基于回溯推理的科學思維再培養

任莉莉

（浙江省寧波市同濟中學 浙江寧波 315175）

1 回溯推理及其例證

回溯推理又稱溯因推理、溯原推理，是根據因果聯系和充分條件假言命題的邏輯性質，從已知后件（結果）推溯其前件（原因）的非演繹推理。作為一種推理形式，它早就存在于人類的思維之中，在偵破案件方面、科學發現方面和地球、天體的觀察以及考古發掘方面等都有極為廣泛的應用。

根據美國邏輯學家、實用主義創始人、回溯推理的奠基人皮爾斯的理論，回溯推理是除了演繹和歸納以外的第三種推理類型，是科學研究中的一種重要的思維方法。回溯產生假說、演繹預言假說、歸納評價假說，這三個邏輯推理共同完成了知識的創新與積累。之后的漢森、哈曼、洛倫佐·瑪格納尼等人都是在皮爾斯研究的基礎上分別從不同視域對回溯推理進行了探析研究。皮爾斯對于回溯推理的經典論述是:某一令人驚異的現象C被觀察到；若A是真的，C當然也是真的；因此，有理由懷疑A是真的。

現以肺炎雙球菌活體轉化實驗為例進行說明。實驗中，無論是活的R型菌還是加熱殺死的S型菌，分別注射到小鼠體內都不能使小鼠患敗血癥；但是把死的S型菌和活的R型菌混合后注射到小鼠體內，小鼠卻患敗血癥死亡，從患病致死的小鼠血液中竟然分離出活的S型菌。這就是“令人驚奇的實驗現象C”。那么，活的S型菌到底是怎么來的呢？根據皮爾斯的論述:

①若加熱殺死的S型菌復活，則現象C發生；

②若活的R型菌轉化為S型菌，則現象C也發生。

因此，有理由懷疑上述兩種原因都是真的。皮爾斯認為，回溯推理是一種非必然性、試錯性的推理，其結論可以是假的。為進一步確認兩種原因的真實性，將混合注射組與單獨注射組對照分析:原因①不可能發生，原因②不能單獨發生，進而成功推斷出:在加熱殺死的S型菌中，一定有一種物質能把R型菌轉化為S型菌。

2 回溯推理與演繹推理、歸納推理的“邏輯”關系

皮爾斯認為回溯推理、演繹推理、歸納推理三者缺一不可，其邏輯關系可以進一步描述為:通過觀察獲得某一資料——對該資料運用回溯法提出假說進行解釋——根據該解釋假說進行演繹推理——最后歸納評價該解釋假說。孟德爾定律的發現就完美地闡釋了三者之間的關系。在孟德爾時代，盛行的達爾文的融合遺傳理論（即子代的性狀是由雙親的性狀混合或融合而成，其表現的是雙親的中間類型；且雜合子后代中沒有一定的分離比例）無法解釋雜合子自交后代性狀分離的現象，由此認為該假說是錯誤的，如圖1所示。

圖1 利用回溯推理否定融合遺傳假說

孟德爾根據豌豆雜種后代出現的性狀分離和自由組合等實驗現象，通過回溯法得出顆粒遺傳假說（即遺傳因子互不融合，互不干擾，獨立分離，自由組合，具有顆粒性，通過配子遺傳給后代；雜交后代自交或測交，會出現性狀分離且有一定的分離比），通過演繹（讓F1雜合子進行測交）證明假說的正確性，最后通過歸納（多對性狀多次實驗）提出分離定律和自由組合定律，如圖2所示。

圖2 利用回溯推理證明顆粒遺傳假說

整個過程可以概括為:從初始信息出發，通過回溯產生假說，然后依此假說為前提進行演繹推理:如果演繹的結果與預期的結果相符合，則強化了原假設，進入了歸納階段；如果演繹的結果與預期的結果不相符，則必定產生了新的信息，則進入新一輪的回溯階段。

3 在回溯推理中培養科學思維

3.1 批判性思維

回溯推理是基于一系列并不完整的信息作為推理基礎的，很大程度上也依據推理人的背景知識和生活常識，這就決定了其不會成為如同演繹推理那樣的保真推理，而只能是一個不斷的選擇性試錯過程。那么，其前提是回溯者需要具備批判性思維，即基于充分的理性和客觀事實而進行理論評估與客觀評價的能力與意愿，不為感性和無事實根據的傳聞所左右。回溯者首先要對已有的推理成果產生質疑，然后根據客觀事實提出更可靠的解釋。流動鑲嵌模型的提出就是一個不斷被修正和廢止的過程。由戈特和格倫德爾的脂質雙分子層模型、J.Danielli&H.Davson的三明治模型到羅伯特森的單位膜模型、桑格和尼克森的流動鑲嵌模型（被大多數人所接受），再到Wallach的晶格鑲嵌模型、Jain和懷特的板塊鑲嵌模型，這就是依據多樣性的實驗證據，在批判性思維與創新性思維的無限循環中，逐步將片段式的信息完整化，形成愈加成熟的理論的過程。

