設計綜合性試題 培養學生系統思維

李 杰

(廣東省佛山市南海中學 528211)

系統思維來源于理論生物學家貝塔朗菲于1945年創立的系統論。系統思維方法重視整體思考，注重在整體的基礎上解決局部的問題[1，2]。高三階段的復習，要讓學生逐步完善知識結構、熟練掌握學科規律，并學會用學科知識、規律和方法去解決實際問題。因此，高三教學不僅要讓學生系統掌握知識的內在聯系，還要讓學生掌握適應時代所需要的思維方式和思維品質。筆者在高三生物學復習時借助原創綜合性試題培養學生系統思維，下面結合系統思維的特點進行論述。

1 系統思維的整體性

系統都是由各種成分要素構成，在分析處理問題過程中，應運用整體思維來思考問題，既要注意系統內部結構的合理性，又要考慮各要素之間的相互聯系。例如，學生在學習細胞代謝和人體內環境穩態時，對酶、神經遞質、激素三者的作用及其異同存在一定的混淆。筆者就設計了一道題目來幫助學生對三者進行辨析從而讓學生建立研究問題的整體觀。

例1 根據圖1所示，判斷下列說法錯誤的是

圖1 幾種生命物質的成分及功能

A.若a為蛋白質，則b為某些RNA，c包含性激素，d包含氨基酸

B.b、c、d可以作為信號分子調節細胞代謝

C.在神經—體液—免疫調節過程中，酶、激素和神經遞質都具有重要作用

D.激素和神經遞質起作用都需體液運輸并在作用完之后都要被滅活或被轉移

試題評析：由于酶的作用是催化，不能作為信號分子。因此答案為B。這道題目涉及高中生物學知識體系的核心知識點較多，考查學生對酶、激素、蛋白質等核心概念知識的理解程度。考查學生能否準確理解核心概念的內涵，從本質、功能、作用途徑等方面準確梳理這些核心概念之間的邏輯關系。通過該題目的考查能促使學生更全面地認識問題，有助于建立知識結構系統的整體性，進而建立思維的整體性。

2 系統思維的動態性

生命系統都是動態的而不是靜態的。生命系統的動態性包含兩方面的意思：其一是系統內部的組成結構是隨時間而變化的；其二是系統必定與外部環境存在著物質交換、能量轉化和信息的交流。培養學生系統思維目的之一是讓學生意識到事物發展是動態可變的過程，不可靜止看待事物。因此，教師在平時設計題目是要注重訓練學生思維的動態性。

例2 水稻為C3植物，玉米為C4植物，C4植物由于含有PEP羧化酶(對CO2的親和力很高)可利用細胞間隙中很低的CO2進行光合作用。根據圖2所示回答相關問題：

圖2 C3、C4植物中CO2的固定

(1)據圖2分析水稻和玉米固定CO2的場所分別為________和________。

(2)高溫時植物氣孔關閉，該條件下________(玉米/水稻)具有較強光合作用，其原因為：________。

(3)將葉面積相等的A、B兩種植物的葉片分別放置在相同的、溫度適宜且恒定的密閉小室中，給予充足的光照，利用紅外測量儀每隔5 min測定一次小室中的CO2濃度，結果如圖3所示。①若A、B兩種植物其中一種為C3植物，一種為C4植物，則為C4植物的是________；若A植物在5 min時光照強度突然降低，C5含量將________。②當CO2濃度為M點對應CO2濃度時A、B兩植物凈光合作用強度的關系為________；30 min后兩條曲線最終不再變化的原因是________。

圖3 實驗結果

參考答案：(1)葉肉細胞葉綠體；維管束鞘細胞葉綠體和葉肉細胞葉綠體 (2)玉米；氣孔關閉，植物體內CO2濃度降低，玉米為C4植物含有PEP羧化酶，相比水稻可在CO2濃度較低條件下固定更多CO2進行光合作用 (3)①B植物；降低 ②A

試題評析：該題要求學生能夠靈活運用所學知識解決實際問題。特別是第(3)小題，當生命系統的外界環境條件改變(CO2濃度降低、光照強度減弱)的時候，要求學生能夠運用動態的思維來解決問題。例如，學生要準確理解小室中CO2濃度單位時間內降低所代表的含義，借助M點曲線的斜率來判別A、B兩植物凈光合作用強度是A

3 系統思維的有序性

生命系統結構的層次性及動態的方向性體現系統具有有序性。系統越有序，它的組織程度越高，穩定性也越好。 思維的有序性體現了對系統結構的深入了解。 結合高中生物學教學，有序性主要體現在兩個方面，即思維的有序性和表達的有序性。

例3 金釵石斛具有很高的觀賞價值，金釵石斛的開花需要低溫(4℃)誘導(春化作用)一段時間，生產中常采用冷庫或高山基地進行低溫處理，但成本高。為了探究細胞分裂素類似物TDZ是否可以在常溫下替代低溫處理誘導金釵石斛開花，研究人員設計了下列實驗。選取長勢相同、枝葉完全展開的植株，分甲、乙、丙組進行表1的處理：

表1 甲、乙兩組實驗處理方法

30 d后所有材料移至溫室培養，日溫20℃～26℃，夜溫12℃～18℃，觀察記錄其開花情況。

(1)該實驗的自變量有________；選取長勢相同、枝葉完全展開的植株進行實驗，其目的是________。

(2)乙組中*的處理為________；丙組中*的夜溫為________。

(3)請預期甲、乙、丙組實驗的開花情況，并寫出相應的結論：________。

參考答案：(1)TDZ的有無和溫度；控制無關變量，防止由于植株長勢不同等造成實驗誤差，使結論更可靠 (2)等量清水噴灑葉片；4℃ (3)①甲組和丙組普遍開花，乙組不開花，則TDZ能代替低溫處理誘導金釵石斛開花； ②丙組普遍開花，甲組和乙組不開花，則TDZ不能代替低溫處理誘導金釵石斛開花。

試題評析：探究性實驗題目是高考常見的試題類型，其可以考查學生對比、分析、計算、表達等多方面的能力。該題目設計雙因子變量，可訓練學生思維的有序性。學生首先要根據實驗目的推出空白對照如何設置(*處為4℃)，然后根據單一變量原則通過甲組和乙組、丙組和乙組的對比分析推理出*的處理應該為等量清水噴灑葉片，再根據實驗目的的達成情況反推理出各組的開花情況。該題目的第(3)小題的設計目的之一就是訓練學生表達有序性，當然表達有序性是建立在思維有序性基礎之上的，學生前面的推理合理有序，才能夠具有邏輯性的準確全面表達出實驗的結論。

系統思維與生物學科的思想特性本質上是一致的，教師進行原創試題編制時要有意識在培養學生系統思維方面進行設計。一方面有利于教師深刻理解教材內容、課程標準和考綱，促進教師專業發展；另一方面可以幫助學生建立高中生物學知識體系，更好理解生命系統動態的發展過程。同時促進學生形成系統思維等高階思維能力，促使學生以系統論的觀點認識和解決問題。