2017年江苏高考生物学试卷科学思维考查对教学的启示

黄建华

(江苏省南通大学附属中学 226019)

科学思维的内涵是要求学生熟悉并形成科学思维的习惯，能够运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法探讨生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。2017年江苏高考生物学试卷很好地落实了对理性思维的考查，对一线教学起了一定的导向作用。本文例析2017年江苏高考卷对理性思维的考查，浅谈一线教学中培养学生理性思维的策略。

1 例析江苏卷对科学思维的分层考查

对理性思维的考查通常可分为4个水平层次，下面以试卷中的部分试题说明水平划分。

1.1 水平一 能够认识到生物学概念都是基于科学事实经过论证形成的，并用其解释简单的生命现象。试卷29题给出了猕猴桃果肉放氧测定装置(图1)及某光照强度下猕猴桃光合放氧量随时间的变化曲线(图2)，题目中有一个设问是要求解释15～20min曲线斜率几乎不变的原因，这一设问属于理性思维第一层次的考查，要求学生用已建立起的净光合速率这一概念对科学实验获得的数据、简单的生命现象进行解释，此题中15～20min曲线斜率不变(是零)，果肉细胞不放氧也不吸氧，说明光合产氧量与呼吸耗氧量相等，应用到演绎与推理的思维方式。这道题还设置了一问，要求推测20～25min曲线斜率的变化，这属于理性思维第三层次的考查。

图1 猕猴桃果肉放氧测定装置

图2 猕猴桃光合放氧量随时间变化曲线

1.2 水平二 能够以特定的生物学事实为基础形成简单的生物学概念，并用文字或图示的方式正确表达，进而用其解释相应的生命现象。试卷第22题给出了蔗糖在伴胞、筛管、薄壁细胞间的运输、转化过程示意图(图3)，要求学生根据图示情境概括出蔗糖在伴胞和筛管间的运输方式是通过胞间连丝的扩散，是共体质途径，并能根据图示情境解释蔗糖水解酶与单糖转运载体对蔗糖在不同细胞间运输的作用和意义，属于理性思维水平二的考查，应用到归纳与概括、演绎与推理的思维方式。

图3 蔗糖的运输、转化示意图

1.3 水平三 能够从不同的生命现象中，运用归纳的方法概括出生物学规律，并在某一给定情境中，运用生物学规律和原理，对可能的结果或发展趋势作出预测或解释。并能够选择文字、图示或模型等方式进行表达并阐明其内涵。试卷第19题给出基因型为Aaaa同源四倍体玉米正常联会和异常联会示意图(图4),要求学生分析自交后代的染色体数量、基因型等，这需要学生应用减数分裂中染色体行为变化规律，构建四倍体减数分裂模型，分析四倍体正常联会和异常联会产生配子的染色体组成和基因组成，然后进一步分析产生子代的情况。

图4 玉米正常联会和异常联会示意图

试卷23题给出无机催化剂镍将14C标记的*Cys-tRNACys(半胱氨酸-tRNACys)还原成*Ala-tRNACys(丙氨酸-tRNACys)示意图(图5)，要求学生分析*Ala-tRNACys参与翻译对翻译结果的影响，这需要学生根据密码子与反密码子的关系、tRNA与所运转氨基酸的关系，分析tRNA运转氨基酸发生变化后对翻译结果的影响。这两题都属于理性思维水平三的考查，应用到演绎与推理、模型与建模的思维方式。

图5 无机催化剂镍催化过程示意图

1.4 水平四 能够在新的问题情境中，采用适当的科学思维方法揭示生物学规律或机制，并选用恰当的方式表达、阐明其内涵。在面对生活中与生物学相关的问题并作出决策时，利用多个相关的生物学重要概念或原理，通过逻辑推理从支持和反对某个观点的两个角度阐明个人立场。试卷28题给了胰岛素作用于靶细胞后提高细胞吸收葡萄糖能力的示意图(图6)，要求学生判断相关因素(体内产生蛋白M抗体、体内产生胰岛素抗体、信号转导蛋白缺失、胰高血糖素与其受体结合发生障碍)中哪些会引起糖尿病，这需要学生分析相关抗体、信号转导蛋白、胰高血糖素等对图示机理过程的影响，从而对这些因素能否引起糖尿病作出判断，即支持或反对某个观点，这属于理性思维水平四的考查。

图6 胰岛素作用于靶细胞示意图

2 应对分层考查的科学思维能力培养策略

2.1 充分利于教材，合理设问，强化思维训练 教师要充分利用好教材素材针对理性思维的几个维度和层次进行训练。

2.1.1 归纳与概括 例如，学习氨基酸的通式时，可给出多种氨基酸的分子结构式，让学生寻找不同氨基酸分子结构的异同，再进一步概括出氨基酸的通式。教材中通过归纳与概括习得的知识还很多，如生物膜系统的功能、酶的概念、基因突变的概念、基因与性状的关系、基因控制生物性状的方式、生态系统信息传递的功能等，利用好教材的素材，设置好问题能很好地培养学生归纳与概括的能力。