3.2 創造性思維

回溯推理大多是解釋性的回溯，即對某一現象和規律進行解釋的推理，因此其一般情形是基于初始材料產生合理、適當的解釋性假說。但是，當這些解釋性假說無法解釋某一現象或規律時，則需超越原來的解釋性假說而追求更高層次的創造性假說，如用回溯推理發現生長素的創造性思維（圖3）。

圖3 利用回溯推理發現生長素的創造性思維

生長素的發現并不是結束，而是又一個全新的開始。生長素作用機制的逐步研究和光感受器的發現能夠更加深入地解釋植物的向光性。由此可見，作為創造性假說并不意味著這一假說永遠都是最合理的解釋，而是需要被不斷拓展、補充、更新的。在創造性假說提出與完善的過程中，創造性思維發揮著至關重要的作用。在解釋植物向光性的原因中，不管是之前的“太陽的活動”“避免有毒氣體”，還是后來的“化學物質假說”，它們之間都沒有相關性，科學家們是依靠著創造性思維從多角度、多側面、多結構去思考，既不受他人觀點的限制，也不受現有知識的束縛，根據自身的實驗結果，不斷提出前無古人的新見解，這才有了一項項全新的成果。

3.3 逆向思維

從已知事實、現象或結果逆向深入地進行探究的邏輯方式，是回溯理論的最本質體現，也是回溯推理之所以能夠與演繹、歸納獨立存在的重要因素。在使用回溯法的過程中，回溯者也能不斷提升逆向思維能力，獨辟蹊徑，解決常規思維難以解決的問題，或者在眾多解決問題的方法中尋得最佳方法和途徑。20世紀初，美國著名的遺傳學家摩爾根用灰身長翅的雄果蠅（GGLL）與黑身殘翅的雌果蠅（ggll）交配，將得到的F1雌果蠅與雙隱性雄果蠅進行測交，結果驚奇地發現，大部分是灰身長翅和黑身殘翅兩種親本型，且比例是1∶1。這一結果不符合孟德爾的自由組合定律。由此，摩爾根推斷，灰身基因（G）與長翅基因（L）在染色體上連鎖在一起，黑身基因（g）與殘翅基因（l）連鎖在一起。那么對于占少數的重組類型（黑身長翅和灰身殘翅）又該如何解釋呢？摩爾根又提出了染色體上的連鎖基因還可以發生交換的假設。這些都體現出對現象產生之原因認識的逆推特征，即“理論把現象納入體系中，而理論則‘以相反的方式’——‘逆推地’建立起來”。

4 運用回溯法指導解題

回溯推理不僅是一種重要的科學思維方式，也可作為一種巧妙的解題方法。

【例1】（2017年11月選考加試題）在黑暗條件下，將分離得到的類囊體放在pH=4的緩沖液中，使類囊體內外的pH相等，然后迅速轉移到含有ADP和Pi的pH=8的緩沖溶液中，結果檢測到有ATP的生成。根據實驗分析，下列敘述正確的是 （ ）

A.實驗中溶液的H+均來自于水的裂解

B.黑暗條件下植物葉肉細胞中的葉綠體可產生ATP

C.光照條件下植物細胞葉綠體中類囊體的腔內的H+濃度較高

D.若使類囊體的脂雙層對H+的通透性增大，ATP生成量不變

解題步驟為:

①找出令人驚異的現象，即生成ATP。

②根據現象，通過回溯推理得到產生ATP的原因——類囊體內外存在H+濃度差，且內側高于外側。

③將此推理結果應用于選項C、D的判斷。光照條件下，葉綠體中類囊體產生ATP與類囊體腔內H+濃度高有關；若使類囊體的脂雙層對H+的通透性增大，ATP生成量改變，即C選項正確，D選項錯誤。

由此可見，對于很多信息題而言，回溯法能夠挖掘隱藏信息，同時找到現象發生的可能原因，再將這些可能原因逐一應用于其他選項的判斷，就題論題，不做其他沒有根據的臆想，這樣可以大大提高正確率。