“實驗思路”中邏輯思維的結構化分析與表達

廣西 張 蓓

高考生物實驗從科學思維、科學探究等方面考查學生的學科核心素養。2019年高考全國卷生物試題中有多道試題要求“簡要寫出實驗思路、預期結果和結論”，這一設問形式綜合考查了學生對生物學實驗方案的設計能力及科學表達能力。例如，2019年高考全國卷Ⅰ第29題要求學生驗證植物在干旱條件下氣孔關閉適應性表現的直接誘發因素；全國卷Ⅲ第29題要求學生對農作物吸收氮元素形式的偏好性進行驗證。此類試題依托實驗方案的設計考查學生實驗探究能力，要求學生具備縝密的邏輯思維及較強的語言表達能力。本文主要通過對2019年高考全國卷Ⅲ第29題“實驗思路”的分析，淺談答題中邏輯思維的建立及表達。

1.邏輯思維表達的金字塔結構

人與人之間交流、合作、學習的過程中時刻伴隨著思考與決策，人們在相互傳遞信息的過程中需要具備處理信息、解決問題的邏輯思維。而影響思維能力的三個原因分別是想不明白、說不清楚、思維不敏捷。在語言的表達上則表現為不知道從何說、不知道說什么、不知道怎么說。邏輯思維是思考力和表達力的基礎，而“金字塔原理”則是建構邏輯思維的有效方法。

“金字塔原理”是由美國麥肯錫公司的芭芭拉·明托提出的一種思考與寫作模式。其核心理念是基于中心思想（或問題）的歸納和演繹，將自己要表達的多個思想依據一定的邏輯關系，自上而下地排列出來，使其形成由中心思想統領的、具有遞進關系的金字塔結構，從而使所想要表達的思想一目了然（如圖1）。

圖1 金字塔原理中的金字塔結構

運用“金字塔原理”時需要遵循三大原則：結論先行、自上而下、控制數量。結論先行就是抓重點，明確需要研究和解決的問題；自上而下的結構就如同作文中“先總后分”的寫作手法。在研究和解決問題時基于核心論點，進行歸納，列舉支持該論點的分論點，一層一層地分解論證，完成演繹，形成金字塔；控制數量，即每一思想下的分論點最好為3個，最多不超過7個。

2.實驗思路的結構化分析與表達

【例題】（2019年，全國卷Ⅲ，第29題）氮元素是植物生長的必需元素，合理施用氮肥可提高農作物的產量。回答下列問題。

（1）植物細胞內，在核糖體上合成的含氮有機物是________，在細胞核中合成的含氮有機物是_________，葉綠體中含氮的光合色素是______________。

【參考答案】（1）蛋白質 核酸 葉綠素 （2）實驗思路：配制營養液（以硝酸銨為唯一氮源），用該營養液培養作物甲，一段時間后，檢測營養液中剩余量。預期結果和結論：若營養液中剩余量小于剩余量，則說明作物甲偏好吸收若營養液中剩余量小于剩余量，則說明作物甲偏好吸收

2.1 邏輯思維的結構化分析

邏輯思維結構化分析的步驟：搜集信息→尋找因果關系→歸類分組→設計框架，呈現有形結構。

第一步：閱讀試題，從題干中找出實驗研究的目的（主要觀點），統領結構。

第二步：尋找具有因果關系的要素，縱向延展。實驗目的必須通過實驗方案來驗證，通過實驗結果加以論證，通過實驗結論得以解釋。

第三步：把所有可能的因素按相似性分類。實驗方案涉及實驗材料、實驗方法、實驗變量、對照設置、檢測方法等。因變量檢測后的可能性屬于實驗結果，與實驗結果對應的分析屬于實驗結論。

第四步：呈現有形結構（如圖2）。

圖2 “實驗目的”統領下的金字塔結構

在作答上述試題時，圍繞實驗目的，利用“金字塔原理”由上而下縱向展開分析，橫向歸類分組，使邏輯結構化、思維可視化、思路明朗化。

2.2 邏輯思維的有效表達

邏輯思維框架的設計是對觀點“先總后分”的過程，邏輯思維的有效表達則是對有形結構呈現的邏輯關系“分后再總”、歸納概括的過程。要做到條理清晰地表達，應從最底部的層次開始，同一組內的信息按照邏輯順序整理出內在關系（如圖3）。

