2017年江蘇高考生物學試卷科學思維考查對教學的啟示

黃建華

(江蘇省南通大學附屬中學 226019)

科學思維的內涵是要求學生熟悉并形成科學思維的習慣，能夠運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。2017年江蘇高考生物學試卷很好地落實了對理性思維的考查，對一線教學起了一定的導向作用。本文例析2017年江蘇高考卷對理性思維的考查，淺談一線教學中培養學生理性思維的策略。

1 例析江蘇卷對科學思維的分層考查

對理性思維的考查通常可分為4個水平層次，下面以試卷中的部分試題說明水平劃分。

1.1 水平一 能夠認識到生物學概念都是基于科學事實經過論證形成的，并用其解釋簡單的生命現象。試卷29題給出了獼猴桃果肉放氧測定裝置(圖1)及某光照強度下獼猴桃光合放氧量隨時間的變化曲線(圖2)，題目中有一個設問是要求解釋15～20min曲線斜率幾乎不變的原因，這一設問屬于理性思維第一層次的考查，要求學生用已建立起的凈光合速率這一概念對科學實驗獲得的數據、簡單的生命現象進行解釋，此題中15～20min曲線斜率不變(是零)，果肉細胞不放氧也不吸氧，說明光合產氧量與呼吸耗氧量相等，應用到演繹與推理的思維方式。這道題還設置了一問，要求推測20～25min曲線斜率的變化，這屬于理性思維第三層次的考查。

圖1 獼猴桃果肉放氧測定裝置

圖2 獼猴桃光合放氧量隨時間變化曲線

1.2 水平二 能夠以特定的生物學事實為基礎形成簡單的生物學概念，并用文字或圖示的方式正確表達，進而用其解釋相應的生命現象。試卷第22題給出了蔗糖在伴胞、篩管、薄壁細胞間的運輸、轉化過程示意圖(圖3)，要求學生根據圖示情境概括出蔗糖在伴胞和篩管間的運輸方式是通過胞間連絲的擴散，是共體質途徑，并能根據圖示情境解釋蔗糖水解酶與單糖轉運載體對蔗糖在不同細胞間運輸的作用和意義，屬于理性思維水平二的考查，應用到歸納與概括、演繹與推理的思維方式。

圖3 蔗糖的運輸、轉化示意圖

1.3 水平三 能夠從不同的生命現象中，運用歸納的方法概括出生物學規律，并在某一給定情境中，運用生物學規律和原理，對可能的結果或發展趨勢作出預測或解釋。并能夠選擇文字、圖示或模型等方式進行表達并闡明其內涵。試卷第19題給出基因型為Aaaa同源四倍體玉米正常聯會和異常聯會示意圖(圖4),要求學生分析自交后代的染色體數量、基因型等，這需要學生應用減數分裂中染色體行為變化規律，構建四倍體減數分裂模型，分析四倍體正常聯會和異常聯會產生配子的染色體組成和基因組成，然后進一步分析產生子代的情況。

圖4 玉米正常聯會和異常聯會示意圖

試卷23題給出無機催化劑鎳將14C標記的*Cys-tRNACys(半胱氨酸-tRNACys)還原成*Ala-tRNACys(丙氨酸-tRNACys)示意圖(圖5)，要求學生分析*Ala-tRNACys參與翻譯對翻譯結果的影響，這需要學生根據密碼子與反密碼子的關系、tRNA與所運轉氨基酸的關系，分析tRNA運轉氨基酸發生變化后對翻譯結果的影響。這兩題都屬于理性思維水平三的考查，應用到演繹與推理、模型與建模的思維方式。

圖5 無機催化劑鎳催化過程示意圖

1.4 水平四 能夠在新的問題情境中，采用適當的科學思維方法揭示生物學規律或機制，并選用恰當的方式表達、闡明其內涵。在面對生活中與生物學相關的問題并作出決策時，利用多個相關的生物學重要概念或原理，通過邏輯推理從支持和反對某個觀點的兩個角度闡明個人立場。試卷28題給了胰島素作用于靶細胞后提高細胞吸收葡萄糖能力的示意圖(圖6)，要求學生判斷相關因素(體內產生蛋白M抗體、體內產生胰島素抗體、信號轉導蛋白缺失、胰高血糖素與其受體結合發生障礙)中哪些會引起糖尿病，這需要學生分析相關抗體、信號轉導蛋白、胰高血糖素等對圖示機理過程的影響，從而對這些因素能否引起糖尿病作出判斷，即支持或反對某個觀點，這屬于理性思維水平四的考查。

圖6 胰島素作用于靶細胞示意圖

2 應對分層考查的科學思維能力培養策略

2.1 充分利于教材，合理設問，強化思維訓練 教師要充分利用好教材素材針對理性思維的幾個維度和層次進行訓練。

2.1.1 歸納與概括 例如，學習氨基酸的通式時，可給出多種氨基酸的分子結構式，讓學生尋找不同氨基酸分子結構的異同，再進一步概括出氨基酸的通式。教材中通過歸納與概括習得的知識還很多，如生物膜系統的功能、酶的概念、基因突變的概念、基因與性狀的關系、基因控制生物性狀的方式、生態系統信息傳遞的功能等，利用好教材的素材，設置好問題能很好地培養學生歸納與概括的能力。

