例談生物高考題中原因推理類的三元解題法

安徽

高考緊緊圍繞“立德樹人、服務選才、引導教學”的核心功能，突出對能力和素養(yǎng)的考查。生物學學科核心素養(yǎng)是學生后天習得的終生受益成果，是公民基本素養(yǎng)的重要組成之一，《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂版）》中的學科核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。

近幾年的全國卷生物高考題中，常常出現(xiàn)原因推理類的題目，這類考題是對考生的理解能力、分析推理能力、語言表達能力甚至獲取信息的能力等綜合能力的考查。考生作答此類試題有一定的難度，得分率整體不高，原因主要有答題語句過短（只有零星的詞語）、沒有使用生物學術語、缺乏關鍵詞、沒有表述完整的推理過程等。為了提高復習的有效性，筆者嘗試用三元法對此類問題進行分析和解答。

1.三元法模型及其原理

影響某一事物（或實驗對象）變化的因素可能有多個，有直接因素，也有很多間接因素。當外界條件發(fā)生變化時，可能先引起一系列的間接因素變化，然后再引起直接因素變化，最終使實驗結果發(fā)生變化。如果把這個邏輯串中的實驗結果看作第一元的話，那么直接因素就是第二元，眾多的間接因素就是第三元。如圖1 所示。

圖1

人們在分析事物變化時，有時既要分析直接因素，也要分析間接因素，間接因素通過直接因素起作用；在闡述因果關系時，要先陳述間接因素，然后才能推理出直接因素，最后影響了實驗結果，這個推理過程不能有任何一個環(huán)節(jié)遺漏，否則就會導致邏輯推理過程不完整。因此原因推理類題目就是對學生的邏輯思維、推理和表述等關鍵能力的考查，這也是評價學生學科核心素養(yǎng)的一個重要方面。

2.三元法的使用策略

高考備考中，如何突破敘述原因分析、作用機理等原因推理類題目呢？筆者總結如下：

2.1 逆向思維突破，追根溯源答題

【例1】（2017 年，全國卷Ⅰ，第30 題）植物的CO2補償點是指由于CO2的限制，光合速率與呼吸速率相等時環(huán)境中的CO2濃度。已知甲種植物的CO2補償點大于乙種植物的。回答下列問題：

（1）將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中，適宜條件下照光培養(yǎng)。培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)兩種植物的光合速率都降低，原因是_________________。甲種植物凈光合速率為0 時，乙種植物凈光合速率_________________（填“大于0”“等于0”或“小于0”）。

（2）若將甲種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中，照光培養(yǎng)一段時間后，發(fā)現(xiàn)植物的有氧呼吸增加，原因是_________________。

【答案】（1）植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用釋放CO2的量，使密閉小室中CO2濃度降低，光合速率也隨之降低 大于0 （2）甲種植物在光下光合作用釋放的O2使密閉小室中O2增加，而O2與有機物分解產(chǎn)生的NADH 發(fā)生作用形成水是有氧呼吸的一個環(huán)節(jié)，所以當O2增多時，有氧呼吸會增加

本題考查CO2濃度對植物的光合作用的影響和O2對有氧呼吸的影響，解答第（1）題中兩種植物的光合速率都降低的原因時，首先分析影響光合作用的因素有內部因素和外部因素兩大因素，內部因素中，作為正常生長的植物其所含的酶和色素應該充足，不可能是限制因素；外部因素中，顯然光照強度和溫度都是適宜的，不可能是限制因素；再考慮植物是在密閉條件下培養(yǎng)，可以確定CO2濃度是光合速率降低的重要因素，那么還要進一步分析造成CO2濃度降低的原因，顯然是起始條件下光合作用強度大于呼吸作用強度，植物表現(xiàn)為吸收CO2，造成其濃度降低。

