生物解題教學(xué)中科學(xué)思維的滲透與培養(yǎng)

尤佳

摘要：科學(xué)思維的實質(zhì)是通過合理地處理各種科學(xué)的思維方法之間的辯證關(guān)系，使思維達到最優(yōu)化?？茖W(xué)思維的主要內(nèi)容包含歸納與概括、演繹推理、模型建構(gòu)、批判性思維四個方面。結(jié)合教學(xué)實踐，通過對近年來江蘇省高考生物試卷中部分題目的分析，闡述生物解題教學(xué)中科學(xué)思維的滲透與培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：生物解題教學(xué)科學(xué)思維高考題

當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，科學(xué)成果日新月異，新知識的出現(xiàn)對于教師和學(xué)生來說都是一種挑戰(zhàn)。運用已有的知識和方法去思考和檢驗已有的理論，從而解決問題，進而掌握新知，是新時代學(xué)習(xí)的迫切要求。這就要求教師在教學(xué)中注意培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

科學(xué)思維，是指形成并運用于科學(xué)認識活動、對感性認識材料進行加工處理的方式和途徑。其實質(zhì)是通過合理地處理各種科學(xué)的思維方法之間的辯證關(guān)系，使思維達到最優(yōu)化，從而科學(xué)地、全面地觀察問題、思考問題，得出切合實際的解決問題的方法。科學(xué)思維主要包含歸納與概括、演繹推理、模型建構(gòu)、批判性思維四個方面。本文結(jié)合教學(xué)實踐，通過對近年來江蘇省高考生物試卷中部分題目的分析，闡述生物解題教學(xué)中科學(xué)思維的滲透與培養(yǎng)。

一、歸納與概括

所謂歸納，是指從有限的材料中概括出一般性概念或得出相應(yīng)的結(jié)論的思維方法，強調(diào)的是對繁雜內(nèi)容的梳理，即抓住要點。概括，和歸納密不可分，是指把事物的共同特點提煉出來，簡潔扼要地加以闡述。歸納與概括，即要求根據(jù)材料進行深度的分析和理性的判斷，得出的結(jié)論不能浮于表面。在生物課堂中，常要求學(xué)生能夠基于一些已知的生物學(xué)實驗或者生物學(xué)事實，歸納、概括出相應(yīng)的結(jié)論。

題目1（2016年江蘇高考生物卷第28題節(jié)選）海帶中含有植物生長素（IAA）和脫落酸（ABA）等激素，為研究激素對海帶生長的影響，某研究組開展了系列實驗。請回答下列問題：

（2）圖1為海帶中的IAA和ABA與海帶生長變化的關(guān)系。海帶增長率與IAA含量呈（填“正相關(guān)”“負相關(guān)”或“不相關(guān)”），海帶在后期生長緩慢，原因是。

（3）已知海帶成熟區(qū)段各部位ABA的分布無顯著差異，則其在成熟區(qū)段中的運輸方式（填“是”或“不是”）極性運輸。某研究組參照11月和5月海帶樣品的數(shù)據(jù)，配置了兩份IAA+ABA的混合液，研究了在增加紫外光照射條件下，混合液對單細胞綠藻生長的影響，結(jié)果如圖2，分析可知IAA和ABA對綠藻的生理作用分別是。

若對單一的曲線進行分析，學(xué)生是輕車熟路的，但第（2）小題涉及兩條曲線和兩種柱形圖，需要學(xué)生綜合分析概括出兩種激素的作用和相應(yīng)規(guī)律。學(xué)生常犯的錯誤是所述原因浮于表面，僅提到“IAA含量減少”“ABA含量增加”，沒有具體敘述后者的生理作用。

為了提升學(xué)生對圖形的歸納與概括能力，教學(xué)時可以“化簡為繁”，按照單一變量原則梳理每條曲線和柱形之間的關(guān)系，得到如下結(jié)論：①柱形有兩種，分別表示海帶的長度和寬度，11月至5月兩者的變化趨勢基本一致;且題目沒有考查激素對具體長度或?qū)挾鹊挠绊?，只是籠統(tǒng)地考查對“海帶生長”的影響，所以在分析時可以單看一種柱形。隨著采樣月份的變化，不論長度或?qū)挾?，增長率都是在連續(xù)下降的。②由IAA曲線可知，IAA含量下降，海帶增長率下降，所以IAA含量與海帶增長率呈正相關(guān)。③同理，由ABA曲線可知，ABA含量與海帶增長率呈負相關(guān)。④綜合來說，IAA和ABA可以說是一種拮抗關(guān)系，IAA作用是促進生長，則ABA抑制生長。

第（3）小題以綠藻為材料，新增了紫外光這一自變量，以柱狀圖的形式，測試學(xué)生的歸納與概括能力，學(xué)生處理此題的困難之處在于對兩個獨立的自變量數(shù)據(jù)的分析。由曲線圖可知，11月的IAA含量高于5月的，11月的ABA含量低于5月的，激素劑量為自變量時單看正常培養(yǎng)，11月的綠藻細胞多于5月的，說明IAA促進生長，ABA抑制生長。但此生理作用是由第（2）小題已知的，因此要結(jié)合第二個自變量——紫外光的數(shù)據(jù)——進一步分析。空白組細胞數(shù)目明顯少于正常培養(yǎng)條件下的細胞數(shù)目，可以初步推測紫外線抑制綠藻生長。通過5月的綠藻數(shù)量不降反升，可以說明高含量ABA可以明顯拮抗紫外線對生長的抑制，由于11月的ABA含量較低，抗紫外線能力作用不明顯，所以綠藻數(shù)量相較于空白組沒有變化。綜合以上結(jié)論，可以歸納、概括為：IAA促進生長，ABA除抑制生長外還能提高綠藻的抗紫外線能力。

