生物解題教學中科學思維的滲透與培養

尤佳

摘要：科學思維的實質是通過合理地處理各種科學的思維方法之間的辯證關系，使思維達到最優化。科學思維的主要內容包含歸納與概括、演繹推理、模型建構、批判性思維四個方面。結合教學實踐，通過對近年來江蘇省高考生物試卷中部分題目的分析，闡述生物解題教學中科學思維的滲透與培養。

關鍵詞：生物解題教學科學思維高考題

當今社會，科學技術不斷發展，科學成果日新月異，新知識的出現對于教師和學生來說都是一種挑戰。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，是新時代學習的迫切要求。這就要求教師在教學中注意培養學生的科學思維。

科學思維，是指形成并運用于科學認識活動、對感性認識材料進行加工處理的方式和途徑。其實質是通過合理地處理各種科學的思維方法之間的辯證關系，使思維達到最優化，從而科學地、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。科學思維主要包含歸納與概括、演繹推理、模型建構、批判性思維四個方面。本文結合教學實踐，通過對近年來江蘇省高考生物試卷中部分題目的分析，闡述生物解題教學中科學思維的滲透與培養。

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的結論的思維方法，強調的是對繁雜內容的梳理，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，即要求根據材料進行深度的分析和理性的判斷，得出的結論不能浮于表面。在生物課堂中，常要求學生能夠基于一些已知的生物學實驗或者生物學事實，歸納、概括出相應的結論。

題目1（2016年江蘇高考生物卷第28題節選）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系。海帶增長率與IAA含量呈（填“正相關”“負相關”或“不相關”），海帶在后期生長緩慢，原因是。

（3）已知海帶成熟區段各部位ABA的分布無顯著差異，則其在成熟區段中的運輸方式（填“是”或“不是”）極性運輸。某研究組參照11月和5月海帶樣品的數據，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，需要學生綜合分析概括出兩種激素的作用和相應規律。學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。

為了提升學生對圖形的歸納與概括能力，教學時可以“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系，得到如下結論：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寬度的影響，只是籠統地考查對“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，不論長度或寬度，增長率都是在連續下降的。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。③同理，由ABA曲線可知，ABA含量與海帶增長率呈負相關。④綜合來說，IAA和ABA可以說是一種拮抗關系，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，測試學生的歸納與概括能力，學生處理此題的困難之處在于對兩個獨立的自變量數據的分析。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，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，因此要結合第二個自變量——紫外光的數據——進一步分析。空白組細胞數目明顯少于正常培養條件下的細胞數目，可以初步推測紫外線抑制綠藻生長。通過5月的綠藻數量不降反升，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，所以綠藻數量相較于空白組沒有變化。綜合以上結論，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出一般規律，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，獲取新的規律。教學中，教師可通過創設問題情境，激發學生的探究熱情，促使學生在解決問題的過程中深化思考，將新知內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題節選）某研究者進行了一系列“誘導早期卵母細胞成熟的物質”實驗，結果如下：

由實驗一可得出推論：含有可以誘導卵母細胞成熟的物質。

由實驗二可得出推論：這種誘導早期卵母細胞成熟的“促成熟因子”的化學成分是;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才能使早期卵母細胞發育為成熟卵細胞，因此很容易推測出成熟卵細胞的細胞質含有誘導卵母細胞成熟的物質。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，其化學本質為固醇，能促進生殖器官的發育以及生殖細胞的形成，得到的結論是：孕酮能夠誘導早期卵母細胞合成某種蛋白質，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生以材料分析為主，以教材的相關原理為輔，按照題目已知的背景，推斷出新的結論，對學生的演繹推理能力要求較高。

三、模型建構

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、數學模型和物理模型。如：達爾文的自然選擇學說就可借助概念模型來解釋，有助于梳理知識間的內在聯系;基因分離與自由組合定律可利用數學比例式構建數學模型，以數量關系描述生命現象的本質和規律;物理模型如構建DNA分子雙螺旋結構，除了能體會科學家的思維方法和探索精神外，還可以培養創新思維及合作能力。建構模型的過程是一個科學探究的過程，蘊含著勇于假設、謹慎求證的科學思維。教學中，教師要提供豐富素材，培養學生通過模型建構解決問題。

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應將煉苗后的植株移栽到含有蔗糖和多種植物激素的基質上圖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，展示植物組織培養在二倍體育種中的應用，直觀、清晰地呈現出每個操作步驟。這類題目的解題技巧在于找準“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”，據此可以推測出①～④分別是植物組織培養中的“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容進行質疑。生物學是一門自然科學，很多結論都有大量的實驗數據做支撐。教學中，教師應鼓勵大膽提問和“標新立異”，以培養學生的批判性思維。

例如，人教版高中生物選修3《基因工程的基本操作程序》一節的“思考與探究”第3題：“利用大腸桿菌可以生產出人的胰島素，聯系前面有關細胞器功能的知識，結合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？”這是一道開放性問題，沒有固定的標準答案，教學時可以要求學生各抒己見，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生，著重提示加工步驟，其他講解則點到為止，適當“留白”。這樣，學生在回答時容易聯想到此例，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，教師除了帶領學生提煉關鍵信息外，還要鼓勵他們不局限于已知方案，大膽構想，發現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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