生物學試題中長句式作答題型的思維策略
——以2020 年北京卷生物學部分試題為例

北京 劉 明

生物課程的核心目標是培養學生的學科核心素養，長句式作答題型能更準確地反映學生的素養，呈現科學思維過程。在近五年北京卷生物學試題中，長句式作答題型所占分值比例逐年上升，這對學生運用學科語言進行科學表述的能力提出了更高的要求。北京卷依托長句式作答題型主要考查學生“科學探究”和“科學思維”兩個維度的學科核心素養。嚴謹有序的思維是科學表述的前提，本文以2020 年北京卷部分試題為例，通過分析不同考查落點的長句式作答小題，構建相應的思維策略，促進學生科學思維能力的發展，進而提高科學表述能力。

一、科學探究

1.設計與實施類

設計探究實驗是科學探究能力的重要組成，是每年北京卷的必考點。由于設計實驗類題型開放性大，因此考查形式一般為選擇題，僅在2017 年第29 題中以長句式作答題型出現，設問方式為“評價實驗方案并完善”。無論考查形式如何變化，設計探究實驗的思維策略是不變的。其核心步驟依次為分析實驗目的，找準自變量、因變量→單一自變量處理實驗組→無關變量相同、適宜原則處理實驗組、對照組→檢測或預期各組因變量或其指標→分析實驗數據、得出結論。

【例1】（2020 年，北京卷，第16 題節選）（題干略）（3）進一步調查發現，Y 島上單位面積的植物干重及土壤氮、磷含量均低于W 島。研究者選擇Y 島上的若干代表性地塊，通過施肥實驗證明了Y 島植物干重較低是由土壤肥力低所致。支持此結論的實驗結果應為___________。

【參考答案】施肥地塊（實驗組）的植物干重高于未施肥地塊（對照組）。

【分析】該小題要求學生基于給定的結論，設計探究實驗方案，并預測結果。思維過程為依據實驗結論還原實驗目的“驗證Y 島植物干重較低是由土壤肥力低所致”，找到自變量（是否施肥）、因變量（單位面積的植物干重）→自變量“施肥”處理實驗組（Y島隨機均分的一組地塊），“不施肥”處理對照組（Y 島隨機均分的另一組地塊、W 島的一組地塊）→相同適宜的無關變量“生長時間、環境氣候等”處理實驗組、對照組→預期支持結論的各組實驗結果“施肥地塊的植物干重高于未施肥地塊，不低于W 島”→結論：Y 島植物干重較低是由土壤肥力低所致。

本小題學生在思維過程中的易錯點為將實驗目的還原為“驗證Y 島植物干重較低是由土壤肥力低所致”，進而僅設計一組對照實驗，即Y 島未施肥組。典型錯答：Y 島施肥地塊單位面積的植物干重高于Y 島未施肥地塊。

2.結果與結論類

描述實驗結果、歸納實驗結論是長句式作答題型最常見的考查落點。學生作答的問題主要為“表述不完整”和“混淆結果與結論”。此類問題的思維策略是首先依據實驗目的找出全部的自變量、因變量→緊跟實驗數據，描述隨著自變量的變化，因變量檢測指標如何變化（描述實驗結果）→依據實驗目的將實驗結果進行比較、整合（分析實驗結果）→回扣實驗目的，總結自變量對因變量的影響（歸納實驗結論）。

【例2】（2020 年，北京卷，第20 題節選）（題干略）（2）在愈傷組織生芽過程中，CK 通過ARRs（A）基因和WUS（W）基因起作用。為探討A 基因與W 基因的關系，將A 基因功能缺失突變體（突變體a）和野生型的愈傷組織分別置于CK 與生長素比例高的（高CK）培養基中誘導生芽，在此過程中測定W 基因的表達量。圖1 中，野生型的W 基因表達量與高CK 誘導時間的關系是____________。分析圖1 結果可得出的結論是在高CK 誘導下A 基因促進W 基因表達，得出結論的依據為與野生型相比，_____________。

