淺析生物學試題中的科學思維

林權　胡雪峰

摘要 基于對生物學科核心素養的理解，以2017年高考理綜全國Ⅰ卷生物學試卷第38題為例，分析如何在生物學試題中滲透理性思維，并對學生理性思維的培養提出教學建議。

關鍵詞 生物學試題 理性思維 核心素養 全國卷

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

科學思維作為生物學核心素養的重要組成部分，指學生基于大量的事實和理論依據，分析事物、解決實際問題的思維習慣或能力，包括運用歸納與概括、演繹與推理、分析與綜合等方法的能力。以2017年高考理綜全國Ⅰ卷生物學試卷第38題（以下簡稱“第38題”）為例，分析如何在生物學試題中滲透科學思維，并提出幾點培養學生科學思維的教學建議。

1原題及分析

真核生物基因中通常有內含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內含子對應的RNA序列的機制。已知在人體中基因A（有內含子）可以表達出某種特定蛋白（簡稱蛋白A）。回答下列問題：

（1）某同學從人的基因組文庫中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A，其原因是____。

（2）若用家蠶作為表達基因A的載體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用____作為載體，其原因是____。

（3）若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體，因為與家蠶相比，大腸桿菌具有____（答出兩點即可）等優點。

（4）若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測物質是____（填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”）。

（5）艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗為證明DNA是遺傳物質做出了重要貢獻，也可以說是基因工程的先導，如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示，那么，這一啟示是____。

參考答案：

（1）基因A有內含子，在大腸桿菌中，其初始轉錄產物中與內含子對應的RNA序列不能被切除，無法表達出蛋白A

（2）噬菌體 噬菌體的寄主是細菌而不是家蠶

（3）繁殖快，易培養，新陳代謝快

（4）蛋白A的抗體

（5）RNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體

分析：第38題是一道注重科學思維能力考查的試題。該題以基因工程的基本操作程序為背景：在知識方面，試題考查了基因的表達、載體的選擇、受體細胞的特點、目的基因表達產物的檢測鑒定、遺傳物質的特性等內容；能力方面，注重考查考生的理解能力，要求考生從所給材料中獲取有用的信息、理解基因工程中每個步驟的原理和方法、把握基因工程與其他相關知識點間的內在關聯，建立系統全面的知識網絡；在認知水平方面，注重從低級認知水平向高級認知水平逐漸遞進，依次涉及的認知層次為回憶、總結、比較、推斷和歸因等（表1）。命題設立依循考生認知發展規律和思維習慣，幫助考生在作答時更好地發揮所需的思維方法。

2在生物學試題中滲透科學思維

2.1命題素材：源于教材又高于教材

教材蘊含的生物學知識的學習和考查，能夠有效訓練學生的科學思維。教材作為培養學生思維的一個重要載體，應發揮其最大作用。命題者應深入研究教材，延伸、細化知識網絡框架，采取源于教材而高于教材的方式創建處于考生“最近發展區”的新情境，通過恰當的引導，讓考生在已有知識基礎上，運用邏輯推理等思維來回答問題，實現科學思維的考查。

第38題的命題素材是基因工程基本操作程序的相關知識點，“簡述基因工程的原理及技術”這一具體內容標準為教學和試題命制都提供了較大的拓展空間。試題以基因工程中基本操作程序的實施原理為內在背景，采用處于考生“最近發展區”的拓展型素材，通過引導使考生產生相應的思維反應，建立拓展型素材與試題考查之間的聯系，巧妙地考查考生的科學思維。依據源于教材而高于教材的準則選擇命題素材，試題將升華為對生物學核心概念、科學思維能力的宏觀考查。考生不能僅依借回憶知識來作答，而是需建立知識點間的網絡系統，通過理解分析，運用科學思維解答問題。

