從科學(xué)思維的視角看2018年高考Ⅰ卷理綜生物學(xué)試題

袁 齡 楊忠順

(廣東省深圳中學(xué) 深圳 518001)

科學(xué)思維，即指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力[1]。在實(shí)際教學(xué)中，往往從科學(xué)思維方法和思維品質(zhì)兩方面培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維?？茖W(xué)思維方法包括抽象與概括、比較與分類、解釋與推斷、分析與綜合等。思維品質(zhì)實(shí)質(zhì)是人的思維的個性特征，包括深刻性、批判性、創(chuàng)造性、靈活性和敏捷性[2]。

2018年高考Ⅰ卷理綜生物學(xué)試題，通過題目中所提供的生物學(xué)事實(shí)和信息，考查學(xué)生在基于已學(xué)知識的基礎(chǔ)上，思考、分析并解決問題，該過程更深入考查了學(xué)生的科學(xué)思維。不同于以往簡單考查學(xué)生記憶等低階思維能力，如今更多關(guān)注在學(xué)生分析與綜合等高階思維能力，為國家精準(zhǔn)選拔人才奠定了基礎(chǔ)。在命題時如何設(shè)計(jì)和組織生物學(xué)事實(shí)和信息，考查學(xué)生的科學(xué)思維，是本文關(guān)注的重點(diǎn)，概括起來有以下三個方面。

1 圍繞核心概念，考查思維品質(zhì)的深刻性

在新課標(biāo)中重視“概念教學(xué)”，確保學(xué)生自主學(xué)習(xí)時間的情況下，讓學(xué)生更加深刻理解和應(yīng)用生物學(xué)概念。相應(yīng)地，2018年高考Ⅰ卷理綜生物學(xué)試題特點(diǎn)之一是圍繞核心概念命題，整合相關(guān)知識點(diǎn)設(shè)置選項(xiàng)，綜合考查學(xué)生對核心概念的理解。

例1： (選擇題第1題)生物膜的結(jié)構(gòu)與功能存在密切的聯(lián)系，下列有關(guān)敘述錯誤的是

A. 葉綠體的類囊體膜上存在催化ATP合成的酶

B. 溶酶體膜破裂后釋放出的酶會造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞

C. 細(xì)胞的核膜是雙層膜結(jié)構(gòu)，核孔是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞核的通道

D. 線粒體DNA位于線粒體外膜上，編碼參與呼吸作用的酶

解析： 圍繞“概述細(xì)胞都由質(zhì)膜包裹，質(zhì)膜將細(xì)胞與其生活環(huán)境分開，能控制物質(zhì)的進(jìn)出，并參與細(xì)胞間的信息交流”這一核心概念的具體要求，從葉綠體、溶酶體、核膜和線粒體等生物膜為出發(fā)點(diǎn)命題。其中A選項(xiàng)實(shí)則考查光反應(yīng)過程，包括水的光解和ATP合成兩個物質(zhì)變化，因參與兩個物質(zhì)變化的過程的酶都在類囊體膜上，決定了光反應(yīng)在類囊體膜上進(jìn)行。學(xué)生需要在類囊體是光反應(yīng)的場所的抽象知識基礎(chǔ)上，聯(lián)想光反應(yīng)的過程，概括出選項(xiàng)的答案，并且在其他選項(xiàng)中在大腦里抽取對應(yīng)的知識點(diǎn)，避免相似知識點(diǎn)的混淆作用并快速作答。

此類試題，適合作為選擇題的命題形式，通過解決復(fù)雜或有難度的問題，內(nèi)容上綜合考查核心概念，要求學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)；方法上要求學(xué)生熟練運(yùn)用科學(xué)思維方法，將知識遷移后解題；品質(zhì)上主要考查學(xué)生思維品質(zhì)的深刻性，綜合體現(xiàn)考試選拔各水平人才的性質(zhì)。

2 利用科學(xué)故事，多維考查邏輯思維

“科學(xué)故事”源于情境教學(xué)法，通過將知識與現(xiàn)實(shí)生活或教材素材結(jié)合，設(shè)計(jì)符合邏輯的線索，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時，引導(dǎo)學(xué)生思考。此類試題往往研究一個或多個問題，在題干中先展示研究目的和研究背景，再針對問題進(jìn)行假設(shè)，提問如何設(shè)計(jì)研究方案、分析預(yù)期結(jié)果并得出結(jié)論，進(jìn)而證明或證偽某一假設(shè)。在這個過程中，考查學(xué)生推理、分析并解決問題的能力。

例2： (非選擇題第32題)果蠅體細(xì)胞有4對染色體，其中2、 3、 4號為常染色體，抑制控制長翅/殘翅性狀的基因位于2號染色體上，控制灰體/黑檀體性狀的基因位于3號染色體上，某小組用一只無眼灰體長翅雌果蠅與一只有眼灰體長翅雄果蠅雜交，雜交子代的表現(xiàn)型及其比例如下：

