穆勒的探求因果聯(lián)系的邏輯方法剩余法-江蘇啟東中學

發(fā)表于《中學生物學》2014年第5期穆勒的探求因果聯(lián)系的邏輯方法“剩余法”與其在生物學探究性課題中的應用程煒月（江蘇省啟東中學２２６２００）探究性課題中首先必須遵循一些基本的科學的邏輯思想方法，英國邏輯學家、哲學家穆勒（Ｊ.Ｓ.Ｍｉｌｌ，１８０６～１８７３），他的穆勒“五法”中的一些辯證思想方法——判斷因果關(guān)系的歸納的邏輯思想，是探因類實驗設(shè)計題破解的有效方法。其中“剩余法”較為復雜，有時要綜合運用其他諸如“契合法”，“差異法”，“共變法”，“求同求異并用法”這些法則，但無論是經(jīng)典探究實驗，還是我們自主探究實驗經(jīng)常要用到，掌握其邏輯思想方法對我們完成從理論學習走向自己動手設(shè)計探究性實驗有指導作用。一：經(jīng)典實驗——肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗“剩余法”的應用1928年格里菲斯肺炎栓球菌轉(zhuǎn)化實驗推斷：S型肺炎雙球菌含有轉(zhuǎn)化因子。那么轉(zhuǎn)化因子到底是什么物質(zhì)？⑴是蛋白質(zhì)嗎？當時，人們已經(jīng)認識到蛋白質(zhì)是由多種（20種）氨基酸連接而成的生物大分子，各種氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的結(jié)構(gòu)多樣性的蛋白質(zhì)，決定了蛋白質(zhì)功能多樣，蛋白質(zhì)本身是生命的體現(xiàn)者。更多的科學家聯(lián)想到：氨基酸多種多樣的排列順序，如果因此蘊含遺傳信息，作為遺傳物質(zhì)的可能性很大。⑵是糖類嗎？多糖類的莢膜，是S型肺炎雙球菌毒性的直接原因，是否是遺傳物質(zhì)？⑶是DNA嗎？而對含量較少的DNA的分子結(jié)構(gòu)不甚了解，只知道，它是由4種不同的脫氧核苷酸組成，想象不出DNA怎么可以攜帶海量的遺傳信息，所以推測蛋白質(zhì)為遺傳物質(zhì)的觀點占主導地位?！?944年，艾弗里驗證遺傳物質(zhì)的實驗思路就是把S型肺炎雙球菌的那些可能是遺傳物質(zhì)的先行條件（物質(zhì)）分別分離提?。篋NA、蛋白質(zhì)、RNA糖類等物質(zhì)，觀察其對R型活菌的轉(zhuǎn)化效果，發(fā)現(xiàn)只有DNA具有轉(zhuǎn)化能力，其他物質(zhì)均沒有轉(zhuǎn)化能力。而且隨著DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率就越有效；如果用DNA酶分解S型活菌的DNA形成脫氧核苷酸，就不能使R型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化。顯然，DNA是遺傳物質(zhì)，其他物質(zhì)均不是。在這個實驗中艾弗里應用了邏輯方法“剩余法”：二：穆勒的“剩余法”它是探求因果聯(lián)系的方法之一。已知被研究的某一復雜現(xiàn)象由某種復雜情況引起，將其中已確認有因果聯(lián)系的部分除開，則剩余的部分也有因果聯(lián)系。把各種先行條件逐一加以分析，那些與被研究現(xiàn)象無關(guān)的因素（蛋白質(zhì)、糖類、RNA、DNA+DNA酶）一一加以排除，而剩下的某一先行條件（DNA），則是被研究現(xiàn)象S型肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化具有轉(zhuǎn)化能力的原因，再設(shè)計實驗確證。剩余法的邏輯形式是：已知被研究的復合現(xiàn)象a、b、c、d的復合原因是A、B、C、D；

