淺析生物學(xué)試題中的科學(xué)思維

林權(quán)　胡雪峰

摘要 基于對(duì)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的理解，以2017年高考理綜全國(guó)Ⅰ卷生物學(xué)試卷第38題為例，分析如何在生物學(xué)試題中滲透理性思維，并對(duì)學(xué)生理性思維的培養(yǎng)提出教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)試題 理性思維 核心素養(yǎng) 全國(guó)卷

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

科學(xué)思維作為生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分，指學(xué)生基于大量的事實(shí)和理論依據(jù)，分析事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣或能力，包括運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、分析與綜合等方法的能力。以2017年高考理綜全國(guó)Ⅰ卷生物學(xué)試卷第38題（以下簡(jiǎn)稱“第38題”）為例，分析如何在生物學(xué)試題中滲透科學(xué)思維，并提出幾點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)建議。

1原題及分析

真核生物基因中通常有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒(méi)有，原核生物沒(méi)有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的RNA序列的機(jī)制。已知在人體中基因A（有內(nèi)含子）可以表達(dá)出某種特定蛋白（簡(jiǎn)稱蛋白A）。回答下列問(wèn)題：

（1）某同學(xué)從人的基因組文庫(kù)中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細(xì)胞卻未得到蛋白A，其原因是____。

（2）若用家蠶作為表達(dá)基因A的載體，在噬菌體和昆蟲(chóng)病毒兩種載體中，不選用____作為載體，其原因是____。

（3）若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體，因?yàn)榕c家蠶相比，大腸桿菌具有____（答出兩點(diǎn)即可）等優(yōu)點(diǎn)。

（4）若要檢測(cè)基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測(cè)物質(zhì)是____（填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”）。

（5）艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻(xiàn)，也可以說(shuō)是基因工程的先導(dǎo)，如果說(shuō)他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示，那么，這一啟示是____。

參考答案：

（1）基因A有內(nèi)含子，在大腸桿菌中，其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的RNA序列不能被切除，無(wú)法表達(dá)出蛋白A

（2）噬菌體 噬菌體的寄主是細(xì)菌而不是家蠶

（3）繁殖快，易培養(yǎng)，新陳代謝快

（4）蛋白A的抗體

（5）RNA可以從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體

分析：第38題是一道注重科學(xué)思維能力考查的試題。該題以基因工程的基本操作程序?yàn)楸尘埃涸谥R(shí)方面，試題考查了基因的表達(dá)、載體的選擇、受體細(xì)胞的特點(diǎn)、目的基因表達(dá)產(chǎn)物的檢測(cè)鑒定、遺傳物質(zhì)的特性等內(nèi)容；能力方面，注重考查考生的理解能力，要求考生從所給材料中獲取有用的信息、理解基因工程中每個(gè)步驟的原理和方法、把握基因工程與其他相關(guān)知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，建立系統(tǒng)全面的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；在認(rèn)知水平方面，注重從低級(jí)認(rèn)知水平向高級(jí)認(rèn)知水平逐漸遞進(jìn)，依次涉及的認(rèn)知層次為回憶、總結(jié)、比較、推斷和歸因等（表1）。命題設(shè)立依循考生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和思維習(xí)慣，幫助考生在作答時(shí)更好地發(fā)揮所需的思維方法。

2在生物學(xué)試題中滲透科學(xué)思維

2.1命題素材：源于教材又高于教材

教材蘊(yùn)含的生物學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)和考查，能夠有效訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。教材作為培養(yǎng)學(xué)生思維的一個(gè)重要載體，應(yīng)發(fā)揮其最大作用。命題者應(yīng)深入研究教材，延伸、細(xì)化知識(shí)網(wǎng)絡(luò)框架，采取源于教材而高于教材的方式創(chuàng)建處于考生“最近發(fā)展區(qū)”的新情境，通過(guò)恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，讓考生在已有知識(shí)基礎(chǔ)上，運(yùn)用邏輯推理等思維來(lái)回答問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維的考查。

第38題的命題素材是基因工程基本操作程序的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，“簡(jiǎn)述基因工程的原理及技術(shù)”這一具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)為教學(xué)和試題命制都提供了較大的拓展空間。試題以基因工程中基本操作程序的實(shí)施原理為內(nèi)在背景，采用處于考生“最近發(fā)展區(qū)”的拓展型素材，通過(guò)引導(dǎo)使考生產(chǎn)生相應(yīng)的思維反應(yīng)，建立拓展型素材與試題考查之間的聯(lián)系，巧妙地考查考生的科學(xué)思維。依據(jù)源于教材而高于教材的準(zhǔn)則選擇命題素材，試題將升華為對(duì)生物學(xué)核心概念、科學(xué)思維能力的宏觀考查?？忌荒軆H依借回憶知識(shí)來(lái)作答，而是需建立知識(shí)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過(guò)理解分析，運(yùn)用科學(xué)思維解答問(wèn)題。

2.2思維路線：遵循考生認(rèn)知規(guī)律，注重思維逐漸提升

對(duì)第38題考查的科學(xué)思維進(jìn)行分析，建立知識(shí)內(nèi)容一認(rèn)知水平一能力要求一科學(xué)思維的命題設(shè)計(jì)表（表1）。

