璃管內(nèi)水分增加，水銀柱上升。如圖4所示，請回答：

實(shí)驗(yàn)一說明 。

實(shí)驗(yàn)二說明 。

根據(jù)這兩個實(shí)驗(yàn)，你對水分在植物體內(nèi)運(yùn)輸?shù)膭恿τ泻涡碌恼J(rèn)識？

【解析】推理過程見表6。

通過類比，自然可以得出推論2：根部（或根部生理活動）能產(chǎn)生推動水分向上運(yùn)輸?shù)膲毫Α?/p>

當(dāng)然，在高考實(shí)驗(yàn)題中，往往是幾種思維方法同時使用，例如，2011年全國高考理綜新課標(biāo)卷32題，就考查了歸納法、假說—演繹法和綜合分析法等。

【例6】 某植物紅花和白花這對相對性狀同時受多對等位基因控制（如A、a；B、b；C、c……），當(dāng)個體的基因型中每對等位基因都至少含有一個顯性基因時（即A_B_C_……）才開紅花，否則開白花?，F(xiàn)有甲、乙、丙、丁4個純合白花品系，相互之間進(jìn)行雜交，雜交組合組合、后代表現(xiàn)型及其比例如下：

根據(jù)雜交結(jié)果回答問題：（1） 這種植物花色的遺傳符合哪些遺傳定律？

（2） 本實(shí)驗(yàn)中，植物的花色受幾對等位基因的控制，為什么？

【解析】由教材中1對相對性狀的雜交實(shí)驗(yàn)，可知F1自交后代中顯性性狀出現(xiàn)的比例為3/4，2對相對性狀的雜交實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)1自交后代中雙顯性性狀個體出現(xiàn)的比例為9/16，即（3/4）2，由此歸納出，n對相對性狀的雜交實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)1自交后代個體中每對等位基因至少有一個顯性基因出現(xiàn)的個體比例為（3/4）n。根據(jù)這個數(shù)學(xué)模型，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)中乙×丙和甲×丁兩個雜交組合中，F(xiàn)2中紅色個體占全部個體的比例為81/（81+175）=81/256=（3/4）4?？梢猿醪酱_定花色遺傳可能涉及4對等位基因。

要進(jìn)一步確定這兩個雜交組合所涉及的4對等位基因是否相同，必須運(yùn)用綜合分析法和假說—演繹法。首先，根據(jù)題干信息，分析這4個親本的基因型。甲、乙、丙、丁這4個親本涉及的4對等位基因中隱性基因純合的情況有3種可能：① 4對等位基因中只有1對等位基因是隱性純合，其余3對是顯性純合（如aaBBDDEE）；② 有兩對等位基因是隱性純合，其余兩對等位基因是顯性純合（如aabbDDEE）；③ 有3對等位基因是隱性純合，其余1對等位基因是顯性純合（如AAbbddee）。再進(jìn)一步分析，乙×丙和甲×丁兩個雜交組合中的每個雜交組合的可能性，其可能性有兩種：① 是1對隱性基因純合（如aaBBDDEE）的親本與4對等位基因中另3對隱性基因純合（如AAbbddee）的親本雜交；② 是兩對隱性基因純合（如AABBddee）的親本與4對等位基因中另兩對隱性基因純合（如aabbDDEE）的親本雜交。

最后，通過假說—演繹得出結(jié)論。假設(shè)甲親本的基因型為AABBddee、乙為AABBDDee、丙為aabbddEE、丁為aabbDDEE，根據(jù)這個假設(shè)，可以推理得出：甲×丁，F(xiàn)2代出現(xiàn)紅色81∶白色175；乙×丙，F(xiàn)2也為紅色81∶白色175；乙×丁，F(xiàn)2為紅色27∶白色37；其他3個雜交組合F2代均表現(xiàn)為白色。而題中6個雜交組合的結(jié)果驗(yàn)證了這個假設(shè)是正確的，所以花色遺傳受4對等位基因控制。

總之，在日常的教學(xué)中，教師一定要有意識地引導(dǎo)學(xué)生使用規(guī)范的邏輯思維方法，分析解決生物學(xué)實(shí)驗(yàn)問題，體驗(yàn)不同思維方法在生物實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和思維的品質(zhì)。