指向高階思維能力發(fā)展的生物學(xué)創(chuàng)新性試題分析及教學(xué)啟示

摘 要：創(chuàng)新性試題具有考查內(nèi)容綜合化、解題思維復(fù)雜化以及求解途徑多元化的特點(diǎn)，是考查學(xué)生高階思維能力發(fā)展的重要題型之一。本文通過(guò)劃分創(chuàng)新性試題的類(lèi)型，總結(jié)高階思維能力在高中生物學(xué)教學(xué)中的具體表現(xiàn)形式，并以近年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試北京卷生物學(xué)試卷中的創(chuàng)新性試題為例展開(kāi)分析，對(duì)創(chuàng)新性試題的命制以及教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高階思維能力；中學(xué)生物學(xué)教學(xué)；創(chuàng)新性試題；試題分析

文章編號(hào)：1003-7586（2024）08-0093-04 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中明確指出創(chuàng)造性思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的重要科學(xué)思維，并且《課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)在習(xí)題的設(shè)計(jì)上應(yīng)體現(xiàn)多樣、靈活、開(kāi)放等特點(diǎn)。《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“評(píng)價(jià)體系”）同樣在考查要求中指出，素質(zhì)教育的突出特征之一是對(duì)創(chuàng)新性的強(qiáng)調(diào)。［1］本文以普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試北京卷生物學(xué)試題為例，分析創(chuàng)新性試題對(duì)學(xué)生高階思維能力的考查及其對(duì)教學(xué)的啟示。

1 初探創(chuàng)新性試題，明確內(nèi)涵與目標(biāo)指向

1.1 創(chuàng)新性試題的內(nèi)涵

創(chuàng)新性試題強(qiáng)調(diào)促進(jìn)學(xué)生的高階思維發(fā)展，具備考查內(nèi)容綜合化、解題思維復(fù)雜化、求解途徑多元化等特點(diǎn)。判斷一道試題是否為創(chuàng)新性試題，通常需要滿(mǎn)足以下條件：其一，情境真實(shí)，試題的設(shè)置通常基于真實(shí)情境，如科研進(jìn)展、社會(huì)時(shí)事以及生產(chǎn)實(shí)踐等；其二，途徑多樣，創(chuàng)新性試題答案的求解途徑通常具有不唯一性；其三，條件復(fù)雜，學(xué)生在解題過(guò)程中需要進(jìn)行復(fù)雜的思維活動(dòng)，呈現(xiàn)其綜合學(xué)習(xí)能力、信息提取能力及創(chuàng)造能力等高階思維品質(zhì)。此外，評(píng)價(jià)體系中明確指出發(fā)散思維、逆向思維、批判性思維

是創(chuàng)新性思維的重要特征。［1］基于此，本文將上述三種思維品質(zhì)作為分析創(chuàng)新性試題的起點(diǎn)，結(jié)合創(chuàng)新性試題的特點(diǎn)與考查目標(biāo)對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)（見(jiàn)表1）。

1.2 創(chuàng)新性試題的目標(biāo)導(dǎo)向

創(chuàng)新性試題需要指向生物學(xué)的學(xué)科本質(zhì)。《課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出“生物學(xué)是自然科學(xué)中的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的的科學(xué)”。其學(xué)科本質(zhì)蘊(yùn)含一套系統(tǒng)的知識(shí)體系、特有的思維方式和探究歷程以及對(duì)生產(chǎn)生活產(chǎn)生的重大影響。由此，筆者認(rèn)為生物學(xué)的學(xué)科本質(zhì)包括：生物學(xué)學(xué)科知識(shí)、科學(xué)思維發(fā)展、科學(xué)探究歷程以及生物學(xué)與科學(xué)技術(shù)及社會(huì)之間的聯(lián)系。

創(chuàng)新性試題需要指向?qū)W生高階思維能力的發(fā)展。鐘志賢教授從能力發(fā)展的角度將高階思維定義為發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力，主要指問(wèn)題求解能力、創(chuàng)新能力、批判性思維能力和決策能力［2］，其與《課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)核心素養(yǎng)四個(gè)維度的描述存在較多相似之處。

