基于理性思維的高中生物學(xué)原創(chuàng)試題命制探索

唐東輝

(江蘇省南通市天星湖中學(xué) 226010)

理性思維是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維，它是一種有明確的思維方向，有充分的思維依據(jù)，能對事物或問題進(jìn)行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的一種思維[1]。理性思維是生物學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，高中生物學(xué)試題的命制應(yīng)從知識立意向能力立意轉(zhuǎn)變，注重考查學(xué)生的理性思維，提升歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等能力，以養(yǎng)成科學(xué)的思維品質(zhì)與習(xí)慣。

1 基于理性思維的原創(chuàng)試題命制列舉

1.1 基于生物學(xué)核心概念，考查學(xué)生歸納與概括思維能力 生物學(xué)核心概念是在錯綜復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象、生物學(xué)事件和生物學(xué)過程的基礎(chǔ)上歸納、推理出來的結(jié)論，是對同一類生物學(xué)問題本質(zhì)特征的抽象和概括，具有高度的概括性和統(tǒng)攝性[2]。核心概念具有普遍的遷移功能，是學(xué)科教學(xué)價值的集中體現(xiàn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的重要內(nèi)容，而學(xué)生對核心概念的理解是在具體事實的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納和概括。

例1 如圖為線粒體中部分大分子物質(zhì)來源的示意圖，其中①～③表示相關(guān)過程，酶系甲、乙、丙表示相關(guān)過程需要的一系列酶。請回答下列問題：

(1)催化過程①的酶是________，催化過程③的酶有________。

(2)與過程②相比，過程①中特有的堿基互補配對方式是________。

(3)已知溴化乙啶能抑制圖中過程①，用溴化乙啶處理細(xì)胞后，檢測參與過程①的酶的量和活性，發(fā)現(xiàn)都沒有降低，說明該酶是受________中基因控制。溴化乙啶處理細(xì)胞后，有氧呼吸過程中將受到影響的物質(zhì)變化是________。

(4)用α-鵝膏蕈堿處理細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中RNA含量顯著減少，則有氧呼吸的第________階段會受到影響。

(5)線粒體被稱為半自主性細(xì)胞器，據(jù)圖分析，理由是________。

命題立意：本題以線粒體中部分大分子物質(zhì)來源為背景考查基因表達(dá)等相關(guān)知識。“轉(zhuǎn)錄”和“翻譯”是高中生物學(xué)中的核心概念，兩者既相對獨立，又密切聯(lián)系、彼此影響。判斷學(xué)生對核心概念的掌握與否不是以熟練背誦或復(fù)述為依據(jù)，應(yīng)以能否通過歸納概括，理解概念的本質(zhì)，解決實際問題為標(biāo)準(zhǔn)。此題(1)(2)問考查轉(zhuǎn)錄和翻譯過程的區(qū)別；(3)(4)問考查學(xué)生利用概念解決實際問題的能力；尤其第(5)問，要求學(xué)生能分析圖解，歸納和概括“半自主性細(xì)胞器”這一生物學(xué)核心概念，要求較高。參考答案：(1)RNA聚合酶 解旋酶、DNA聚合酶(和DNA連接酶) (2)T-A (3)細(xì)胞核(或染色體) 還原氫和氧氣結(jié)合生成水 (4)一、二、三 (5)線粒體自身具有一套遺傳表達(dá)系統(tǒng)，但其轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程必須依賴于核基因。

1.2 基于生物學(xué)規(guī)律，考查學(xué)生演繹與推理思維能力 生物學(xué)規(guī)律是生命現(xiàn)象、生命活動在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然趨勢及其本質(zhì)聯(lián)系的反映，是科學(xué)研究的結(jié)晶。高中生物學(xué)學(xué)習(xí)中，要求學(xué)生能運用已知的生物學(xué)規(guī)律，對相關(guān)生命現(xiàn)象進(jìn)行探討或預(yù)測，而這正是演繹和推理的過程，從一般性的前提出發(fā)，經(jīng)推導(dǎo)得出具體的陳述或個別結(jié)論，要求學(xué)生對思維保持高度的嚴(yán)密性和一貫性[3]。

例2 果蠅的眼色中有白色(不含色素)、紅色和紫色3種，細(xì)胞中紅色色素的合成必需有基因A控制合成的酶催化。若細(xì)胞中基因D控制合成的酶存在時，紅色色素會轉(zhuǎn)化為紫色色素，使眼色呈紫色。當(dāng)細(xì)胞中不能形成紅色色素時，眼色為白色。現(xiàn)以兩個純系果蠅進(jìn)行雜交實驗，結(jié)果如圖。請回答下列問題：