圖1

【參考答案】隨著高CK 誘導時間的增加而增加經高CK 誘導后，突變體a 中W 基因表達量明顯低

【分析】本小題要求學生運用數學方法分析、描述實驗結果。第一個小空側重“描述實驗結果”，基于給定的自變量、因變量，直接描述為“隨自變量（高CK 誘導時間）延長，因變量（野生型的W 基因表達量）增加”。第二個小空側重“分析實驗結果”。思維過程為分析實驗結論，找出自變量A 基因、因變量W 基因的相對表達量、無關變量高CK 誘導時間→描述實驗結果“高CK 處理4 天，無A 基因（突變型）W 基因表達量低于有A 基因（野生型）；高CK 處理8 天，無A 基因（突變型）W 基因表達量低于有A 基因（野生型）→分析實驗結果“與野生型相比，無論高CK 處理時間長短，突變型W 基因的相對表達量低”→得出結論：高CK 誘導下A 基因促進W 基因表達。

二、科學思維

1.推理歸因類

推理歸因主要指學生“基于生物學事實和證據，運用歸納與概括、演繹與推理等方法，闡釋生命現象及規律”的過程。2017—2019 年北京高考試題中，幾乎每道大題均有一個小題需要學生用長句式的形式作答，呈現邏輯思維過程，闡釋生命現象及規律。此類問題的思維策略是抓住思維的起點（已知條件）和落點（待解釋的問題）→依據試題情境信息、具備生物學概念依次尋找中間點（邏輯證據）→利用“起點、中間點、落點”完整的邏輯關系給出合理歸因。

【例3】（2020 年，北京卷，第18 題節選）（題干略）（3）②另有研究發現，f 能抑制吞噬細胞的功能。試從分子與細胞水平解釋實驗組的感染率低于對照組的原因。

【參考答案】S 刺激小鼠產生S 抗體，抗體與f 表面的S 特異性結合，減弱了f 對吞噬細胞的抑制，更多的Pf被吞噬，感染減輕，故實驗組的感染率低于對照組。

【分析】本小題要求學生能基于事實和證據，運用穩態與平衡觀，利用免疫重要概念，通過歸納與概括、演繹與推理，解釋生命現象。依據思維策略，首先通過待解釋的問題“實驗組的感染率低于對照組”，確定起點為實驗組與對照組的區別“實驗組在前38 天、前29 天兩次注射噬菌體f 的表面蛋白S”，再依據試題情境信息、免疫學概念依次尋找中間點（邏輯證據）。具體思維過程見圖2。

圖2

本小題涉及的免疫學概念屬于必備的核心主干知識，學生在思維過程中的難點在于將免疫學概念1 與試題情境信息1 有機結合，進而推理得到中間點1。由于本題的情境非常新穎，Pf為被噬菌體f 侵染的Pa 菌株，二者呈現出共生的種間關系。而病毒和細菌又是學生非常容易混淆的兩類生物。因此學生很難理順噬菌體f、Pa 菌株和小鼠之間的關系。準確獲取關鍵信息是科學思維的前提，學生不僅要具備快速閱讀的能力，還要能甄別出重要信息，并對其進行仔細分析。

2.評價論證類

評價論證主要指學生“基于生物學事實和證據，運用歸納與概括、演繹與推理、批判性思維等方法，審視或論證生物學新問題”的能力。評價論證類問題基本上都需要用長句式作答。評價論證類問題的思維策略與推理歸因類問題相似，均需要找到解決問題的起點和落點，均需要依據“試題情境信息、具備生物學概念”依次尋找中間點（邏輯證據）。但評價論證類問題的起點和落點一般較為隱蔽，需要將待解決問題進行轉化。其次，評價論證類問題的邏輯證據鏈通常不止一條，這要求學生必須全面地獲取題目信息。

