从逻辑学的视角看高考试题的命制

河北

《普通高中生物学课程标准（2017版）》指出：生物学是自然科学中的一门基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学。它不仅是一个结论丰富的知识体系，也包括了人类认识自然现象和规律的一些特有的思维方式和探究过程。《普通高等学校招生全国统一考试大纲》中的“考核目标与要求”强调“高考生物试题注重考查考生的知识、能力和素养”，其实质就是要注重考查学生科学的思维方法和探究问题的思维过程。因此在基础年级教学和高三复习的日常教学过程中，教师要注重在学习过程中逐步发展学生的科学思维。

笔者尝试从逻辑学的四种思维形式——概念、判断、推理、论证的视角来分析近几年生物高考试题，以期对培养学生生物学核心素养以及高考复习提供一个思路。

1.概念

概念是思维形式最基本的组成单位，是构成判断、推理、论证的要素。因此，在研究判断、推理、论证之前必须首先弄清楚概念的含义。

生物学概念是反映物质在生命现象中特有的或本质属性的一种思维形式，是构成生物学知识体系的重要组成部分，是学生形成生命观念的基础。

近些年来，生物高考全国卷开始强调对学科概念的考查，命题者不仅要求考生理解所学生物学概念的内涵和外延，还要求考生厘清概念间的内在联系，从而构建外显性表达形式—— 概念图或思维导图。概念考查的具体形式并不在于概念的定义本身，而是根据概念的内涵来考查考生对重要概念的理解和迁移能力。例如2018年全国卷Ⅰ第29题（节选）：（1）大自然中，猎物可通过快速奔跑来逃脱被捕食，而捕食者则通过更快速的奔跑来获得捕食猎物的机会，猎物和捕食者的每一点进步都会促进对方发生改变，这种现象在生态学上称为___________。本题从生态学问题的视角考查考生对生态学知识的理解能力。命题者通过创设一幅捕食者与被捕食者进行速度比拼的情境，考查考生能否结合题干“猎物和捕食者的每一点进步都会促进对方发生改变”获取关键信息，该句与人教版高中教材必修2中“共同进化”（不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展）相似，所以本空应填“共同进化”。

2.判断

2.1 定义

人们用概念这种思维形式来反映和表示事物，然而孤立的概念是不能说明事物的，人们为了对事物进行说明，表达一个完整的思想，就必须运用概念进行判断。

判断是对概念的发展，是对事物情况有所肯定或否定的思维形态。因此，任何一个判断都存在是否正确的问题。检验判断是否正确的唯一标准是人们的社会实践。如果断定的情况被实践证明是符合客观实际的，那么这个判断就是真的；否则，就是假的。例如 “蓝藻属于原核生物”就是真判断，“有氧呼吸不需要氧气”就是假判断。在高考生物的客观题中，考生主要是以所学生物学事实、概念或题目中提供的信息为标准断定判断真假。

2.2 种类

2.2.1 性质判断

性质判断是断定某事物具有或不具有某性质的判断。

例如2018年全国卷Ⅰ第1题C选项（部分）：细胞的核膜是双层膜结构。这个性质判断断定了概念1“核膜”具有概念2“双层膜”的性质。根据生物学事实：核膜包围在细胞核的外面，由内外两层膜构成，把细胞质与核内的物质分开。因此这个判断是真，即正确。