(1)根據(jù)F1表現(xiàn)型，可以推測等位基因______位于X染色體上，控制果蠅眼色的兩對基因遺傳時遵循______定律。

(2)F1中紅眼雄果蠅產(chǎn)生的精子的基因組成有______。F2中紫眼雌果蠅的基因型有______。

(3)若讓F2中全部紅眼雌果蠅測交，則后代表現(xiàn)型及比例為______。

(4)若讓F2中全部紫眼雄果蠅與白眼雌果蠅隨機交配，則后代中白眼雄果蠅所占比例為______。

命題立意：本題以果蠅眼色的遺傳為研究背景，考查基因分離和自由組合定律的應(yīng)用。此題的正確解答，要求學(xué)生在理解果蠅眼色發(fā)生機制的基礎(chǔ)上，結(jié)合豌豆兩對相對性狀的雜交實驗，充分把握9∶3∶3∶1這一性狀分離比及其變式，通過縝密地演繹和推理，得知相關(guān)基因的位置及有關(guān)個體基因型，并能對后代某表現(xiàn)型出現(xiàn)的幾率進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測，整個思維過程環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)。參考答案：(1)D、d 基因自由組合定律 (2)AXd、aXd、AY、aY AAXDXd、AaXDXd(3)紅眼雌果蠅∶紅眼雄果蠅∶白眼雌果蠅∶白眼雄果蠅=2∶2∶1∶1 (4)1/6。

1.3 基于生物學(xué)模型，考查學(xué)生模型與建模思維能力 模型是人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對認(rèn)識對象所做的一種簡化的、概括性的描述，是認(rèn)識和闡明生命活動規(guī)律、原理的重要方法之一，其形式主要包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型。學(xué)生通過對模型的解讀，能獲得生物學(xué)的基本概念、原理、規(guī)律，揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)，同時培養(yǎng)了學(xué)生的建模思維和建模能力。

例3 如圖為人在失血后血壓調(diào)節(jié)的部分過程，請分析回答：

(1)引起腎上腺髓質(zhì)分泌腎上腺素的調(diào)節(jié)方式是______。與過程B相比，過程A具有______等調(diào)節(jié)特點。

(2)不同類型的血管緊張素經(jīng)______運輸?shù)饺恚珒H作用于靶細(xì)胞，是由于相應(yīng)的受體只分布在靶細(xì)胞中，其根本原因是______。

(3)臨床上，醫(yī)生診斷高血壓病人的病因時，通常需要B超檢查腎上腺皮質(zhì)是否增生，這是因為腎上腺皮質(zhì)增生會導(dǎo)致______，進(jìn)而促進(jìn)腎小管和集合管主動重吸收Na+，使血漿滲透壓______，引起血量增加。

(4)若某人在車禍中受傷失血的同時下丘腦也受損，則血量恢復(fù)正常會更難，原因是______。

命題立意：本題以人失血后血壓調(diào)節(jié)為背景，以生物學(xué)模型為呈現(xiàn)方式，考查神經(jīng)、體液調(diào)節(jié)知識。血壓的調(diào)節(jié)是一個復(fù)雜的生理過程，借助文字與箭頭構(gòu)建模型，使抽象問題具體化、直觀化，利于學(xué)生闡明相關(guān)生命活動的原理。此題的考查，旨在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會對模型解讀的同時，引導(dǎo)學(xué)生圍繞“血糖平衡”“體溫平衡”等生物學(xué)知識自主構(gòu)建模型，認(rèn)識生命本質(zhì)，提升建模能力。參考答案：(1)神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié) 反應(yīng)迅速、作用時間短暫、作用范圍準(zhǔn)確 (2)體液(血液) 基因選擇性表達(dá) (3)醛固酮分泌增加 升高 (4)下丘腦損傷會使抗利尿激素分泌減少，尿量增加，血量減少。

1.4 基于生物科學(xué)史，考查學(xué)生批判性思維能力 批判性思維是就一定的觀點和行為構(gòu)建一個合理且公正的判斷，應(yīng)具備監(jiān)控自己思維過程、發(fā)現(xiàn)錯誤并進(jìn)行更正的能力，要求理由充分，邏輯嚴(yán)密。生物科學(xué)史體現(xiàn)了科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問題、尋找證據(jù)、合理推理和得出結(jié)論的探索歷程，學(xué)生通過體驗科學(xué)家這種不斷深化對問題認(rèn)識的過程和科學(xué)探究的精神，對自身批判性思維能力和科學(xué)素養(yǎng)的提高具有重要意義。

例4 1958年，Meselson和Stahl通過一系列實驗首次證明了DNA的半保留復(fù)制，此后科學(xué)家便開始了有關(guān)DNA復(fù)制起點數(shù)目、方向等方面的研究。試回答下列問題：