二、演繹推理

歸納是由個別事例推導(dǎo)出一般規(guī)律，與之相對的演繹則往往要依賴前者提供的一般性知識，運用到特殊事件，對科學(xué)假說做出分析、判斷，同時利用實驗來驗證假說。具備良好演繹推理能力的學(xué)生能夠在新的情境下，熟練運用已有的方法原理，去解釋新的事實，獲取新的規(guī)律。教學(xué)中，教師可通過創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的探究熱情，促使學(xué)生在解決問題的過程中深化思考，將新知內(nèi)化入自己的知識體系，提升演繹推理能力。

題目2（2014年江蘇高考生物卷第28題節(jié)選）某研究者進行了一系列“誘導(dǎo)早期卵母細胞成熟的物質(zhì)”實驗，結(jié)果如下：

由實驗一可得出推論：含有可以誘導(dǎo)卵母細胞成熟的物質(zhì)。

由實驗二可得出推論：這種誘導(dǎo)早期卵母細胞成熟的“促成熟因子”的化學(xué)成分是;孕酮在實驗二中的作用是。

按照實驗一的兩組相互對照，注射成熟卵細胞的細胞質(zhì)才能使早期卵母細胞發(fā)育為成熟卵細胞，因此很容易推測出成熟卵細胞的細胞質(zhì)含有誘導(dǎo)卵母細胞成熟的物質(zhì)。這個推論可以作為實驗二的大前提。小前提是孕酮是性激素的一種，其化學(xué)本質(zhì)為固醇，能促進生殖器官的發(fā)育以及生殖細胞的形成，得到的結(jié)論是：孕酮能夠誘導(dǎo)早期卵母細胞合成某種蛋白質(zhì)，這種蛋白能促進卵細胞成熟。

這道高考題是一道典型的“三段式推理”題目。這類題目往往需要學(xué)生以材料分析為主，以教材的相關(guān)原理為輔，按照題目已知的背景，推斷出新的結(jié)論，對學(xué)生的演繹推理能力要求較高。

三、模型建構(gòu)

人教版高中生物教材在必修一中將模型分為三類，即概念模型、數(shù)學(xué)模型和物理模型。如：達爾文的自然選擇學(xué)說就可借助概念模型來解釋，有助于梳理知識間的內(nèi)在聯(lián)系;基因分離與自由組合定律可利用數(shù)學(xué)比例式構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，以數(shù)量關(guān)系描述生命現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律;物理模型如構(gòu)建DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)，除了能體會科學(xué)家的思維方法和探索精神外，還可以培養(yǎng)創(chuàng)新思維及合作能力。建構(gòu)模型的過程是一個科學(xué)探究的過程，蘊含著勇于假設(shè)、謹慎求證的科學(xué)思維。教學(xué)中，教師要提供豐富素材，培養(yǎng)學(xué)生通過模型建構(gòu)解決問題。

題目3（2018年江蘇高考生物卷第8題）：花藥離體培養(yǎng)是重要的育種手段。圖3是某二倍體植物花藥育種過程的示意圖，下列敘述正確的是（）

A.為了防止微生物污染，過程①所用的花藥需在70%乙醇中浸泡30 min

B.過程②的培養(yǎng)基中需添加較高濃度的細胞分裂素以利于根的分化

C.過程③逐步分化的植株中可篩選獲得純合的二倍體

D.過程④應(yīng)將煉苗后的植株移栽到含有蔗糖和多種植物激素的基質(zhì)上圖3

這道題中的示意圖是典型的概念模型，以文字、符號等抽象概念代替文字敘述，展示植物組織培養(yǎng)在二倍體育種中的應(yīng)用，直觀、清晰地呈現(xiàn)出每個操作步驟。這類題目的解題技巧在于找準(zhǔn)“題眼”，快速地進行知識遷移，判斷未知部分的具體所指。這道題的“題眼”就是“愈傷組織”，據(jù)此可以推測出①～④分別是植物組織培養(yǎng)中的“外植體消毒”“脫分化”“再分化”“試管苗移栽種植”四個步驟，各步驟的操作注意點就可以對號入座了。至于C選項，由于題干已知外植體為二倍體植物花藥，所以秋水仙素誘導(dǎo)處理后的細胞中有兩個染色體組。問題迎刃而解。

四、批判性思維

批判性思維并非指一味地否決，而是基于實證和邏輯對已知內(nèi)容進行質(zhì)疑。生物學(xué)是一門自然科學(xué)，很多結(jié)論都有大量的實驗數(shù)據(jù)做支撐。教學(xué)中，教師應(yīng)鼓勵大膽提問和“標(biāo)新立異”，以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

例如，人教版高中生物選修3《基因工程的基本操作程序》一節(jié)的“思考與探究”第3題：“利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有關(guān)細胞器功能的知識，結(jié)合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？”這是一道開放性問題，沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)答案，教學(xué)時可以要求學(xué)生各抒己見，突破思維定式。

而2015年江蘇高考生物卷第32題，則是此開放性問題解決方案的一種實例，其中第（5）小題用概念模型描繪了大腸桿菌生產(chǎn)胰島素的具體流程（如圖4）。教師可以將該圖在“思考與探究”之前作為課外知識展示給學(xué)生，著重提示加工步驟，其他講解則點到為止，適當(dāng)“留白”。這樣，學(xué)生在回答時容易聯(lián)想到此例，但并沒有過多的提示。針對大腸桿菌是原核細胞，肽鏈加工在體外完成，教師除了帶領(lǐng)學(xué)生提煉關(guān)鍵信息外，還要鼓勵他們不局限于已知方案，大膽構(gòu)想，發(fā)現(xiàn)諸如改變受體細胞的種類、改造目的蛋白等解決措施。

參考文獻：

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