2.1.2 演繹與推理 例如，伽莫夫提出“mRNA上相鄰三個堿基編碼1個氨基酸”假說的過程就是典型的演繹推理過程：根據可能性分析，mRNA上可能是1個或2個或3個堿基編碼一個氨基酸，以4種堿基為前提進行演繹推理，結果是3個堿基(可構成64種密碼子)編碼一個氨基酸才能編碼20種氨基酸，從而提出“mRNA上相鄰三個堿基編碼1個氨基酸”假說。教材通過演繹推理提出科學假說的例子很多，如魏斯曼根據體細胞分裂前后染色體數目恒定推測精子、卵細胞形成過程是減數分裂過程，孟德爾根據雜交實驗結果提出遺傳定律假說，摩根爾根據孟德爾遺傳定律提出果蠅的白眼基因位于X染色體上假說，沃森和克里克提出DNA半保留復制的假說，哈迪·溫伯格以生物個體遺傳為基礎推導提出群體遺傳平衡假說等。要證明這些假說的正確性，就需要根據假說推理出一個可通過事實或實驗直接檢驗的結論，這些過程又是嚴謹的演繹推理過程。教學過程中利用好教材中的這些素材，設置好問題串，感知科學發現歷程的艱辛，可很好地提升學生演繹推理能力。

2.1.3 建模 例如，學生學了基因在染色體上之后，要解釋孟德爾遺傳規律的本質，先要求學生找到減數分裂過程中基因行為與染色體行為的平行關系，然后用基因在染色體上對這種平行關系進行解釋，再畫出減數分裂第一次分裂后期的細胞分裂圖并標出等位基因，這就構建了解釋遺傳規律本質的物理模型。從思維角度來看，模型可分為物理模型、概念模型、數學模型，真核細胞亞顯微結構模型、DNA雙螺旋結構模型、育種培育過程圖解、池塘生態系統模式圖等屬于物理模型，光合作用示意圖、有絲分裂圖解、減數分裂圖解、中心法則圖解、過敏反應機理圖解等屬于概念模型，凈光合速率與光合速率的關系式、種群密度計算公式、種群“J”型增長模型中種群數量與時間關系式、酶活性變化曲線、種群增長曲線、組成細胞的化學元素餅狀圖、能量金字塔等屬于數學模型。對于這些模型的教學不能只著重模型的結果，更要著重模型的構建過程，發揮學生主動性和能動性，抓住不同模型構建的特點，逐步的修正和完善，培養學生的建模思維和建模能力。

2.1.4 批判性思維 例如，在學習生態系統的能量流動一節內容時，教材“問題探討”部分設置一個情境：荒島中的你隨身食物只有一只母雞和15kg玉米，給出了兩種方案：①先吃雞，再吃玉米；②先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產下的蛋，最后吃雞。要學生選擇一種方案來維持更長的生存時間等待救援，可讓選擇不同方案的學生闡述理由，通過訓練批判性思維導入新課。教材也設置了批判性思維專欄：如既然細胞越小，細胞表面積越大，細胞的物質運輸的效率就越高，細胞體積是越小越好嗎？如何評價基因決定生物體的性狀這一觀點？自然條件下基因突變率很低，而且大多數基因突變對生物是有害的，因此，它不可能為生物進化提供原材料，你認為這樣的看法正確嗎，為什么？既然血糖是提供能量的，血糖越多，能量供應就越充足，所以血糖含量高越好，對此你持什么觀點，你的論據是什么？你支持設計試管嬰兒嗎……這些都是訓練學生批判性思維的良好素材，都注重了情境化、綜合化。可利用這些素材從判別信息的真實性、辨別證據的充足性、識別論證的嚴謹性、甄別結論的正確性幾個方面來培養學生的批判性思維。

2.2 緊扣關鍵知識、尋找聯系，建構知識體系 生物學的知識點相對較多且零散，這就需要教師扣住關鍵知識，尋找相關知識間的異同點、縱橫聯系，抓住主線，應用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維這些思維方式使知識結構化、網絡化，形成知識體系，在構建知識體系的過程中強化思維訓練，實現知識和思維的并舉。可以用概念圖、思維導圖、過程圖、模式圖、模型圖等來呈現知識體系。

2.3 合理選取科研素材創設情境，解決實際問題 理性思維能力是忘記生物學知識之后還留下的能力，是科研的必備能力，真實科研素材中充斥著理性思維，選取合適的科研素材，創設好情境，是培養學生理性思維的良好途徑，高考試題中對理性思維考查的素材大都來自科研素材，全新情境中的真實問題分析才會真正提高學生理性思維能力。情境的創設可從科研背景、目的、材料、方案、結果、結論、解決的問題等多個角度有目的創設。讓學生在新情境中應用知識、訓練思維并解決問題。