例談中考生物學(xué)試題對(duì)科學(xué)思維的考查

李 莉

(山東省煙臺(tái)市教育科學(xué)研究院 煙臺(tái) 264003)

科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)的思維，它有明確的思維依據(jù)和思維方向，能對(duì)事物或問(wèn)題進(jìn)行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的一種思維，是學(xué)科核心素養(yǎng)的標(biāo)志和關(guān)鍵[1]。科學(xué)思維貫穿在初中生物學(xué)學(xué)習(xí)中，初中學(xué)生在認(rèn)知活動(dòng)中，形成的科學(xué)思維意識(shí)和能力，可以內(nèi)化為個(gè)體的思維方式和行為方式，不僅有助于智力水平的提升，而且能提升人生境界，是學(xué)生終身的學(xué)習(xí)成果。中考是對(duì)學(xué)生學(xué)科知識(shí)和核心素養(yǎng)的綜合評(píng)價(jià)，科學(xué)思維是考查的重點(diǎn)內(nèi)容之一，本文嘗試分析中考生物學(xué)試題在分析與綜合、歸納與演繹、抽象與概括、批判性思維四個(gè)方面對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。

1 應(yīng)用證據(jù)和邏輯考查分析與綜合能力

思維是在表象概念基礎(chǔ)上進(jìn)行分析綜合、判斷推理等理性認(rèn)識(shí)活動(dòng)的過(guò)程。證據(jù)和邏輯是科學(xué)思維的基礎(chǔ)。來(lái)自于科學(xué)觀察、科學(xué)實(shí)驗(yàn)所獲得的科學(xué)事實(shí)可以成為證據(jù)，依據(jù)證據(jù)分析與綜合，尋找規(guī)律、形成觀點(diǎn)的邏輯過(guò)程，也是科學(xué)思維能力的形成過(guò)程。

例1 (2017.煙臺(tái)中考)圖示某生物興趣小組用金魚藻設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，觀察在離不同距離燈光照射下，試管產(chǎn)生的氣泡數(shù)目，得到的數(shù)據(jù)如下。綜合分析數(shù)據(jù)，您認(rèn)為不能得出的規(guī)律或觀點(diǎn)是( )

A. 植物離光源越近產(chǎn)生的氣泡數(shù)目越多

B. 植物與光源的距離與產(chǎn)生的氣泡數(shù)呈負(fù)相關(guān)

C. 光照越強(qiáng)，植物的光合作用越強(qiáng)

D. 光照時(shí)間越長(zhǎng)，植物的光合作用越強(qiáng)

評(píng)析： 光合作用被稱為地球上最偉大的化學(xué)反應(yīng)，人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程。其中，綠色植物在光下能夠產(chǎn)生氧氣，是在課堂教學(xué)中通過(guò)金魚藻實(shí)驗(yàn)就可以形成的小概念。因此通過(guò)以上經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，可以引導(dǎo)學(xué)生理解證據(jù)的作用，強(qiáng)調(diào)規(guī)范地獲取證據(jù)、綜合分析數(shù)據(jù)，就可獲得A、 B、 C答案所表述的客觀規(guī)律。通過(guò)試題，檢測(cè)學(xué)生的素養(yǎng)和教學(xué)的效果。

2 通過(guò)實(shí)例分析考查歸納與演繹推理能力

歸納就是在個(gè)別中發(fā)現(xiàn)一般；演繹就是在一般中發(fā)現(xiàn)個(gè)別。人們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)往往從個(gè)別開(kāi)始，然后擴(kuò)展到一般，再?gòu)囊话氵M(jìn)一步認(rèn)識(shí)個(gè)別。在科學(xué)發(fā)展過(guò)程中，任何一個(gè)理論的形成，都是建立在大量觀察和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的。生物學(xué)重要概念的形成過(guò)程中，往往需要對(duì)多個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行邏輯分析，通過(guò)對(duì)不同觀點(diǎn)的歸納或演繹推理，得出的結(jié)論是學(xué)生形成相關(guān)概念的重要依據(jù)。一些概念的形成就是歸納的結(jié)果，而對(duì)這些概念進(jìn)行檢驗(yàn)和運(yùn)用則體現(xiàn)了演繹的思維方法。