2.2.2 关系判断

关系判断就是断定事物与事物之间关系的判断。

例如2018年全国卷Ⅰ第1题A选项：叶绿体的类囊体膜上存在催化ATP合成的酶。这个关系判断断定了概念1“类囊体膜”与概念2“（ATP合成的）酶”的位置关系。根据对光合作用这一核心概念的学习可知，类囊体膜上有许多酶、光合色素和电子传递链组分，它们的主要功能是吸收光并进行电子传递，再结合磷酸化过程合成ATP，整个过程中有多种酶的参与。因此这个判断是真，即正确。再如2016年全国卷Ⅰ第6题四个选项表述的都是概念1“发病率”与概念2“基因频率”之间的相互关系。以A选项判断“常染色体隐性遗传病在男性中的发病率等于该病致病基因的基因频率”为例进行分析。某种遗传病发病率的概念是“某种遗传病的患病人数/某种遗传病的调查人数”，基因频率的概念是“在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率”。由于该选项的前提是“常染色体隐性遗传病”，则在男性中的发病率为（bb）的数量/（BB+Bb+bb）的数量=[b/（B+b）]2，故该病致病基因的基因频率为b /（B+b），“发病率”与“基因频率”的数值不相等，因此A选项的判断为假，即错误。

2.2.3 联言判断

联言判断指断定几种事物情况同时存在的判断。常见的连接词有“且”“既……又……”“虽然……但是……”等。联言判断的真假判定：只有判断1、判断2……都真时，联言判断才为真，否则均为假。

例如2018年全国卷Ⅰ第1题C选项：细胞的核膜是双层膜结构，核孔是物质进出细胞核的通道。这个联言判断可拆分为判断1“细胞的核膜是双层膜结构”，判断2“核孔是物质进出细胞核的通道”。判断1、2的真假是根据高中所学生物学事实、概念进行分析的，细胞的核膜是双层膜结构，判断1为真，核孔（复合体）是物质进出细胞核的通道，判断2为真。根据联言判断的真假判定规则，该联言判断“细胞的核膜是双层膜结构，核孔是物质进出细胞核的通道”为真，即正确。

3.推理

推理和概念、判断一样，也是人们在日常生活、学习和工作中经常运用的一种思维形式。

推理是由判断构成的，判断是推理的组成要素。因此推理就是根据一个或一些判断得出另一个判断的思维过程。在推理中，我们把由其出发进行推理的已知命题称为前提，把由已知命题所推导出的命题称为结论。

推理的种类繁多，根据推理的思维进程方向的不同，人们把推理分为归纳推理和演绎推理。归纳推理是由特殊性的前提推导到一般性结论的推理；演绎推理是由一般性的前提推导到特殊性结论的推理，其常用类型有三段论和假言推理。

3.1 归纳推理

在实践的基础上，人们通过感官对事物或现象的认识，得到许多感性材料（在生物试题中往往以实验数据形式呈现），人们要透过个别事物和现象认清隐藏在其中的普遍规律和本质，就必须应用已有的科学知识，除此还需要正确应用归纳推理方法。在归纳推理的形式中，前提与结论之间的联系不是必然性的，而是或然性的。例如2016年全国卷Ⅲ第29题（节选）：为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组，1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。于中午12：30测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表1所示：

表1

回答下列问题：

（1）根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是___________________，其依据是________________________。

本题以夏日晴天中午，由于受到光照强、温度高、相对湿度低等因素的影响，导致植物（小麦等C3植物）光合速率降低为命题情境，考查温度和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响。根据求因果联系的差异法（一个相关的条件发生变化，而其他的条件保持不变），考生结合表中实验数据，可以分析出：①在温度（36℃）相同条件下，相对湿度（17%、27%、52%）改变时光合速率变化较大；②在相对湿度（52%）相同条件下， 温度（25℃、31℃、36℃）改变时光合速率变化较小。由此可以归纳出：在夏日晴天中午对小麦光合速率影响较大的环境因素是相对湿度。

3.2 演绎推理

演绎推理就是从一般性的前提出发，通过推导得出具体陈述或个别结论的推理。演绎推理的逻辑形式对于理性的重要意义在于它对人的思维保持严密性、一贯性有着不可替代的作用。

3.2.1 假言推理

假言推理是一种具有两个前提的推理，其中一个前提是假言判断，另一个前提是这个假言判断的前件或这个假言判断的后件。假言判断反映了事物情况之间的条件关系。

常见的假言推理是充分条件假言推理，即假言判断的语言描述是“若……，则……”“如果……，那么……”。其推理规则是如果承认前件就承认后件，即①若p（前件），则q（后件）；②p存在，且为事实。由①②一定可以推出q（p、q可以表示题目中或所学的事实、推演的结论）。