已知：B是b的原因，C是c的原因，D是d的原因，所以，A是a的原因?！笆Ｓ喾ā毕鄬^復,因為它往往綜合應用了穆勒其他邏輯歸納法。上述艾弗里“剩余法”實際上還綜合運用了其他四種邏輯歸納法，以證實DNA是肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化因子，是遺傳物質(zhì)；第一種求同法：契合法（即求同法）所有S型肺炎雙球菌的DNA出現(xiàn)場合，R型活菌均能轉(zhuǎn)化成S型肺炎雙球菌?；蛩蠸型肺炎雙球菌DNA的沒有出現(xiàn)場合，R型活菌均不能能轉(zhuǎn)化成S型肺炎雙球菌。契合法（即求同法）為：如果我們做了若干次實驗，出現(xiàn)了某種共同的生物現(xiàn)象，而在研究這幾次實驗中，只有一種因素是共同的，其余因素均不相同，那么這個共同的因素與被研究的生物現(xiàn)象之間存在因果聯(lián)系，若以Ａ，Ｂ，Ｃ.Ｄ.Ｅ.Ｆ.Ｇ分別表示不同的因素，ａ是我們所要研究的現(xiàn)象，“契合法”可以用下面表１表示：場合因素現(xiàn)象(１)ＡＢＣａ(２)ＡＤＥａ(３)ＡＦＧａ………所以，Ａ與ａ有因果關(guān)系。特點：異中求同。不過特別要注意各場合有無其他的共同情況,還要注意這些場合的研究共同現(xiàn)象是否關(guān)鍵”.所以要注意一下兩點：①結(jié)論的可靠性和考察的場合數(shù)量有關(guān)?？疾斓膱龊显蕉?，結(jié)論的可靠性越高。②有時在被研究的各個場合中，共同的因素并不只一個，因此，在觀察中就應當通過具體分析排除與被研究現(xiàn)象不相關(guān)的共同因素。第二種，求異法：S型肺炎雙球菌的DNA存在時，具有轉(zhuǎn)化能力（出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代）；S型肺炎雙球菌的DNA不存在時（蛋白質(zhì)/RNA/糖類/DNA水解產(chǎn)物等物質(zhì)），不具有轉(zhuǎn)化能力（不出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代）；結(jié)論，DNA是轉(zhuǎn)化因子，DNA是遺傳物質(zhì)。差異法（即求異法）的一般的邏輯思路為：在被研究的現(xiàn)象出現(xiàn)場合與不出現(xiàn)的兩個對比場合之間只有一個因素不同，如果這個唯一不同的情況在被研究現(xiàn)象出現(xiàn)的場合中存在著，而在另一個場合中沒有這種因素作用的場合不存在，那么，這個因素與被研究的現(xiàn)象之間存在因果聯(lián)系，差異法，可用下表２表示：場合因素現(xiàn)象(１)ＡＢＣａ(２)—ＢＣ—表２說明因素Ａ與ａ現(xiàn)象之間存在因果關(guān)系。特點：同中求異。求異法比求同法更可靠，相對其他探因類的邏輯歸納法簡便，在各類實驗中用得最多。第三種，共變法：S型肺炎雙球菌的DNA的濃度越高，轉(zhuǎn)化效率越高。結(jié)論，DNA是轉(zhuǎn)化因子，DNA是遺傳物質(zhì)。共變法歸納原理可表述為：在某一現(xiàn)象（因素）發(fā)生一定程度的變化，另一現(xiàn)象也隨之發(fā)生一定程度的正相關(guān)或負相關(guān)性相關(guān)性變化，那么這兩個現(xiàn)象之間就存在因果關(guān)系。設(shè)Ａ1Ａ2Ａ3……是現(xiàn)象（因素）Ａ的不同狀態(tài)，ａ1ａ2ａ3……是另一現(xiàn)象ａ的不同狀態(tài)，共變法可以用表３表示如下：次數(shù)因素（自變量）現(xiàn)象（因變量）１Ａ1ＢＣａ1２Ａ2ＢＣａ2３Ａ3ＢＣａ3從表中不難看出A（自變量）與現(xiàn)象或因素ａ（因變量）之間存在因果關(guān)系。