例2 (2016.煙臺(tái)中考)美國(guó)心理學(xué)家桑代克通過(guò)對(duì)動(dòng)物行為的大量觀察和實(shí)驗(yàn)提出了“嘗試與錯(cuò)誤”學(xué)習(xí)理論。下列觀點(diǎn)是在對(duì)動(dòng)物行為研究基礎(chǔ)上形成的，其中應(yīng)用歸納法獲得的結(jié)論是( )

A. 蚯蚓走迷宮實(shí)驗(yàn)證明，低等動(dòng)物也具有學(xué)習(xí)行為

B. 雞和狗都能學(xué)會(huì)繞道取食，但雞的嘗試次數(shù)比狗多

C. 動(dòng)物越高等，形成某行為的“嘗試與錯(cuò)誤”次數(shù)越少

D. 小鼠走迷宮實(shí)驗(yàn)證明，小鼠“嘗試與錯(cuò)誤”的次數(shù)越多，用時(shí)就越少

評(píng)析： 動(dòng)物的行為是動(dòng)物本質(zhì)特征中的重要方面。特別是對(duì)動(dòng)物“嘗試與錯(cuò)誤”的行為研究，很容易讓學(xué)生結(jié)合自身學(xué)習(xí)實(shí)際，透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，提高對(duì)認(rèn)知學(xué)習(xí)理論的深刻認(rèn)識(shí)。試題呈現(xiàn)的四個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中，“蚯蚓走迷宮實(shí)驗(yàn)”是教材上的間接探究，“雞和狗的繞道取食實(shí)驗(yàn)”是課外探究，“小鼠走迷宮實(shí)驗(yàn)”是課堂上的直接探究，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析比較，就應(yīng)用歸納法獲得“動(dòng)物越高等，形成某行為的‘嘗試與錯(cuò)誤’次數(shù)越少”的結(jié)論。啟迪學(xué)生在探究活動(dòng)過(guò)程中，最終要落腳在應(yīng)用歸納法分析現(xiàn)象形成概念上。試題直接點(diǎn)出歸納法，檢測(cè)學(xué)生對(duì)分析問(wèn)題的思維方法的掌握。

例3 (2015.煙臺(tái)中考)呼吸是動(dòng)物重要的生理特征。不同的動(dòng)物呼吸的結(jié)構(gòu)或器官差異很大，但其功能都是最大限度地吸收O2，排出CO2。回顧你的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，回答下列問(wèn)題：

(1) 最原始的單細(xì)胞動(dòng)物A用[ ]____________呼吸。制作臨時(shí)裝片觀察時(shí)，要用吸管從培養(yǎng)液的表層吸取A，原因是____________。

(2) 觀察B時(shí)，要經(jīng)常往其體表滴水以保持濕潤(rùn)，原因是____________；觀察C時(shí)，發(fā)現(xiàn)該物種已具有了呼吸器官[ ]____________；觀察D時(shí)，發(fā)現(xiàn)其體表具有與體內(nèi)氣管相連的[ ]____________，是氣體出入的門戶。

(3) 魚是如何在水中完成呼吸的？某實(shí)驗(yàn)小組利用BTB指示劑遇CO2由藍(lán)色變黃的特性進(jìn)行了E實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋是： ____________。

(4) 探究鳥類適于飛行生活的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)F具有完善的呼吸系統(tǒng)，其身體里有發(fā)達(dá)的[ ]____________與肺相通，每呼吸一次，在肺里進(jìn)行兩次氣體交換，這種特有的呼吸方式是____________。

(5) 各類動(dòng)物呼吸器官的結(jié)構(gòu)特征與其功能的關(guān)系是什么？在動(dòng)物的進(jìn)化歷程中，呼吸器官的結(jié)構(gòu)和功能逐步完善，體現(xiàn)了怎樣的進(jìn)化規(guī)律？