本文以鐘志賢教授劃分的四大高階思維能力為基礎(chǔ)，結(jié)合生物學(xué)的學(xué)科本質(zhì)以及生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，總結(jié)了高階思維能力在高中生物學(xué)教學(xué)中的具體表現(xiàn)。同時(shí)，本文的解析也使創(chuàng)新性試題的目標(biāo)更加具象化和可操作化，具體表現(xiàn)為：其一，科學(xué)解釋生物學(xué)現(xiàn)象的能力對(duì)應(yīng)高階思維中的問(wèn)題求解能力，即指學(xué)習(xí)者能夠準(zhǔn)確識(shí)別生物學(xué)現(xiàn)象，運(yùn)用所學(xué)生物學(xué)知識(shí)對(duì)其進(jìn)行解釋的能力，是一種基礎(chǔ)邏輯思維的體現(xiàn)。其二，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探究能力對(duì)應(yīng)高階思維中的創(chuàng)新能力，基于學(xué)生對(duì)生物學(xué)現(xiàn)象的假設(shè)，獨(dú)自設(shè)計(jì)、開(kāi)展并評(píng)估生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。其三，科學(xué)解讀數(shù)據(jù)與邏輯論證的能力對(duì)應(yīng)高階思維中的批判性思維能力，即要求學(xué)生能夠?qū)Χ喾N形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的批判與論證。其四，社會(huì)生態(tài)性議題評(píng)估能力對(duì)應(yīng)高階思維中的決策能力，即學(xué)生能夠針對(duì)生產(chǎn)生活各領(lǐng)域存在的生態(tài)性議題提出建設(shè)性意見(jiàn)，是知識(shí)、教育與社會(huì)相接軌的重要體現(xiàn)（見(jiàn)圖1）。

2 分析創(chuàng)新性試題，促進(jìn)高階思維發(fā)展

2.1 發(fā)散思維

發(fā)散思維具有以下特征：其一，變通性，表現(xiàn)為學(xué)生能夠根據(jù)具體問(wèn)題進(jìn)行靈活的思維轉(zhuǎn)換，從多角度看待并理解問(wèn)題；其二，創(chuàng)造性，表現(xiàn)為學(xué)生能夠采用新思路、新方法解決問(wèn)題；其三，聯(lián)想性，表現(xiàn)為學(xué)生能夠?qū)⑾嗷オ?dú)立的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，從而發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的新角度。

例如，2023年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試北京卷生物學(xué)第20題，作為一道典型的創(chuàng)新性試題，題干對(duì)細(xì)胞器之間協(xié)調(diào)配合的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行拓展，即線(xiàn)粒體與葉綠體的一系列氧化還原反應(yīng)對(duì)胞內(nèi)活性氧含量的調(diào)節(jié)。活性氧既可以參與細(xì)胞代謝活動(dòng)，同時(shí)也對(duì)細(xì)胞的凋亡產(chǎn)生一定作用。該題要求學(xué)生從維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)與平衡的角度對(duì)細(xì)胞器間的協(xié)調(diào)配合加以說(shuō)明，在結(jié)論上具有開(kāi)放性，學(xué)生可以結(jié)合所學(xué)知識(shí)展開(kāi)作答，有利于在解題過(guò)程中培養(yǎng)思維的變通性和創(chuàng)造性。同時(shí)，該題也體現(xiàn)出生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的生命觀(guān)念，能夠準(zhǔn)確反映學(xué)生所受教育是否達(dá)到《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求。此外，該題也體現(xiàn)出背景材料的創(chuàng)新性，擬南芥作為生物學(xué)科研的模式植物，其涉及的生長(zhǎng)開(kāi)花、植物菌核病以及細(xì)胞的程序性死亡等研究，有效幫助學(xué)生建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，進(jìn)而考查學(xué)生從科學(xué)的角度解釋生物學(xué)現(xiàn)象的能力。

學(xué)習(xí)以下材料，回答下面問(wèn)題。

在細(xì)胞的氧化還原反應(yīng)過(guò)程中會(huì)有活性氧產(chǎn)生，活性氧可以調(diào)控細(xì)胞代謝，并與細(xì)胞凋亡有關(guān)。我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一個(gè)擬南芥突變體m（M基因突變?yōu)閙基因），在受到長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)光照時(shí)，植株會(huì)出現(xiàn)因細(xì)胞凋亡而引起的葉片黃斑等表型。M基因編碼葉綠體中催化脂肪酸合成的M酶。與野生型相比，突變體m中M酶活性下降，脂肪酸含量顯著降低。為探究M基因突變導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的原因，研究人員以誘變劑處理突變體m，篩選不表現(xiàn)細(xì)胞凋亡，但仍保留m基因的突變株。通過(guò)對(duì)所獲一系列突變體的詳細(xì)解析，發(fā)現(xiàn)葉綠體中pMDH酶、線(xiàn)粒體中mMDH酶和線(xiàn)粒體內(nèi)膜復(fù)合物Ⅰ（催化有氧呼吸第三階段的酶）等均參與細(xì)胞凋亡過(guò)程。由此揭示出一條活性氧產(chǎn)生的新途徑（如圖）：A酸作為葉綠體中氧化還原平衡的調(diào)節(jié)物質(zhì)，從葉綠體經(jīng)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)入到線(xiàn)粒體中，在mMDH酶的作用下產(chǎn)生NADH（［H］）和B酸，NADH被氧化會(huì)產(chǎn)生活性氧。活性氧超過(guò)一定水平后引發(fā)細(xì)胞凋亡。