本例題中，“光合速率降低”是第一元，“CO2濃度”是第二元，“光合作用強度大于呼吸作用強度”則是第三元，學生容易漏答第三元。解答第（2）題時，分析影響植物的有氧呼吸的外部因素有溫度、O2濃度等，顯然溫度不用考慮，只有O2濃度是限制因素，起始條件下密閉的小室內沒有O2，什么原因造成了O2濃度增加呢？顯然是條件適宜的小室中，照光培養(yǎng)時植物光合作用強度大于呼吸作用強度，造成植物向環(huán)境中釋放O2，因此，O2含量增加。本例題中，“有氧呼吸增加”是第一元，“O2濃度增加”是第二元，“光合作用強度大于呼吸作用強度”則是第三元。有些學生只分析出植物進行光合作用產(chǎn)生O2，顯然這不是O2濃度增加的充分條件，第三元分析不準確。也有些學生只回答植物光合作用強度大于呼吸作用強度，直接忽略了O2濃度這一第二元，顯得邏輯推理過程不通順。

此類問題解答時需要學生掌握相關概念的含義及其產(chǎn)生過程，準確把握相關變化的內、外兩方面的影響因素，再根據(jù)相關概念之間的關系厘清因變量變化的直接原因和間接原因，從而可以追根溯源答題。

2.2 獲取信息，根據(jù)所學知識合理推理

【例2】腎上腺素是人體內一種非常神奇的物質。請根據(jù)所提供的材料，分析回答：

實驗一：將腎上腺素施加到肝臟切片上，發(fā)現(xiàn)有大量的葡萄糖生成，生成量較沒有施加過腎上腺素的肝臟切片超出許多。

實驗二：將肝臟細胞制成勻漿，并將部分勻漿離心獲得上清液和沉淀物，然后進行了4 組實驗，實驗結果如圖2 所示：

圖2

研究時，還發(fā)現(xiàn)施加過腎上腺素的實驗材料（勻漿、上清液或沉淀物）中均檢測到物質X，將物質X 直接添加到其對照組實驗中，發(fā)現(xiàn)酶A 的相對含量明顯上升。

（1）根據(jù)實驗一，擬定出該課題的名稱：________________________。

（2）實驗選擇肝臟切片或由肝細胞制成的勻漿為材料，主要理由是肝細胞中含有豐富的___________。根據(jù)實驗二，推測腎上腺素在糖原分解中的作用機理是______________________（用文字和箭頭表示）。

【答案】（1）探究腎上腺素在糖原分解中的作用及作用機理 （2）（肝）糖原 腎上腺素→（受體蛋白）→物質X →酶B 轉化為酶A →糖原分解

對于第（2）題，根據(jù)實驗一和實驗二的第1 組內容可以判斷腎上腺素可以促進酶A 的形成，并由后者催化肝糖原分解形成葡萄糖，由第2、4 組實驗組和第1 組實驗組對照發(fā)現(xiàn)，添加酶B 可以使酶A 相對含量明顯增加，結合圖2 下的備注文字可進一步推理出，酶B 可以在一定條件下轉化為酶A，根據(jù)題干最后的文字材料可知，施加過腎上腺素的實驗材料可以檢測到物質X，而物質X 也可以引起酶A 的產(chǎn)生。因此通過梳理和分析，可以推測出糖原分解的機理：腎上腺素→（受體蛋白）→物質X →酶B 轉化為酶A →糖原分解。

本例題中“糖原分解”是第一元（分析對象），“酶A”是第二元（直接因素），“腎上腺素、物質X 和酶B”都是第三元（間接因素），除了腎上腺素是已知因素，物質X 和酶B 都是需要分析判斷才能獲取的信息，這要求學生要對實驗內容準確的理解，對必要的文字注釋全面的審查。高考試題給出的信息可以蘊涵在文字中，也可以蘊涵在圖表中。所給的信息中，有些可能是有效的，有些可能是無效的。這就要求考生能夠正確解讀題目，準確獲得所需信息。