眼性別灰體長翅∶灰體殘翅∶黑檀體長翅∶黑檀體殘翅1/2有眼1/2雌9∶3∶3∶11/2雄9∶3∶3∶11/2無眼1/2雌9∶3∶3∶11/2雄9∶3∶3∶1

回答下列問題：

(1) 略。

(2) 若控制有眼/無眼性狀的基因位于常染色體上，請用上表中雜交子代果蠅為材料，設(shè)計(jì)一個雜交實(shí)驗(yàn)來確定無眼性狀的顯隱性(要求： 寫出雜交組合和預(yù)期結(jié)果)。

(3) 若控制有眼/無眼性狀的基因位于4號染色體上，用灰體長翅有眼純合體和黑檀體殘翅無眼純合體果蠅雜交，F(xiàn)1相互交配后，F(xiàn)2中雌雄均有____________種表現(xiàn)型，其中黑檀體長翅無眼所占比例為3/64時，則說明無眼性狀為____________(填“顯性”或“隱性”)。

解析： 貫穿整題的切入點(diǎn)則是判斷性狀的顯隱性及判斷基因在?；蛐匀旧w上，難度較大。以學(xué)生熟知的果蠅這一經(jīng)典實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)置新的科學(xué)故事，結(jié)合果蠅染色體的組成，通過數(shù)據(jù)表格給出解題線索。

以(2)和(3)小問為例，實(shí)則提出兩種不同的假設(shè)。(2)小問為確定無眼性狀的顯隱性，可采用無眼雌雄個體雜交的方式，根據(jù)子代性狀分離比判斷，考查學(xué)生能否創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)雜交實(shí)驗(yàn)。(3)小問需要學(xué)生理解灰體/黑檀體和長翅/殘翅兩對性狀自由組合，且都與性別無關(guān)?；殷w長翅有眼純合體和黑檀體殘翅無眼純合體果蠅雜交，F(xiàn)1基因型為AabbCc，相互交配后，Aa×Aa后代2種表現(xiàn)型，Bb×Bb后代2種表現(xiàn)型，Cc×Cc后代2種表現(xiàn)型，則F2雌雄中表現(xiàn)型都有2×2×2=8種。再者，閱讀表中數(shù)據(jù)可知，灰體親本雜交子代中灰體∶黑檀體=(9+3)∶(3+1)=3∶1，則灰體為顯性，黑檀體為隱性，同理長翅為顯性，殘翅為隱性。F1基因型為AaBbCc， F2中黑檀體和殘翅比例都為1/4，黑檀體長翅無眼所占比例為3/64，說明F2中無眼比例為3/4，所以無眼為顯性性狀。通過題干所給出的信息，學(xué)生一步步進(jìn)行邏輯推理，判斷事實(shí)因果關(guān)系，綜合分析作答。

生物學(xué)要求的并非是某一個維度的數(shù)理推理，而是要求學(xué)生能否基于事實(shí)和證據(jù)，綜合分析多因素后發(fā)現(xiàn)生物學(xué)規(guī)律，并運(yùn)用比較和推理等方法分析問題、解決問題，這對學(xué)生的思維水平有較高的要求。因此，此類試題往往全方位考查學(xué)生的科學(xué)思維。

3 基于科技論文，考查解讀信息的過程

科技論文不同于“科學(xué)故事”，是因其新穎性、科學(xué)性、前沿性的素材被命制成試題。生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，任何知識均離不開實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)或結(jié)果。因此，此類試題常見的就是以實(shí)驗(yàn)材料為背景命題。學(xué)生在做題時，容易出現(xiàn)讀題不仔細(xì)、理解不到位等情況，無法高效獲取題干信息。

例3： (選擇題第4題)已知藥物X對細(xì)胞增殖有促進(jìn)作用，藥物D可抑制藥物X的作用，某同學(xué)將同一瓶小鼠皮膚細(xì)胞平均分為甲、乙、丙三組，分別置于培養(yǎng)液中培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中進(jìn)行不同的處理(其中甲組未加藥物)，每隔一段時間測定各組細(xì)胞數(shù)，結(jié)果如圖所示，據(jù)圖分析，下列相關(guān)敘述不合理的是

A. 乙組加入了藥物X后再進(jìn)行培養(yǎng)

B. 丙組先加入藥物X，培養(yǎng)一段時間后加入藥物D，繼續(xù)培養(yǎng)

C. 乙組先加入藥物D，培養(yǎng)一段時間后加入藥物X，繼續(xù)培養(yǎng)

D. 若藥物X為蛋白質(zhì)，則藥物D可能改變了藥物X的空間結(jié)構(gòu)

解析： 這是一道典型的讀圖題。學(xué)生需從圖中曲線看出，乙組和丙組的細(xì)胞數(shù)量比對照組(甲組)增長得快，可推斷乙組和丙組的培養(yǎng)液中都加入了藥物X，一段時間后丙組細(xì)胞數(shù)量少于乙組，推斷添加了藥物D。藥物D對藥物X有抑制作用，若藥物X是蛋白質(zhì)，則很有可能改變了其空間結(jié)構(gòu)，從而使其功能發(fā)生改變，從而選出正確答案。