在上述研究中，科學(xué)家從擬南齊突變體m入手，揭示出在葉綠體和線(xiàn)粒體之間存在著一條A酸—B酸循環(huán)途徑。對(duì)A酸—B酸循環(huán)的進(jìn)一步研究，將為探索植物在不同環(huán)境脅迫下生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)制提供新的思路。

本文拓展了高中教材中關(guān)于細(xì)胞器間協(xié)調(diào)配合的內(nèi)容，請(qǐng)從細(xì)胞器間協(xié)作以維持穩(wěn)態(tài)與平衡的角度加以概括說(shuō)明__________。

2.2 逆向思維

逆向思維的形成通常具有以下特點(diǎn)：其一，條件不完備性，表現(xiàn)為問(wèn)題結(jié)論明確但缺乏相關(guān)條件進(jìn)行證明；其二，思維起點(diǎn)復(fù)雜性，表現(xiàn)為學(xué)生解題時(shí)從思維起點(diǎn)進(jìn)行邏輯推理具有較大的困難，但從問(wèn)題結(jié)論進(jìn)行逆向推理時(shí)思路則較為明確。

例如，2020年普通

高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一

考試北京卷生物學(xué)第14題，紫色洋蔥鱗片葉是觀(guān)察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象的最佳實(shí)驗(yàn)材料之一，而黑藻葉片則常作為觀(guān)察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)材料。若學(xué)生按照正向思維進(jìn)行思考，會(huì)引起已有認(rèn)知產(chǎn)生沖突，從而在作答過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。這時(shí)就需要學(xué)生轉(zhuǎn)變思維方式，通過(guò)黑藻葉片原生質(zhì)層整體呈現(xiàn)綠色的特點(diǎn)，逆向推理出可以將其作為細(xì)胞質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗(yàn)的材料，體現(xiàn)了逆向思維的靈活變通特點(diǎn)。

下列高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，用紫色的洋蔥鱗片葉和黑藻葉片作為實(shí)驗(yàn)材料均可完成的是（ ）。

A. 觀(guān)察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)

B. 提取和分離葉綠素

C. 觀(guān)察細(xì)胞質(zhì)壁分離及復(fù)原

D. 觀(guān)察細(xì)胞的有絲分裂

2.3 批判性思維

批判性思維具有如下特點(diǎn)：其一，題干的嚴(yán)謹(jǐn)性，要求學(xué)生能夠根據(jù)已掌握的知識(shí)和教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)題干中的漏洞提出相應(yīng)改進(jìn)措施；其二，觀(guān)點(diǎn)的辯證性，要求學(xué)生以辯證的視角看待問(wèn)題并發(fā)表自身的觀(guān)點(diǎn)；其三，思維的碰撞性，通過(guò)制造學(xué)生已有認(rèn)知與題干材料觀(guān)點(diǎn)之間的沖突，對(duì)原有結(jié)論進(jìn)行修正與完善，從而促進(jìn)學(xué)生批判性思維的發(fā)展。

例如，2022年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試北京卷生物學(xué)第21題，提供了監(jiān)測(cè)E物質(zhì)的兩種途徑，一種是通過(guò)E物質(zhì)的受體復(fù)合物激活誘導(dǎo)型啟動(dòng)子ERE，從而啟動(dòng)下游基因的表達(dá)；另一種是通過(guò)酵母來(lái)源的Gal4蛋白特異性激活酵母來(lái)源的UAS，從而啟動(dòng)下游基因，并附以相應(yīng)流程圖。學(xué)生對(duì)兩種方式進(jìn)行比較分析，得出方案2的優(yōu)勢(shì)在于監(jiān)測(cè)靈敏性更高。該試題體現(xiàn)了批判性思維的辯證性，側(cè)面考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究能力。