例如2018年全国卷Ⅰ第2题：生物体内的DNA常与蛋白质结合，以DNA-蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是 （ ）

A.真核细胞染色体和染色质中都存在DNA-蛋白质复合物

B.真核细胞的核中有DNA-蛋白质复合物，而原核细胞的拟核中没有

C.若复合物中的某蛋白参与DNA复制，则该蛋白可能是DNA聚合酶

D.若复合物中正在进行RNA的合成，则该复合物中含有RNA聚合酶

本题以生物体内的DNA-蛋白质复合物为命题情境，要求考生对相关叙述进行判断、推理。下面以C选项为例，分析充分条件假言推理的规则应用。

前提1：若复合物中的某蛋白参与DNA复制（前件），则该蛋白可能是DNA聚合酶（后件）。

前提2：解旋酶、DNA聚合酶参与DNA复制（由所学DNA分子复制过程 可知该判断为真，即肯定前件）。

结论：该蛋白可能是DNA聚合酶（或解旋酶）。

由以上分析可知，C选项叙述正确。

3.2.2三段论推理

除了假言推理外，三段论推理在高考试题中也是常用的演绎推理类型，这种推理形式经常在高中数学课堂中讲授，因此这种考查不仅体现了数学学科的基础性，还体现了学科间的交叉性。

三段论是由三个性质判断组成，其中两个性质判断是前提，另一个性质判断是结论。它包含而且只包含三个不同的概念，每个概念在两个判断中各出现一次。例如：

所有人都会死 ①

苏格拉底是人 ②

所以苏格拉底会死 ③

这个三段论推理由①②③组成，其中①②是前提，③是结论；涉及概念有“人”“苏格拉底”“死”。

下面以2018年全国卷Ⅰ第32题（节选）为例分析三段论推理的具体过程：

果蝇体细胞有4对染色体，其中2、3、4号为常染色体。已知控制长翅/残翅性状的基因位于2号染色体上，控制灰体/黑檀体性状的基因位于3号染色体上。某小组用一只无眼灰体长翅雌蝇与一只有眼灰体长翅雄蝇杂交，杂交子代的表现型及其比例如表2：

表2

回答下列问题：

（3）若控制有眼/无眼性状的基因位于4号染色体上，用灰体长翅有眼纯合体和黑檀体残翅无眼纯合体果蝇杂交，F1相互交配后，F2中雌雄均有_______种表现型，其中黑檀体长翅无眼所占比例为3/64时，则说明无眼性状为____（填“显性”或“隐性”）。

本题通过分析判断果蝇杂交实验结果来考查学生对基因的分离定律和自由组合定律的理解，以及利用所学概念和遗传规律分析具体问题的能力。即根据自由组合定律分析子代基因型、表现型及无眼性状的显隐性。根据表格中灰体长翅∶灰体残翅∶黑檀体长翅∶黑檀体残翅=9∶3∶3∶1，可以得出灰体对黑檀体为显性、长翅对残翅为显性。由题干信息“……长翅/残翅……2号染色体上，……灰体/黑檀体……3号染色体上”和本小问信息“若控制有眼/无眼性状的基因位于4号染色体上”可以得出眼的有无、体色、翅型三对性状遵循自由组合定律。