圖3 “實驗方案”中各組信息間的關系

將圖3所示的邏輯關系轉換成句子，并用專業術語完成解釋，表述盡量言簡意賅。實驗思路可表述為“用以硝酸銨為唯一氮源的營養液培養作物甲，一段時間后，檢測營養液中的剩余量”。

實驗方案是實驗結果的基礎，實驗結果是實驗結論的前提。因此，基于實驗目的和實驗方案，該實驗預期產生兩種實驗結果，按照假說演繹公式“某種條件下，若A，則B”寫出實驗結果對應的實驗結論。即“若營養液中剩余量小于剩余量，則說明作物甲偏好吸收若營養液中剩余量小于剩余量，則說明作物甲偏好吸收。

總之，構建思維框架時采用“自上而下”的策略，羅列與論點相關的各層級所需的材料信息。而表達思維時采用“自下而上”的方法，用多組信息陳述所要表達的觀點，找出觀點之間的關系，根據關系得出與中心思想相一致的結論。

3.答題中的常見錯誤類型及應對策略

由于學生作答“實驗思路”這類試題時需要耗費一定時間處理信息、理順邏輯、整理思路，且這類試題對學生科學思維及語言表達能力要求較高，所以學生對此類試題往往心存畏懼。在實際作答中，學生們科學規范的回答非常相近，而錯誤的表達卻各不相同。

3.1 常見錯誤類型舉例

學生作答1：取兩只潔凈的培養基注入等量的培養液，并用長勢相同的綠色植株放入培養基中，將其貼上標簽并移至相同條件下，其余條件不變。在一組培養基中注入清水，過一段時間同時對兩組培養基進行檢測營養液中和的濃度。若營養液中的濃度減少，則說明這一植物對的吸收具有偏好性。

從生物學實驗的科學性、嚴謹性來分析，上述兩種回答均存在無視試題限定條件，導致實驗方案中實驗材料的選擇、對照的設置、因變量的檢測等方面出現錯誤的問題。同時，上述兩種答案的結果和結論的預測分析中均缺少對兩種離子含量的對比。

若從邏輯表達的角度來看，作答1和作答2的共同問題為邏輯關系混亂、結構不清晰，作答1的問題還表現為用詞不準確、語句不簡潔。如果用“金字塔原理”對上述問題進行檢測，不難發現上述作答的癥結在于答題前沒有構建思維框架，信息間的因果關系不成立，所以表達時出現信息不完整、信息與結論不對應，信息之間缺少邏輯關聯的現象。

3.2 應對策略

科學實驗是搜集科學事實、檢驗科學假說、形成科學理論的實踐基礎。而實驗過程中的科學思維和歸納、演繹推理以及對實驗結果的分析等都需要通過富有邏輯的、科學規范的表達呈現出來。解決這些問題的有效途徑就是幫助學生構建邏輯表達的金字塔結構，養成利用金字塔結構自上而下整理信息、組織思維，自下而上組織語言、陳述觀點的習慣。

首先，教師可引導學生用金字塔結構對試題進行分析，如以高考真題為例，示范建構邏輯思維表達金字塔的方法及操作步驟，讓學生理解金字塔結構在解題中的作用和原理。在原因分析題及實驗探究題的作答時，要求學生運用“金字塔原理”進行結構化分析，使他們厘清邏輯結構中各種信息之間的內在聯系，養成用圖形整理信息、分析問題和思考的習慣，并最終能熟練運用和操作這一方法。

其次，強化語言表達訓練。在日常教學和復習備考過程中把科學探究作為重要的學習方式和教學方式，提高測試中原因類試題、實驗探究型試題的比例及訓練量，讓學生科學、嚴謹地使用生物學術語答題，養成認真審題、規范書寫的習慣。同時，讓學生構建有形結構，從看得見的內容開始遣詞造句、謀篇布局，用生物學專業術語將圖形復制、轉化成文字。