2.2思維路線：遵循考生認知規律，注重思維逐漸提升

對第38題考查的科學思維進行分析，建立知識內容一認知水平一能力要求一科學思維的命題設計表（表1）。

第（1）題，學生通過閱讀材料，在理解的基礎上進行歸納，涉及到的認知水平包括記憶、理解；第（2）～第（4）題分別考查了載體的選擇、受體細胞的特點和目的基因表達產物的檢測鑒定等，使知識內容的考查全面具體，充分體現生物學科核心素養，考查學生的比較、分析和推理等理性思維；第（5）題，將艾弗里等人的肺炎雙球菌轉化實驗遷移到基因工程的知識背景中，對學生進行更深層次的科學思維考查。基因工程中目的基因導入受體細胞的步驟，能夠表現出基因可轉移到其他生物個體當中的特性。此外，肺炎雙球菌轉化實驗中的“轉化因子”從S型細菌轉移到R型細菌中，亦存在“DNA可以從一種生物個體轉移到另一種生物個體”的現象。綜上所述，該題主要考查的科學思維包括比較、分析、綜合、抽象和概括等能力。

第38題以知識為載體，以科學思維為命題主線，展開對實驗原理、方法、科學史的考查，要求考生運用歸納、概括、分析、綜合、比較、推理、抽象等科學思維，解答生物學相關問題，強調對學生科學思維的訓練，契合生物學核心素養的導向。在認知水平與能力要求方面，試題呈現層層深入的命制特點，貼近考生由淺漸深的思維習慣，考生的思維能沿著試題的導向發生同向改變，提高試題效度。

2.3命題設問：“多角度”設問法

設問要求考生在試題情境中作出對應思考和應答，關乎試題的信度和效度。命題者通過“多角度”設問，考查角度靈活多樣，保障試題效度，且易調節試題難度。考生在面對“多角度”問題時，根據試題情境，應用不同的思維方法解決相關問題。

第38題的（1）、（4）題考查基因的表達和目的基因表達產物的檢測鑒定兩個生物學核心概念的應用，重點考查識記理解能力，對應低層次的認知水平。第（2）、（3）題采取基因工程與相關知識點結合的考查形式，是考查考生邏輯分析能力的一種好方式。第（5）題，創設一定的情境，重點考查考生的理解應用能力。該題按照考生的認知發展規律，多角度展開設問，形成試題情境與設問之間的聯系，有效考查了考生的科學思維。

3教學建議

3.1創設問題情境，促使學生科學思維的形成

教師需具備將原始生物學問題轉變為探究性生物學試題的能力，注重創設問題情境，加強學生發現、剖析和解決現實問題的能力。教師可以根據實際情況，對實驗進行增補、設計、改進和優化，引起學生的思維碰撞，激發學習興趣，從而培養學生的科學思維和觀察能力。教師經常提問一些實踐性的問題，激發學生的好奇心和求知欲，提高學生分析和解決實際問題的能力。

3.2重視過程教學，鍛煉學生的科學思維

教師和學生在平時教與學的過程中應重視對科學研究過程的充分分析，使學生建立完善的科學研究思路。學習生命科學史時，教師要引導學生關注科學家發現問題和提出問題的過程，注重科學家們是怎樣思考、怎樣實驗和怎樣解決問題的，加強鍛煉學生的科學思維；亦可進行適當設疑，結合學生已有的生活經驗，循循善誘，讓學生作為一個“探索者”運用邏輯思維和非邏輯思維獲得科學的結論，訓練學生的科學思維。

3.3鼓勵學生勇于求異，發展科學思維

求異在于創造想象，如若思想倦怠、墨守成規就不可能造就出天才和發明家。教師在教學中要滲透敢想、敢干、勇于想象創造的情感、態度與價值觀教育，鼓勵學生勇于求異，突破思維定勢，拓寬視野，探尋新思路，用獨特的眼光和勇氣去認識、改造世界。

總而言之，發展學生科學思維，訓練學生的能力，可以開闊學生的思維領域，從而提升學生的能力和智力，達到素質教育的目的。