综上分析，建立如下两个三段论：

第一个三段论：

大前提：一对相对性状的纯合亲本杂交，F2出现显性性状个体的概率为3/4，出现隐性性状个体的概率为1/4。

小前提：亲本为灰体纯合体和黑檀体纯合体（或长翅纯合体和残翅纯合体）果蝇。

结论 1：黑檀体（或长翅）在F2中出现的概率为1/4（或3/4）。

第二个三段论：

大前提：所有位于非同源染色体上的非等位基因的遗传满足基因的自由组合定律。

小前提：满足基因自由组合定律的分析方法是先进行单对相对性状的分析，再进行综合分析。

结论 2：P（黑檀体·长翅·无眼）=P（黑檀体）·P（长翅）·P（无眼）

由题目信息“F2中……黑檀体长翅无眼所占比例为3/64”可知无眼性状出现的概率是1/4。根据基因分离定律，可得出无眼为隐性性状。

4.论证

4.1 定义

人们的一切行动都是在一定思想的指导下进行的，因此，只有根据正确思想的行动才有可能是正确的行动。那么，如何确定思想的真伪呢？这就提出了关于论证的问题。

所谓论证是由断定一个或一些判断为真，进而断定另一个判断的真实性的思维过程。例如1616年4月，英国科学家威廉·哈维通过大量实验材料提出并论证血液循环理论。1661年，意大利科学家用显微镜观察青蛙肺部动静脉之间的毛细血管，从而完全证明了威廉·哈维的论证。

论证具有两种类型：实践论证和逻辑论证。实践论证是通过人的变革物质世界的积极活动，来检验一个思想与它所反映的事物是否一致，如判断市场中出售的梨子是甜而不酸的，只要亲口尝一尝就够了。而逻辑论证是借助于一些概念、真的判断，通过逻辑推理来确定另一个判断的真实性。逻辑论证，是人们发现真理、理解真理的重要工具之一，也是人们有力表达思想的必要条件，是现行笔试的主要考查方式。例如2017年全国卷Ⅰ第29题（题略）。

该题主要考查考生对遗传物质组成、DNA和RNA的成分差别、病毒类型和繁殖特点等的理解和掌握程度，要求考生通过论证的方式解决问题。据统计，2017年某省理科考生中，有56.19%的考生在该题得了零分，满分率仅为4.3%，平均分仅为1.88分。该结果充分说明学生论证思维的欠缺。下面笔者将从论证的组成对本题进行分析。

4.2 组成

4.2.1 论题

论题是真实性需要加以确认的判断。在论证的过程中，论题既是开端又是终结。作为论证的开端，论题是提出所要解决的问题，如本题的论题是确定一种新病毒的类型，即新病毒是RNA病毒还是DNA病毒；作为论证的终结，论题是问题的解决，就是结论，如本题的论题是新病毒是DNA病毒或新病毒是RNA病毒。

论题具有两种类型：①论题是被确认为真的判断。这类论证侧重在表述方面，如2018年全国卷Ⅲ第30题（2）“……变性的蛋白质易被蛋白酶水解，原因是__________ ”。②论题是一个未经确认为真的判断。这类论证侧重在探究，即为这个判断寻找理论和事实的根据，本题就属于这类论题，并且是寻找事实根据的论题。

4.2.2 论据

论据是用来确定论题真实性时所依据的判断。论据的真实性，是论题真实性的根据。

论据分为两种：

①基本论据：不是由其他论据推导出来的论据，如科学中的基本定义和公理、已被证实的关于个别事实的判断（DNA与RNA在基本组成物质上的差别是分别特有碱基T与U及脱氧核糖与核糖；病毒利用宿主细胞的合成系统进行自我复制）、题目提供的限定条件（在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换；放射性同位素标记的方法）等。

②非基本论据：由其他论据推导出来的论据，如由基本论据“DNA与RNA在基本组成物质上的差别”“在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换”“放射性同位素标记的方法”，考生应该能推导出“利用同位素分别标记尿嘧啶和胸腺嘧啶进行RNA与DNA的区别”；由基本论据“病毒利用宿主细胞的合成系统进行自我复制”，考生应该能推导出“先将病毒的宿主细胞培养在放射性标记尿嘧啶或放射性标记胸腺嘧啶的培养基中”。

4.2.3 论证方式

论证方式是由论据到论题的推理形式。如图为2017年全国卷Ⅰ第29题的论证过程图解：