評(píng)析： 試題以六個(gè)真實(shí)的學(xué)生認(rèn)知活動(dòng)情境為主線，以不同的動(dòng)物呼吸系統(tǒng)或器官的結(jié)構(gòu)及功能為切入點(diǎn)，針對(duì)呼吸器官結(jié)構(gòu)的“是什么”、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的“為什么”和歸納總結(jié)的“怎么樣”三個(gè)層面進(jìn)行考查。題干中已經(jīng)明確了動(dòng)物呼吸的本質(zhì)的基礎(chǔ)上，從“為什么”層面對(duì)A草履蟲和B蚯蚓及E魚的呼吸過(guò)程分析，考查學(xué)生應(yīng)用演繹推理解釋現(xiàn)象的能力。同時(shí)，對(duì)五類動(dòng)物進(jìn)行了呼吸的結(jié)構(gòu)或器官結(jié)構(gòu)與分類的雙重考查；再對(duì)動(dòng)物呼吸的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行概括和總結(jié)，歸納出結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系和進(jìn)化的規(guī)律。試題的綜合性充分體現(xiàn)了統(tǒng)一觀和進(jìn)化觀的高度融合。

3 在思維對(duì)話中考查抽象與概括的能力

中學(xué)生物學(xué)主要的教學(xué)內(nèi)容是生物學(xué)概念，抽象與概括是形成概念的重要思維方法。抽象是指抽取客觀事物的一般的、本質(zhì)屬性；概括是指把抽象出來(lái)的個(gè)別事物的本質(zhì)屬性連接起來(lái)，推及到其他同類事物上去，從而歸結(jié)全類事物的共性。

例4 (2014．煙臺(tái)中考)在學(xué)習(xí)了“生命的起源”后，幾位同學(xué)針對(duì)我國(guó)著名思想家老子的話“天下萬(wàn)物生于有，有生于無(wú)”展開(kāi)辯論，您認(rèn)為沒(méi)有道理的觀點(diǎn)是( )

評(píng)析： 教學(xué)的本質(zhì)意義是師生和生生之間借助教材文本或探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行的思維對(duì)話[2]。“生命的起源”一節(jié)教學(xué)的能力目標(biāo)是應(yīng)用證據(jù)和邏輯作出科學(xué)的推測(cè)。重點(diǎn)在具體事例分析中對(duì)生命的起源有一個(gè)整體上的認(rèn)識(shí)。因此，通過(guò)學(xué)生之間對(duì)老子“天下萬(wàn)物生于有，有生于無(wú)”的思維對(duì)話中，可判斷A、B、C三位學(xué)生能夠在事實(shí)和邏輯的基礎(chǔ)上作出科學(xué)合理的推測(cè)，并應(yīng)用抽象與概括形成自己的觀點(diǎn)。只有D的認(rèn)知邏輯錯(cuò)誤，因此觀點(diǎn)不成立。

4 在理解證據(jù)的過(guò)程中提升批判性思維能力

批判性思維是指對(duì)所學(xué)東西的真實(shí)性、精確性、性質(zhì)與價(jià)值進(jìn)行個(gè)人的判斷，從而對(duì)做什么和相信什么作出合理決策。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)、探究活動(dòng)中，應(yīng)用批判性思維技能的訓(xùn)練，會(huì)引導(dǎo)學(xué)生更加強(qiáng)調(diào)合乎規(guī)范地獲取證據(jù)，評(píng)價(jià)證據(jù)，并運(yùn)用證據(jù)和邏輯去質(zhì)疑、辯論；更加關(guān)注科學(xué)家基于新證據(jù)提出的新的假設(shè)，關(guān)注證據(jù)到結(jié)論的推理邏輯；在闡述理論、觀點(diǎn)、規(guī)律時(shí)，呈現(xiàn)更為完整的論證過(guò)程。