2.1.2 演绎与推理 例如，伽莫夫提出“mRNA上相邻三个碱基编码1个氨基酸”假说的过程就是典型的演绎推理过程：根据可能性分析，mRNA上可能是1个或2个或3个碱基编码一个氨基酸，以4种碱基为前提进行演绎推理，结果是3个碱基(可构成64种密码子)编码一个氨基酸才能编码20种氨基酸，从而提出“mRNA上相邻三个碱基编码1个氨基酸”假说。教材通过演绎推理提出科学假说的例子很多，如魏斯曼根据体细胞分裂前后染色体数目恒定推测精子、卵细胞形成过程是减数分裂过程，孟德尔根据杂交实验结果提出遗传定律假说，摩根尔根据孟德尔遗传定律提出果蝇的白眼基因位于X染色体上假说，沃森和克里克提出DNA半保留复制的假说，哈迪·温伯格以生物个体遗传为基础推导提出群体遗传平衡假说等。要证明这些假说的正确性，就需要根据假说推理出一个可通过事实或实验直接检验的结论，这些过程又是严谨的演绎推理过程。教学过程中利用好教材中的这些素材，设置好问题串，感知科学发现历程的艰辛，可很好地提升学生演绎推理能力。

2.1.3 建模 例如，学生学了基因在染色体上之后，要解释孟德尔遗传规律的本质，先要求学生找到减数分裂过程中基因行为与染色体行为的平行关系，然后用基因在染色体上对这种平行关系进行解释，再画出减数分裂第一次分裂后期的细胞分裂图并标出等位基因，这就构建了解释遗传规律本质的物理模型。从思维角度来看，模型可分为物理模型、概念模型、数学模型，真核细胞亚显微结构模型、DNA双螺旋结构模型、育种培育过程图解、池塘生态系统模式图等属于物理模型，光合作用示意图、有丝分裂图解、减数分裂图解、中心法则图解、过敏反应机理图解等属于概念模型，净光合速率与光合速率的关系式、种群密度计算公式、种群“J”型增长模型中种群数量与时间关系式、酶活性变化曲线、种群增长曲线、组成细胞的化学元素饼状图、能量金字塔等属于数学模型。对于这些模型的教学不能只着重模型的结果，更要着重模型的构建过程，发挥学生主动性和能动性，抓住不同模型构建的特点，逐步的修正和完善，培养学生的建模思维和建模能力。

2.1.4 批判性思维 例如，在学习生态系统的能量流动一节内容时，教材“问题探讨”部分设置一个情境：荒岛中的你随身食物只有一只母鸡和15kg玉米，给出了两种方案：①先吃鸡，再吃玉米；②先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。要学生选择一种方案来维持更长的生存时间等待救援，可让选择不同方案的学生阐述理由，通过训练批判性思维导入新课。教材也设置了批判性思维专栏：如既然细胞越小，细胞表面积越大，细胞的物质运输的效率就越高，细胞体积是越小越好吗？如何评价基因决定生物体的性状这一观点？自然条件下基因突变率很低，而且大多数基因突变对生物是有害的，因此，它不可能为生物进化提供原材料，你认为这样的看法正确吗，为什么？既然血糖是提供能量的，血糖越多，能量供应就越充足，所以血糖含量高越好，对此你持什么观点，你的论据是什么？你支持设计试管婴儿吗……这些都是训练学生批判性思维的良好素材，都注重了情境化、综合化。可利用这些素材从判别信息的真实性、辨别证据的充足性、识别论证的严谨性、甄别结论的正确性几个方面来培养学生的批判性思维。

2.2 紧扣关键知识、寻找联系，建构知识体系 生物学的知识点相对较多且零散，这就需要教师扣住关键知识，寻找相关知识间的异同点、纵横联系，抓住主线，应用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维这些思维方式使知识结构化、网络化，形成知识体系，在构建知识体系的过程中强化思维训练，实现知识和思维的并举。可以用概念图、思维导图、过程图、模式图、模型图等来呈现知识体系。

2.3 合理选取科研素材创设情境，解决实际问题 理性思维能力是忘记生物学知识之后还留下的能力，是科研的必备能力，真实科研素材中充斥着理性思维，选取合适的科研素材，创设好情境，是培养学生理性思维的良好途径，高考试题中对理性思维考查的素材大都来自科研素材，全新情境中的真实问题分析才会真正提高学生理性思维能力。情境的创设可从科研背景、目的、材料、方案、结果、结论、解决的问题等多个角度有目的创设。让学生在新情境中应用知识、训练思维并解决问题。