第四種，求同求異并用法：場合現(xiàn)象1、R型活菌+加熱后的S型肺炎雙球菌出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代正事例組2、R型活菌+S型肺炎雙球菌的DNA出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代3、R型活菌+S型肺炎雙球菌的DNA濃度越高出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代越多4、R型活菌+S型肺炎雙球菌的蛋白質(zhì)不出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代負事例組5、R型活菌+S型肺炎雙球菌的多糖不出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代6、R型活菌+S型肺炎雙球菌的脂類不出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代7、R型活菌+S型肺炎雙球菌的DNA+DNA酶不出現(xiàn)S型肺炎雙球菌后代結(jié)論：DNA是肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化因子，是遺傳物質(zhì)；蛋白質(zhì)、糖類、脂類等不是肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化因子和遺傳物質(zhì)。求同求異并用法：如果在被研究現(xiàn)象的若干場合（正事例組）中，只有一個共同的情況，而在被研究現(xiàn)象不出現(xiàn)的若干場合（負事例組）中，卻沒有這個情況，那么，這個情況就與被研究的現(xiàn)象之間有因果聯(lián)系。公式可表示為：場合相關(guān)情況被研究現(xiàn)象（1） ABCａ（2） ACEａ正事例組（3） AFGａ（4） BC —（5） DE —負事例組（6） FG —三、DIY，利用“剩余法”進行生活實際的生物學探究性課題中因果聯(lián)系的嘗試在生活中，經(jīng)常要對復雜狀況不明原因的進行探究，機械故障、病因探查，不妨用“剩余法”破解。例如，有次生物課上學生蘇童左腮下部有疼痛感，自述食欲不佳……后來看了兩個醫(yī)生，一個醫(yī)生診斷為“扁桃體發(fā)炎”，配了一百、二百元殺菌藥；另一個專家診斷為感冒類病毒感染，又配了一百、二百元抑制感冒病毒的藥。”家長吩咐，兩種藥都服用試試。是感冒，“扁桃體發(fā)炎”，左腮部炎癥，還是其他什么原因？課后與同學們一起觀察蘇童的左腮下部，皮膚外表面沒什么異樣；張口：扁桃體也沒有紅腫現(xiàn)象，用高溫蒸煮殺菌過的筷子輕點扁桃體，也沒有疼痛感，若傷口上撒鹽，肯定會有痛感，所以沾取幾粒鹽輕點扁桃體，還是沒有疼痛感，說明扁桃體沒有炎性；大家看到左邊臼齒為齲齒，是不是齲齒部發(fā)炎？再次用消毒后的筷子輕壓齲齒牙齦部，沒有疼痛感，沾取幾粒鹽粒也沒有疼痛感，可見也不是齲齒引起的發(fā)炎?？磥砜梢圆挥梅⒕幜?！沒有打噴嚏、流鼻涕、發(fā)熱等感冒癥狀，其他癥狀很不明顯。第二天早晨，蘇童回校，大家發(fā)現(xiàn)他左腮下部略有腫大，會不會是流行性腮腺炎（俗稱“田雞鼓”）？聯(lián)想到班上陸續(xù)有同學得了流行性腮腺炎而停課回家休息了，看來很可能是此病。咨詢了相關(guān)醫(yī)生后，確診是該病。建議蘇童回家隔離治療，只要將季德勝蛇藥研為細末，用陳醋（或白酒）將藥末調(diào)成糊狀，外敷于患處一側(cè)范圍至頜下。每日3次（睡前必涂１次）。并服用季德勝藥片2片，每日早、中、晚各1次，每天熱敷（或冷敷）患處，三包季德勝蛇藥，三天癥狀消退，7天回校復課。不知不覺中與學生一起利用“剩余法”對生活實際中的生物學因果聯(lián)系進行了探究嘗試.。綜上所述，利用“剩余法”進行因果推理時，對先行條件可能原因不應是簡單枚舉，而應該是原因的全集，否則結(jié)論未必正確，如上述實例中腮部疼痛的原因探究，如果缺少次日腮部略有腫大，然后對流行性腮腺炎的可能性判斷，就只能被誤診了。在當代生命科學研究中，上述5種邏輯方法仍然有著