余燕

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

關(guān)鍵詞：邏輯學；同一律；充足理由律；矛盾律；排中律

一、研究背景

在《普通高中生物學課程標準》中，“科學探究”被描述為能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實生活中的生物學問題，對特定的生物學現(xiàn)象進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施、交流討論的能力。科學思維的核心是理性思考，主要是根據(jù)一定的規(guī)則程序和嚴謹?shù)乃伎迹瑢崿F(xiàn)邏輯的推理。

二、邏輯學的基本規(guī)律在生物科學探究中的現(xiàn)狀

邏輯思維不僅是學科核心素養(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幾乎都是在探討、歸納推理的方法，如類比推理、科學歸納法、完全歸納法和統(tǒng)計歸納法等，很少提及邏輯學的基本規(guī)律。

在實際教學中，越來越多的教師開始重視培養(yǎng)學生的科學探究能力，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，學生在邏輯推理時，是自發(fā)而不自覺的狀態(tài)，難免會犯各種邏輯錯誤卻不自知。如果教師運用邏輯學的相關(guān)知識訓練學生，既能提高學生的邏輯推理能力，又能提高學生的科學探究能力。例如，教師先讓學生了解邏輯學的基本規(guī)律，包括同一律、充足理由律、矛盾律、排中律等，然后在生物科學史等探究式教學中，讓學生認識到“混淆概念”和“理由不充足”等常見邏輯錯誤。當學生有意識地按照邏輯學的基本規(guī)律進行思考和表述時，便能夠避開常見的邏輯錯誤，思路會更清晰，表述也會更有條理。

三、邏輯學的基本規(guī)律在生物科學探究中的實踐策略

（一）邏輯學及其基本規(guī)律

邏輯學是為分辨正確的或有效的推理與論證，辨析錯誤的或無效的推理與論證提供標準，是專門研究推理與論證的科學。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)和論點分別對應推理的前提和結(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)必須是真實的。

古代思想家在提出一些謬誤和詭辯的具體解決方式時，為了正確使用語言與思維，進行理性的交流，提出和表述了三個規(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）實踐策略

生物教科書中有許多經(jīng)典實驗，新教材中還增加了很多“思維訓練”資料。同時，在實際教學中，教師經(jīng)常會設(shè)計教學情境，解決生活中的一些問題。這些都離不開科學探究，也離不開邏輯推理。目前，很多高考題的考查也涉及科學探究，滲透著邏輯學的基本規(guī)律。在前期的科學探究中，學生可以初步了解邏輯學的基本規(guī)律，知道常見的邏輯錯誤。在中期的科學探究中，當學生出現(xiàn)邏輯錯誤時，教師明確指出是犯了哪一種邏輯錯誤，讓學生進一步掌握邏輯學的基本規(guī)律。在后期的科學探究中，學生可以有意識地遵循邏輯學的基本規(guī)律，實現(xiàn)正確思維，有序表達。

（三）邏輯學的基本規(guī)律與常見錯誤

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?，同一律保障了思維的確定性。例如，從“細胞是熊貓結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，神經(jīng)元是細胞”這個命題中，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”，因為前提中的兩個“細胞”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，過酸會使酶失去活性，濃鹽酸pH值很低，是強酸，所以濃鹽酸會使胃蛋白酶失活。過酸和強酸的含義是不一樣的，所以得出的結(jié)論也是錯誤的。

在科學探究中，教師必須明確概念和論題。這一點在“提出問題”環(huán)節(jié)尤為重要，只有問題明確無誤，才能使實驗設(shè)計朝著正確的方向進行。

“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誤。例如，在講授光合作用相關(guān)知識的過程中，學生知道光合作用有很多不同含義，如實際光合速率和凈光合速率等。但是，相關(guān)實驗有時探究的是整棵植株的光合作用，有時探究的是葉片的光合作用，等等。因此，教師要讓學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，要求驗證農(nóng)作物對NH4﹢和NO3﹣的吸收具有偏好性。有些學生在進行實驗設(shè)計時，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存在。這樣的邏輯錯誤就是“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，學生要確定命題為真，理由必須充足，主要的邏輯要求有兩個：理由必須真實，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。在科學探究中，事實或理論依據(jù)必須相關(guān)、充分，“作出假設(shè)”和“設(shè)計實驗”環(huán)節(jié)均需要注意這一點。

違反充足理由律的常見邏輯錯誤有三種：“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驗中，有學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行的，還是在無氧條件下進行的。在實驗過程中，學生發(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，按照課本的實驗裝置，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)果會更有說服力。

“推不出”是指單獨看理由不看結(jié)論，它是真實的，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)論的真實性，又通過結(jié)論去證明理由的真實性。例如，探究生長素的運輸方向時，在玉米胚芽鞘的形態(tài)學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)學的上端向下端運輸。有可能生長素從形態(tài)學上端向下端運輸只是重力的作用，所以還需要將胚芽鞘的形態(tài)學上端朝下進行實驗，作為對照，就可以排除重力的影響。課本上這個例子的討論題中也提到了邏輯推理，提問是否嚴謹，筆者認為，如果懂得邏輯學的基本規(guī)律，學生的思維方向會更明確，思維過程有標準可依也會更嚴謹。

“理由不充足”是指理由對結(jié)論的支持度有強弱之分。有時候理由為真，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，在探究細胞核結(jié)構(gòu)和功能的教學中，教師往往會讓學生先分析傘藻的嫁接實驗，推斷傘藻的形態(tài)構(gòu)建取決于細胞核還是細胞質(zhì)。很多學生會得出結(jié)論：傘藻的形態(tài)構(gòu)建取決于細胞核。但這個實驗結(jié)果對結(jié)論的支持度是不夠的，因為假根中除了有細胞核之外，還含有細胞質(zhì)，有可能是細胞質(zhì)起到了決定性的作用。希望得到強支持的實驗證據(jù)，就需要單獨觀察細胞核的作用，學生思考后才能設(shè)計出傘藻核移植實驗。

如2019年全國I卷第29題第3小題，需要設(shè)計實驗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。部分學生在設(shè)計實驗時只考慮了在干旱條件下脫落酸對氣孔開度的影響，而沒有考慮到要驗證缺水對氣孔開度的影響，所以在實驗思路中沒有提到需要在干旱處理前后均測定氣孔開度。這個邏輯錯誤就屬于“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)論才是強支持。

3.矛盾律

相互矛盾或互相反對的兩個命題不能同時為真，必有一假。矛盾律要求思維的一致性。例如，“細胞是所有生物結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，病毒沒有細胞結(jié)構(gòu)”，這種表述就是自相矛盾?！白韵嗝堋钡倪壿嬪e誤具體表現(xiàn)在三個方面：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。

在科學探究中，推理、論證必須合理有效?！白韵嗝堋笔菍W生在實驗設(shè)計這一環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)的邏輯錯誤。例如，2019年全國III卷第32題第2小題，要求設(shè)計實驗驗證分離定律，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)型可能對應多種基因型，雜交后代會有多種不同的表現(xiàn)。如果沒有考慮到這一點，預期的子代和親代之間是無法對應的，這里就隱含了相互矛盾的判斷。

4.排中律

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

違反排中律的要求所產(chǎn)生的邏輯錯誤為“兩不可”。在探究實驗中，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，“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”就是兩個互相矛盾的命題，必有一真一假。

參考文獻：

[1]陳波.邏輯學十五講（第二版）[M].北京：北京大學出版社，2016.

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

（作者單位：南寧市第二中學）