【例4】（2020 年，北京卷，第19 題節選）（題干略）（3）若從物質和能量的角度分析，選用高溫響應的啟動子驅動psbA 基因表達的優點是___________。

【參考答案】高溫時，高溫響應的啟動子驅動psbA基因高水平表達，補充高溫造成的D1 不足，修復PS Ⅱ，提高植物光能利用率；非高溫時低水平表達，避免不必要的物質和能量消耗。

【分析】本小題要求學生能基于事實和證據，運用物質與能量觀，利用光合作用概念，運用歸納與概括、演繹與推理、批判性思維等方法進行論證。依據思維策略，首先通過待論證的問題“高溫響應的啟動子驅動psbA 基因表達的優點”，在物質與能量觀這一生命觀念的指導下，確定思維起點為“高溫條件下外源psbA 基因表達，常溫條件下不表達”，落點為“高溫響應的啟動子驅動psbA 基因在合理利用物質與能量方面優于普通的啟動子”。具體思維過程見圖3。

圖3

本小題的思維難點在于將待解決問題的起點和落點進行合理的轉化。學生容易將起點僅落在“高溫條件下外源psbA 基因表達”，接下來只強調高溫下仍能進行光合作用，而忽略“在常溫下不表達”的優勢，最終導致論證不全面。

3.遷移創新類

遷移創新主要指學生“基于生物學事實和證據，運用創造性思維等方法，解決生物學新問題”的能力。此類問題開放性程度大，要求學生具備高水平的科學思維能力，并能進行長句式的科學表述。遷移創新類問題的主要思維策略是分析待解決問題，將其轉化為待解決的問題串→依次找到與問題串關聯的試題情境信息→依據生物學概念，理解試題情境信息→將試題情境信息合理遷移到待解決問題中→給出解決問題的完整思路。

【例5】（2020 年，北京卷，第21 題節選）（題干略）（3）③在產量低的甲品系水稻中發現了A、B 基因的等位基因A3、B3（廣親和基因），含有廣親和基因的雜合子，雌雄配子均可育。請寫出利用甲品系培育出育性正常的秈-粳雜交稻的流程。（用文字或圖示作答均可）

【參考答案】用甲品系（A3A3B3B3）與粳稻（秈稻）雜交獲得F1，F1與粳稻（秈稻）連續多代回交、篩選基因型為A2A3B2B3（A1A3B1B3）的植株，最終獲得A2A3B2B3（A1A3B1B3）粳稻（秈稻）。通過自交、篩選獲得A3A3B3B3的粳稻（秈稻），再與秈稻A1A1B1B1（粳稻A2A2B2B2）雜交，得到育性正常的秈-粳雜交種（A1A3B1B3/A2A3B2B3）。或

【分析】本小題要求學生能在新的問題情境中，利用遺傳與變異重要概念，運用創造性思維，解決生產中的實際問題。首先依據試題信息將待解決問題“利用甲品系培育出育性正常的秈-粳雜交稻”轉化為問題1“如何利用甲品系解決秈-粳雜交稻育性低的問題”。以解決問題1 為突破點，引出問題串，展開邏輯思維（如圖4）。

圖4

本小題思維容量大，思維難點在于準確獲取試題情境信息1，將問題遷移轉化為“獲得A3A3B3B3基因型的粳稻或A3A3B3B3基因型的秈稻”。其次要求學生能熟練應用雜交、回交、自交等育種方法。

縱觀以上長句式作答的思維策略，科學探究類問題的思維策略更程序化，這是由科學探究實驗的固定模式決定的；科學思維類問題的思維策略更靈活多變，這是由問題情境的復雜性、思維方法的多樣性決定的。破解科學思維類問題的重中之重是結合生物學概念、準確獲取試題情境信息。學生可在思維策略的指導下，以典型的長句式作答例題為抓手，認真梳理每道小題的思維過程，逐漸養成嚴謹有序的思維習慣，進而提高科學表述能力，呈現高水平的學科核心素養。