3.復習對策的建議

3.1 利用素材改編題目，有針對性的訓練

【例3】將生長兩周的番茄幼苗葉片分為兩組，甲組施以不同濃度的IAA 溶液，乙組施以不同濃度的IAA 溶液和等量的乙烯，3 h 后測定細胞膜對Mg2+的通透性，結果如圖3 所示，下列分析錯誤的是 （ ）

圖3

A.低濃度的IAA 能抑制乙烯的合成

B.低濃度的IAA 對細胞膜的通透性的影響不顯著

C.施以乙烯的情況下，細胞膜的通透性與IAA 濃度呈正相關

D.推測甲、乙兩組細胞膜通透性不同是因為基因表達產(chǎn)物的數(shù)量不同

【答案】A

做完本題后，可以將本題D 選項的素材改編為原因類問題，比如根據(jù)題目所給信息，寫出乙烯促進細胞膜對Mg2+的通透性的作用機理。那么學生基于對本題題意的理解，可以嘗試寫出：乙烯促進了有關基因的表達，使運輸Mg2+的載體蛋白數(shù)量增加，從而促進了Mg2+的跨膜運輸，提高了細胞膜對Mg2+的通透性。本例題中，乙烯和細胞膜對Mg2+的通透性是第二元，基因的表達及其產(chǎn)生的載體蛋白是第三元。

【例4】有學者提出了關于植物生長素(IAA)促進生長的“酸生長假說”（如圖4 所示）：研究發(fā)現(xiàn)酸性物質使細胞壁pH 下降，多糖鏈被破壞而變得松弛柔軟，纖維素的纖絲松開，細胞的滲透壓下降，細胞失水，細胞因體積延長而發(fā)生不可逆轉的增長。回答下列問題：

圖4

（1）無論是植物激素還是動物激素，作用于細胞的首要條件是___________。

（2）由材料信息及圖示推知，細胞吸收生長素的方式是___________。

【答案】（1）被細胞識別和接受 （2）主動運輸

本題可以改編為原因推理類題目，比如根據(jù)題目所給信息，可以推測生長素引起植物酸生長的機理（或原因）是__________。本改編題中要把生長素（間接因素）和酸性增加（直接因素）之間的邏輯聯(lián)系點找到，才能解釋生長素是如何促進植物酸生長的。這就需要學生從圖中獲取信息，教師可以引導學生思考：如果生長素作用于質子泵（生長素受體），那么就可能促進質子跨膜運輸?shù)郊毎猓鸺毎诔仕嵝浴Ｒ虼丝梢曰卮馂樯L素與膜上的受體結合后引起質子泵工作，把質子跨膜運輸?shù)桨庖鸺毎趐H 下降，進而使植物表現(xiàn)為酸性生長。

3.2 利用教材，鍛煉學生的推理能力和表述能力

科學推理類試題是考查考生學科核心素養(yǎng)的有效類型，教材中有大量的技能訓練和課后拓展題，正確利用這些材料可以很好地鍛煉學生的邏輯推理能力和語言表達能力，如人教版教材必修1 第5 章第4 節(jié)“能量之源——光與光合作用”一節(jié)課后的拓展題中的表述，夏季晴朗的白天，植物為什么會有“午休”現(xiàn)象？引導學生從影響光合作用的直接因素（CO2含量）和間接因素（溫度、水分）兩方面分析，并用書面語言進行準確的表達。

高考復習過程中教師還可要求學生針對某一專題構建思維導圖并進行思辨，厘清大概念和重要概念之間的關系，理解知識之間內在聯(lián)系，有利于縝密性和連貫性思維的形成。

總之，教師在平時的教學中還是多注重學生理性思維的培養(yǎng)，答題時有意識地運用三元法來解決問題，逐步形成良好的答題習慣，進而內化為解決實際問題的能力，最終在這個過程中培養(yǎng)學生學科的核心素養(yǎng)。