高考生物學(xué)實(shí)驗(yàn)試題中科學(xué)思維的考查形式

鐘 琪 (安徽省合肥市第一中學(xué) 合肥 230061)

1 問題的提出

2019年的全國(guó)卷高考試題，延續(xù)近幾年通過解釋生命現(xiàn)象的原因、寫出實(shí)驗(yàn)思路等形式來考查學(xué)生的科學(xué)思維，尤其是在實(shí)驗(yàn)與探究能力方面，更加注重考查學(xué)生的深度思考能力并有一定的創(chuàng)新，這種深度考查有利于區(qū)分學(xué)生的綜合能力水平，一些學(xué)生對(duì)這樣的試題望而生畏不敢作答，即使作答也常表現(xiàn)為： 忽略證據(jù)、因果關(guān)系不清等諸多科學(xué)思維方面的問題。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》將“科學(xué)思維”定義為： 尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力[1]。其中，以實(shí)驗(yàn)與探究能力為基礎(chǔ)的因果關(guān)系的分析和判斷是高考試題中科學(xué)思維方法考查的常見形式。

2 基于歸納思維的因果關(guān)系的判定

因果關(guān)系是科學(xué)探究活動(dòng)中的重要邏輯關(guān)系。英國(guó)哲學(xué)家穆勒提出了五種判明因果的方法，即契合法、差異法、契合差異并用法、共變法與剩余法，其中差異法和共變法在實(shí)驗(yàn)科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用[2]。

差異法又稱求異法，是通過考查某現(xiàn)象出現(xiàn)和不出現(xiàn)的兩個(gè)場(chǎng)合，若這兩個(gè)場(chǎng)合有且僅有某一個(gè)條件不同，則這個(gè)不同的條件和被研究現(xiàn)象之間有因果聯(lián)系，這也是對(duì)照實(shí)驗(yàn)遵循的基本邏輯(表1)。

表1 差異法

共變法是指當(dāng)某一現(xiàn)象發(fā)生一定程度的變化時(shí)，另一現(xiàn)象也隨之發(fā)生一定程度的變化，則這兩個(gè)現(xiàn)象之間有因果聯(lián)系。同樣，這也是對(duì)比實(shí)驗(yàn)遵循的基本邏輯(表2)。

當(dāng)有些因素?zé)o法消除或者不容易消除時(shí)不能使用差異法，卻可以采用共變法，使那些不能消除的因素發(fā)生數(shù)量上的變化，從而判明它們之間的因果關(guān)系。

表2 共變法

3 2019年高考真題中的考查形式

例1(2019年全國(guó)Ⅰ卷第29題部分)將生長(zhǎng)在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進(jìn)行干旱處理，該植物根細(xì)胞中溶質(zhì)濃度增大，葉片中的脫落酸(ABA)含量增高，葉片氣孔開度減小，回答下列問題。

(2) 與干旱處理前相比，干旱處理后該植物的光合速率會(huì)_________________，出現(xiàn)這種變化的主要原因是_________________。

(3) 有研究表明： 干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，請(qǐng)以該種植物的ABA缺失突變體(不能合成ABA)植株為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一結(jié)論，要求簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。

思維過程分析： (2)結(jié)合題中信息可知，干旱處理后“該植物根細(xì)胞中溶質(zhì)濃度增大，葉片中的脫落酸(ABA)含量增高，葉片氣孔開度減小”與光合速率可能都有關(guān)系，結(jié)合所學(xué)知識(shí)可以確定： 氣孔開度減小會(huì)導(dǎo)致CO2供應(yīng)減少，光合速率降低。而“根細(xì)胞中溶質(zhì)濃度增大，葉片中的脫落酸(ABA)含量增高”與光合速率變化之間雖存在相關(guān)性，但并不能確定是否有因果關(guān)系。部分學(xué)生在回答原因時(shí)會(huì)把兩者都填寫上去，從邏輯關(guān)系看這種回答是不科學(xué)的，此問只能從氣孔和CO2角度回答，故參考答案為：“氣孔開度減小使供應(yīng)給光合作用所需的CO2減少”。本題考查了科學(xué)思維中的基本邏輯關(guān)系，要求學(xué)生能夠正確區(qū)分相關(guān)性和因果性。

(3) 題由前問可知，不能確定脫落酸含量增高是否為光合速率降低的原因，所以需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究，試題的內(nèi)在邏輯清晰明了。從實(shí)驗(yàn)變量看，本實(shí)驗(yàn)需要研究“缺水”和“ABA”兩個(gè)變量，應(yīng)當(dāng)分別進(jìn)行驗(yàn)證。由于植物不能在完全缺水條件下開展實(shí)驗(yàn)，因此對(duì)“缺水”變量的研究，不能采用差異法(自然條件和完全缺水對(duì)照比較)，而應(yīng)當(dāng)使用共變法(干旱處理使植物體內(nèi)含水量逐漸減小)，故通過突變體植株在干旱處理前后氣孔開度的變化進(jìn)行研究即可。對(duì)“氣孔開度減小是由ABA引起”結(jié)論的驗(yàn)證通過差異法(有無(wú)ABA)控制變量即可完成，由于題干要求“以該種植物的ABA缺失突變體植株為材料”，故采用添加ABA的方法控制自變量。參考答案為： 取ABA缺失突變體植株在正常條件下測(cè)定氣孔開度，經(jīng)干旱處理后，再測(cè)定氣孔開度，預(yù)期結(jié)果是干旱處理前后氣孔開度不變。將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進(jìn)行ABA處理，另一組作為對(duì)照組，一段時(shí)間后，分別測(cè)定兩組的氣孔開度，預(yù)期結(jié)果是ABA處理組氣孔開度減小，對(duì)照組氣孔開度不變。

例2(2019年全國(guó)Ⅲ卷第29題部分) 氮元素是植物生長(zhǎng)的必需元素，合理施用氮肥可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。回答下列問題。

4 試題評(píng)價(jià)