例5 (2013.煙臺(tái)中考)在探究“綠葉在光下制造有機(jī)物”時(shí)，因受時(shí)間和條件的限制，教材為我們提供了實(shí)驗(yàn)方案，但實(shí)驗(yàn)要在認(rèn)同實(shí)驗(yàn)原理的前提下進(jìn)行，以下是某小組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)前依次進(jìn)行的對(duì)話，請(qǐng)分析其中蘊(yùn)含的科學(xué)思維和方法。

(1) 乙同學(xué)提出的實(shí)驗(yàn)方法在科學(xué)研究中稱之為_(kāi)___________，實(shí)驗(yàn)的變量應(yīng)該是____________。

(2) 甲同學(xué)提出的檢驗(yàn)方法，應(yīng)該是受“____________”實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，利用了____________的特性。

(3) 丙同學(xué)是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的猜測(cè)，猜測(cè)或假設(shè)一般是根據(jù)____________作出的。

(4) 丁同學(xué)的觀點(diǎn)是消除葉中原有淀粉和____________對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。消除葉片中原有淀粉的方法是____________。

評(píng)析： 論證是批判性思維的核心，包括質(zhì)疑、推理和判斷三個(gè)環(huán)節(jié)[3]。從學(xué)生的思維對(duì)話中體現(xiàn)出尋找證據(jù)、運(yùn)用邏輯等較為完整的論證過(guò)程。甲同學(xué)是利用前概念，通過(guò)移植思維提出了驗(yàn)證方法；乙和丙同學(xué)提出的對(duì)照實(shí)驗(yàn)的方案中控制了變量并對(duì)結(jié)果作出猜測(cè)；丁同學(xué)的質(zhì)疑體現(xiàn)了思維和嚴(yán)謹(jǐn)性，使實(shí)驗(yàn)方案更符合邏輯。試題著重引導(dǎo)學(xué)生建立尊重實(shí)證、尋求論證邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)以及發(fā)展理性的懷疑精神，形成多元思考、平等討論的意識(shí)和寬容的品質(zhì)。

科學(xué)思維能力是目前中國(guó)公民的素養(yǎng)短板，中考是對(duì)學(xué)生學(xué)科知識(shí)和核心素養(yǎng)的綜合評(píng)價(jià)，科學(xué)思維是考查的重點(diǎn)內(nèi)容之一，考查的落腳點(diǎn)應(yīng)該在學(xué)生生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)和未來(lái)發(fā)展?jié)撃艿奶嵘稀１疚碾m然從分析與綜合、歸納與演繹、抽象與概括、批判性思維四個(gè)方面的科學(xué)思維進(jìn)行了評(píng)析，但在真實(shí)的應(yīng)用科學(xué)思維解決問(wèn)題以及在訓(xùn)練各種思維能力過(guò)程中，幾種思維方式卻沒(méi)有明確的界限和區(qū)別。因此，通過(guò)對(duì)中考試題的評(píng)析，旨在啟示初中生物教師在指導(dǎo)學(xué)生對(duì)生物的認(rèn)知過(guò)程中，必須注重現(xiàn)實(shí)情境和真實(shí)的認(rèn)知過(guò)程體驗(yàn)，信賴并形成科學(xué)思維的習(xí)慣，能夠運(yùn)用科學(xué)思維探討生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)議題；也要重視引導(dǎo)學(xué)生建立尊重實(shí)證、尋求論證邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)以及發(fā)展理性的懷疑精神，形成多元思考、平等討論的意識(shí)和寬容的品質(zhì)；更加注重對(duì)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)、實(shí)證意識(shí)和科學(xué)思維的培養(yǎng)[4]，在事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過(guò)認(rèn)知邏輯獲得相關(guān)概念，并從生命觀念的高度加深對(duì)生命世界的理解和認(rèn)識(shí)，才會(huì)真正促成學(xué)生從學(xué)會(huì)事實(shí)到學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。這樣的考試既能正確評(píng)價(jià)初中生物教與學(xué)的實(shí)際情況，又能為發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)這一生物學(xué)課程的根本目的服務(wù)，對(duì)當(dāng)前的初中生物學(xué)教學(xué)起到很好的引領(lǐng)作用。