此類試題，在學(xué)生已經(jīng)掌握一定的思維方法后，通過閱讀、理解和分析文字素材或圖表等形式，獲取題干的信息，充分考查學(xué)生思維的靈活性、敏捷性和批判性。無論是“科學(xué)故事”還是科技論文，在命題時還關(guān)注學(xué)生的生命觀念和社會責(zé)任的評價，聯(lián)系社會生活實(shí)際或熱點(diǎn)，滲透價值觀教育，理解生物學(xué)于社會發(fā)展的意義。

4 教學(xué)建議

4.1 合理使用思維導(dǎo)圖，幫助建構(gòu)核心概念 通過前文的分析，高考題要求學(xué)生在理解核心概念的基礎(chǔ)上，更需要關(guān)注生物學(xué)知識的系統(tǒng)性。高效的課堂教學(xué)，應(yīng)該是為思維而教，讓學(xué)生的思維活起來。不同于概念圖，思維導(dǎo)圖包括了圖像，且表示的是一種學(xué)習(xí)者的思維過程。對于學(xué)生而言充分調(diào)動了左右大腦，而且可以把具有相關(guān)性的大量零散知識，包括核心概念的內(nèi)涵及外延，按個人的理解整理在一起。完成思維導(dǎo)圖的過程將促進(jìn)學(xué)生主動對核心概念的深入理解，建立概念和概念之間的邏輯聯(lián)系，形成生物學(xué)知識的規(guī)律。

更重要的是，思維導(dǎo)圖還能使學(xué)生所學(xué)的知識系統(tǒng)化、條理化，在建構(gòu)中反思，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和重難點(diǎn)。

4.2 重視情境教學(xué)策略，提升解讀信息能力 在解題過程中，第一步則是“讀題”。如何在有限時間內(nèi)，最大化地獲取題干中有效信息、解讀數(shù)據(jù)和圖表等，是進(jìn)行高階思維的基礎(chǔ)。創(chuàng)設(shè)情境的目的不是情境模式，而是將聯(lián)系生活實(shí)際、科技論文等內(nèi)容組織成新的教學(xué)素材，在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣同時，引發(fā)學(xué)生思考和讀取素材中的生物學(xué)信息，并進(jìn)行比較與分析。例如，在學(xué)習(xí)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”，可在課堂上重現(xiàn)滲透現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力，為下一步的邏輯思考與綜合分析做好鋪墊。再如復(fù)習(xí)“模擬尿糖的實(shí)驗(yàn)”，可將今年全國卷第31題改編成情境素材，用圖表等展示部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以設(shè)問的方式一步步引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)。

4.3 實(shí)踐科學(xué)本質(zhì)教育，綜合培養(yǎng)科學(xué)思維 科學(xué)的本質(zhì)是探究。進(jìn)行科學(xué)本質(zhì)教育，有利于學(xué)生形成正確的生命觀念，有利于學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)的方法與過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的批判性，有利于學(xué)生綜合提升科學(xué)思維。

具體的途徑可以是通過“STEM”課程，此類跨學(xué)科的綜合性課程，不僅突出了科學(xué)知識的整體性，而且?guī)椭鷮W(xué)生加深對科學(xué)本質(zhì)的理解。再者，可結(jié)合科學(xué)史(如植物的向光性、光合作用過程等)帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)思維方法，嘗試分析每個科學(xué)探究過程的原理，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)情感。不可忽視的是，生物學(xué)中的實(shí)驗(yàn)是重要的教學(xué)內(nèi)容。通過探究教學(xué)模式，設(shè)置提出問題、建立假說、設(shè)計(jì)研究方案、檢驗(yàn)假說、表達(dá)或交流結(jié)果等環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生加深對實(shí)驗(yàn)的整體認(rèn)識，在設(shè)計(jì)中提升思維品質(zhì)的創(chuàng)造性和靈活性，在分析中提升批判性和深刻性，多維度綜合培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

通過對2018年高考Ⅰ卷理綜生物學(xué)試題的深入分析，不難發(fā)現(xiàn)高考試題更加注重對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的考查。這就要求在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實(shí)踐經(jīng)歷，引導(dǎo)學(xué)生主動參與、主動思維、主動探究，加深對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，進(jìn)而用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識、思路和方法，探討或解決現(xiàn)實(shí)生活中的某些問題，幫助學(xué)生形成積極的科學(xué)態(tài)度，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，提升學(xué)生的思維品質(zhì)水平，充分發(fā)揮生物學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和育人價值。