(1)由于DNA分子呈______結(jié)構(gòu)，DNA復(fù)制開始時首先必需解旋，從而在復(fù)制起點位置形成復(fù)制叉(如圖1)。因此，研究中可以根據(jù)復(fù)制叉的數(shù)量推測______。

(2)1963年Cairns將不含放射性的大腸桿菌(擬核DNA呈環(huán)狀)放在含有3H-胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，進(jìn)一步證明了DNA的半保留復(fù)制。根據(jù)圖2的大腸桿菌親代環(huán)狀DNA示意圖，用簡圖表示復(fù)制一次和復(fù)制兩次后形成的DNA分子。(注：以“……”表示含放射性的脫氧核苷酸鏈)。

(3)為研究DNA的復(fù)制從一點開始以后是單向還是雙向進(jìn)行，用不含放射性的大腸桿菌DNA放在含有3H-胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，給以適當(dāng)?shù)臈l件，讓其進(jìn)行復(fù)制，得到圖3所示結(jié)果，這一結(jié)果說明______。

(4)為了研究大腸桿菌DNA復(fù)制是單起點復(fù)制還是多起點復(fù)制，用第(2)題的方法，觀察到的大腸桿菌DNA復(fù)制過程如圖4所示，這一結(jié)果說明大腸桿菌細(xì)胞中DNA復(fù)制是______起點復(fù)制的。

命題立意：本題以經(jīng)典科學(xué)實驗研究為背景，考查學(xué)生對DNA復(fù)制過程的理解。“DNA的復(fù)制”這一核心概念的建立，是以實驗為支撐，逐步探明了DNA的半保留復(fù)制、DNA的半不連續(xù)復(fù)制及DNA復(fù)制的起點、方向等問題，是一條曲折且充滿智慧的科學(xué)發(fā)展史。以科學(xué)史為素材命制試題，能引導(dǎo)學(xué)生重溫每段經(jīng)典的科研歷程，同科學(xué)家一起對生物學(xué)現(xiàn)象不斷地質(zhì)疑和論證，揭示問題的實質(zhì)，是培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的有效途徑之一。參考答案：(1)(規(guī)則)雙螺旋 復(fù)制起點數(shù)量 (2)圖略 (3)DNA復(fù)制是雙向的 (4)單。

2 基于理性思維命題實踐的反思

2.1 情境創(chuàng)設(shè)應(yīng)真實、科學(xué) 情境是問題的出發(fā)點和歸宿，理想情境材料的選擇是測量目標(biāo)和考試內(nèi)容有機結(jié)合的基礎(chǔ)。高中生物學(xué)原創(chuàng)試題的情境材料一般源于經(jīng)典考題、高校教材以及科研論文等，在試題命制時，要根據(jù)考試測量目標(biāo)，試題情境呈現(xiàn)的信息量，對素材進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚恚蕹哂嗪透蓴_信息，用簡要、精煉的語言或符號呈現(xiàn)試題信息，而這一切必須基于真實的科學(xué)研究或生物學(xué)原理，以確保試題的科學(xué)性和權(quán)威性，同時使學(xué)生認(rèn)識到自然科學(xué)研究的真實性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

2.2 試題的設(shè)問應(yīng)指向明確 原創(chuàng)試題命制的核心是問題的設(shè)計，設(shè)問時主要指向?qū)W科主干知識及基本技能，盡可能清晰、直接，確保試題的公平性、規(guī)范性。普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)中規(guī)定了考試應(yīng)測的核心素養(yǎng)目標(biāo)及其行為標(biāo)準(zhǔn)(如技能和能力、過程和方法、情感與價值觀)，這是問題設(shè)計的直接依據(jù)。因此，設(shè)問應(yīng)圍繞如何有效地激發(fā)學(xué)生的思維，如何全面考查學(xué)生的能力，如何考查科學(xué)思想與方法、科學(xué)態(tài)度與精神，以達(dá)到評價考生應(yīng)具備相應(yīng)核心素養(yǎng)的目的。

2.3 考查要求層次應(yīng)設(shè)計合理 理性思維是一個抽象概念，為了便于測量，根據(jù)學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)將其測量維度具體化，制訂成1～4級測量等級指標(biāo)，以達(dá)成測量指標(biāo)的針對性、測量內(nèi)容的科學(xué)性和測量方法的可行性。

為此，在原創(chuàng)試題命制時，應(yīng)明確測試類型，依據(jù)學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)編制雙向細(xì)目表，確定試題的題型、題量，并對學(xué)習(xí)內(nèi)容的考查要求層次科學(xué)地分成若干級水平，從而區(qū)分出不同素養(yǎng)水平的學(xué)生。