例谈高考生物实验中逻辑思维方法的应用

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摘 要 针对近几年高考生物实验中经常考查的几种逻辑思维方法，以高考试题为例，解析其推理、思维过程，以培养学生良好的思维习惯和规范的逻辑思维方法。

关键词 逻辑思维 归纳 假说演绎 类比 分析综合

中图分类号 G633.91 文献标识码 A

逻辑思维就是人们在感性认识的基础上，以概念为操作的基本单元，以判断、推理为操作的基本形式，间接地、概括地反映客观事物规律的理性思维过程。逻辑思维的方法包括归纳推理、演绎推理、类比推理、分析和综合等方法，它是新课程高考实验与探究能力考查的一个重要方面。下面试举几例谈谈其在高考生物实验中的应用。

1 归纳推理法

归纳推理是指从许多个别的事物中概括出一般性概念、原理或结论的推理形式和思维方法。根据因果形式的表现特点可分为求同法、求异法、共变法、剩余法等，其中求异法、共变法、剩余法在生物实验中常常用到。

1.1 求异法

求异法是指在被研究对象具有某性质及结果（G）和不具有该性质和结果（G）的两种场合下，被研究对象只有一个因素（A）不同，则此因素（A）就是该性质及结果（G）的原因，或者是不可缺少的部分。

【例1】 （2009年高考理综全国卷Ⅱ）请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。

实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液，斐林试剂、37 ℃恒温水浴锅、沸水浴锅。

（1） 若“+”代表加入适量的溶液，“—”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用这些符号完成表1实验设计。

（2） 结果预测： 。

【解析】验证蔗糖酶催化作用具有专一性，研究对象是蔗糖酶和底物，结果是是否有底物分解并呈现颜色反应。推理过程如下：

场合1：蔗糖酶溶液+蔗糖溶液蔗糖分解，有颜色反应。

场合2：蔗糖酶溶液+淀粉溶液淀粉不水解，无颜色反应。

结论1：蔗糖酶只能催化蔗糖水解，不能催化淀粉水解，具有专一性。

验证淀粉酶催化作用具有专一性，研究对象是淀粉酶和底物，实验结果是是否有底物分解并呈现颜色反应。推理过程如下：

场合3：淀粉酶溶液+蔗糖溶液蔗糖不分解，无颜色反应。

场合4：淀粉酶溶液+淀粉溶液淀粉分解，有颜色反应。

结论2：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，具有专一性。

1.2 共变法

共变法是指被研究的结果或现象发生变化的各个场合中，如果其中只有一个先行有关因素是变化的，而其他先行有关因素保持不变，那么，这个唯一变化的因素就是被研究现象的原因。

【例2】 （2009年高考理综山东卷）（2）人类的F基因前段存在着CGG重复序列。科学家对CGG重复次数、F基因表达和某遗传病症状表现三者之间的关系进行调查研究，统计结果如表2：

此项研究的结论是： 。

【解析】该实验的先行因素有CGG序列重复次数、温度、原料等，研究的现象包括：F基因编码的蛋白质、症状表现、F基因转录的mRNA。在只有CGG的重复次数发生变化，而其他因素保持不变时，它就成为F基因编码蛋白质和症状表现发生变化的原因。

答案：CGG重复次数不影响F基因转录，但影响翻译，并与该遗传病是否发病及症状表现有关。

1.3 剩余法

剩余法是指如果被研究的某一性质或结果是由某种复合因素引起的，已知其中有部分因素与被研究的结果没有因果联系，那么，剩余的因素就与被研究的结果存在因果联系，如表3所示。

【例3】 （2011年高考理综全国卷）为探究不同条件对叶片中淀粉合成的影响，将某植物在黑暗中放置一段时间，耗尽叶片中的淀粉。然后取生理状态一致的叶片，平均分成8组，实验处理如下表所示。一段时间后，检测叶片中有无淀粉，结果如表4。

回答问题：（1） 光照条件下，组5叶片通过 作用产生淀粉。

（2） 在黑暗条件下，叶片能进行有氧呼吸的组别是 。

（3） 组2叶片中合成淀粉的原料是 ，直接能源物质是 ，后者是通过 产生的。与组2相比，组4叶片无淀粉的原因是

。

【解析】该实验研究对象所含因素有葡萄糖、空气（O2、CO2）、光照，实验结果是有无淀粉生成，如果用A、B、C分别代表葡萄糖、氧气、光照（因8组中都有CO2，故不把它作为研究对象的因素），用G代表淀粉，则归纳推理过程如表5：

由此可知，合成淀粉的途径有2条：一是在光照下，叶片通过光合作用合成淀粉，二是以葡萄糖为原料利用有氧呼吸合成的ATP，合成淀粉。

2 演绎推理法

演绎推理是从一般到个别，从普通到特殊的推理方式，是根据一类事物都具有的一般属性、关系、本质来推断该类中的个别事物所具有的属性、关系和本质的推理形式和思维方法，包括三段论推理、假言推理（假说演绎推理）、选言推理，在高考实验中考查频率最高的就是假说—演绎法。假说—演绎推理的逻辑结构可用图1表示：

【例4】 （2010年全国高考理综新课标卷），从某植物长势一致的黄化苗上切取等长幼茎段（无叶和侧芽），将茎段自顶端向下对称纵切至约3/4处后，浸没在不同浓度的生长素溶液中，一段时间后，茎段的半边茎会向切面侧弯曲生长形成弯曲角度（α）如图甲，α与生长浓度的关系如图乙。请回答：

（2） 将切割后的茎段浸没在一未知浓度的生长素溶液中，测得其半边茎的弯曲角度α1，从图乙中可查到与α1对应的两个生长素浓度，即低浓度（A）和高浓度（B）。为进一步确定待测溶液中生长素的真实浓度，有人将待测溶液稀释至原浓度的80%，另取切割后的茎段浸没在其中，一段时间后测量半边茎的弯曲角度将得到α2。请预测α2与α1相比较的可能结果，并得出相应的结论： 。