第（1）題，學(xué)生通過(guò)閱讀材料，在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納，涉及到的認(rèn)知水平包括記憶、理解；第（2）～第（4）題分別考查了載體的選擇、受體細(xì)胞的特點(diǎn)和目的基因表達(dá)產(chǎn)物的檢測(cè)鑒定等，使知識(shí)內(nèi)容的考查全面具體，充分體現(xiàn)生物學(xué)科核心素養(yǎng)，考查學(xué)生的比較、分析和推理等理性思維；第（5）題，將艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)遷移到基因工程的知識(shí)背景中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行更深層次的科學(xué)思維考查?；蚬こ讨心康幕?qū)胧荏w細(xì)胞的步驟，能夠表現(xiàn)出基因可轉(zhuǎn)移到其他生物個(gè)體當(dāng)中的特性。此外，肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中的“轉(zhuǎn)化因子”從S型細(xì)菌轉(zhuǎn)移到R型細(xì)菌中，亦存在“DNA可以從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體”的現(xiàn)象。綜上所述，該題主要考查的科學(xué)思維包括比較、分析、綜合、抽象和概括等能力。

第38題以知識(shí)為載體，以科學(xué)思維為命題主線，展開(kāi)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、方法、科學(xué)史的考查，要求考生運(yùn)用歸納、概括、分析、綜合、比較、推理、抽象等科學(xué)思維，解答生物學(xué)相關(guān)問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的訓(xùn)練，契合生物學(xué)核心素養(yǎng)的導(dǎo)向。在認(rèn)知水平與能力要求方面，試題呈現(xiàn)層層深入的命制特點(diǎn)，貼近考生由淺漸深的思維習(xí)慣，考生的思維能沿著試題的導(dǎo)向發(fā)生同向改變，提高試題效度。

2.3命題設(shè)問(wèn)：“多角度”設(shè)問(wèn)法

設(shè)問(wèn)要求考生在試題情境中作出對(duì)應(yīng)思考和應(yīng)答，關(guān)乎試題的信度和效度。命題者通過(guò)“多角度”設(shè)問(wèn)，考查角度靈活多樣，保障試題效度，且易調(diào)節(jié)試題難度。考生在面對(duì)“多角度”問(wèn)題時(shí)，根據(jù)試題情境，應(yīng)用不同的思維方法解決相關(guān)問(wèn)題。

第38題的（1）、（4）題考查基因的表達(dá)和目的基因表達(dá)產(chǎn)物的檢測(cè)鑒定兩個(gè)生物學(xué)核心概念的應(yīng)用，重點(diǎn)考查識(shí)記理解能力，對(duì)應(yīng)低層次的認(rèn)知水平。第（2）、（3）題采取基因工程與相關(guān)知識(shí)點(diǎn)結(jié)合的考查形式，是考查考生邏輯分析能力的一種好方式。第（5）題，創(chuàng)設(shè)一定的情境，重點(diǎn)考查考生的理解應(yīng)用能力。該題按照考生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，多角度展開(kāi)設(shè)問(wèn)，形成試題情境與設(shè)問(wèn)之間的聯(lián)系，有效考查了考生的科學(xué)思維。

3教學(xué)建議

3.1創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，促使學(xué)生科學(xué)思維的形成

教師需具備將原始生物學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃陨飳W(xué)試題的能力，注重創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，加強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、剖析和解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。教師可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行增補(bǔ)、設(shè)計(jì)、改進(jìn)和優(yōu)化，引起學(xué)生的思維碰撞，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和觀察能力。教師經(jīng)常提問(wèn)一些實(shí)踐性的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.2重視過(guò)程教學(xué)，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維

教師和學(xué)生在平時(shí)教與學(xué)的過(guò)程中應(yīng)重視對(duì)科學(xué)研究過(guò)程的充分分析，使學(xué)生建立完善的科學(xué)研究思路。學(xué)習(xí)生命科學(xué)史時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提出問(wèn)題的過(guò)程，注重科學(xué)家們是怎樣思考、怎樣實(shí)驗(yàn)和怎樣解決問(wèn)題的，加強(qiáng)鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維；亦可進(jìn)行適當(dāng)設(shè)疑，結(jié)合學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)，循循善誘，讓學(xué)生作為一個(gè)“探索者”運(yùn)用邏輯思維和非邏輯思維獲得科學(xué)的結(jié)論，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。

3.3鼓勵(lì)學(xué)生勇于求異，發(fā)展科學(xué)思維

求異在于創(chuàng)造想象，如若思想倦怠、墨守成規(guī)就不可能造就出天才和發(fā)明家。教師在教學(xué)中要滲透敢想、敢干、勇于想象創(chuàng)造的情感、態(tài)度與價(jià)值觀教育，鼓勵(lì)學(xué)生勇于求異，突破思維定勢(shì)，拓寬視野，探尋新思路，用獨(dú)特的眼光和勇氣去認(rèn)識(shí)、改造世界。

總而言之，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，訓(xùn)練學(xué)生的能力，可以開(kāi)闊學(xué)生的思維領(lǐng)域，從而提升學(xué)生的能力和智力，達(dá)到素質(zhì)教育的目的。