生態(tài)文明建設(shè)已成為我國(guó)的基本國(guó)策。水中雌激素類(lèi)物質(zhì)（E物質(zhì)）污染會(huì)導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)雌性化等異常，并通過(guò)食物鏈影響人體健康和生態(tài)安全。原產(chǎn)南亞的斑馬魚(yú)，其肌細(xì)胞、生殖細(xì)胞等存在E物質(zhì)受體，且幼體透明。科學(xué)家將綠色熒光蛋白（GFP）等基因轉(zhuǎn)入斑馬魚(yú)，建立了一種經(jīng)濟(jì)且快速的水體E物質(zhì)監(jiān)測(cè)方法。為監(jiān)測(cè)E物質(zhì)，研究者設(shè)計(jì)了下圖所示的兩種方案制備轉(zhuǎn)基因斑馬魚(yú)，其中ERE和酵母來(lái)源的UAS是兩種誘導(dǎo)型啟動(dòng)子，分別被E物質(zhì)-受體復(fù)合物和酵母來(lái)源的Ga14蛋白被特異性激活，啟動(dòng)下游基因表達(dá)。

與方案1相比，方案2的主要優(yōu)勢(shì)是__________，因而被用于制備監(jiān)測(cè)魚(yú)（MO）。

3 深入創(chuàng)新性試題，助力學(xué)科教學(xué)實(shí)踐

3.1 基于試題分析，指導(dǎo)試題命制

教師在命制試題時(shí)，需要注意對(duì)試題進(jìn)行“開(kāi)放化”處理，將原來(lái)封閉的試題條件、解答過(guò)程及試題結(jié)論進(jìn)行拓展或模糊化處理，并聚焦試題的創(chuàng)新性與綜合性設(shè)計(jì)，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的思維活躍性。命題過(guò)程中也可提升情境的貫穿性，設(shè)置思維遞進(jìn)式問(wèn)題，逐步促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新性思維的發(fā)展。此外，教師還可以適當(dāng)設(shè)計(jì)長(zhǎng)篇幅題目，構(gòu)建完整情境，將考查重點(diǎn)由學(xué)會(huì)現(xiàn)有知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆鋵W(xué)習(xí)新知識(shí)的的思維方法，培養(yǎng)學(xué)生從較大的思維量和知識(shí)量的試題中提取有效信息的能力。

3.2 把握試題特點(diǎn)，規(guī)劃教學(xué)活動(dòng)

在日常生物學(xué)教學(xué)中，針對(duì)創(chuàng)新性試題具有情境真實(shí)的特點(diǎn)，教師要根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》

和學(xué)科教材內(nèi)容選擇合適素材培養(yǎng)學(xué)生思維。例如，把握我國(guó)生物學(xué)教材“一標(biāo)多本”的現(xiàn)狀，教師通過(guò)將不同版本教材的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行融合，使學(xué)生的思維發(fā)展融入課堂教學(xué)中；根據(jù)創(chuàng)新性試題具有內(nèi)容綜合的特點(diǎn)，教師可通過(guò)拓寬學(xué)生的課外閱讀量，在培養(yǎng)創(chuàng)新性思維的同時(shí)鍛煉學(xué)生提取信息的能力；根據(jù)創(chuàng)新性試題具有的開(kāi)放性和靈活性等特點(diǎn)，教師在課堂提問(wèn)中設(shè)置部分結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題，以問(wèn)題推動(dòng)學(xué)生思維的進(jìn)階。

3.3 順應(yīng)試題趨勢(shì)，改變學(xué)習(xí)方式

為順應(yīng)目前創(chuàng)新性試題呈現(xiàn)出的多元化發(fā)展趨勢(shì)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生打破常規(guī)的學(xué)習(xí)方式，在掌握基本知識(shí)的同時(shí)更要注意對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行整合，在整合知識(shí)的過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)新性試題多以真實(shí)情境為載體，以解決實(shí)際問(wèn)題、探索科學(xué)前沿、凝練

社會(huì)價(jià)值為目標(biāo)，體現(xiàn)了學(xué)科教學(xué)立德樹(shù)人的根本任務(wù)。聚焦于學(xué)生的高階思維能力的考查，有助于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。同時(shí)，教師在教學(xué)過(guò)程中要注意把握試題的命制趨勢(shì)，并以此為基礎(chǔ)促進(jìn)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高考試題引導(dǎo)教學(xué)的功能。

參考文獻(xiàn)

［1］教育部考試中心.中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系［M］.北京：人民教育出版社，2019：4+20.

［2］鐘志賢.如何發(fā)展學(xué)習(xí)者高階思維能力？［J］.遠(yuǎn)程教育雜志，2005（4）：78.