例析高中生物學(xué)科學(xué)思維的考查與培養(yǎng)思路

廖敏 林穎韜

摘要：結(jié)合教學(xué)實踐思考，以歷年高考題做載體，通過試題分析高考在科學(xué)思維維度的考查方式，解題思路，學(xué)生回答常見問題，進(jìn)而反思教學(xué)，改變常規(guī)教學(xué)思路的側(cè)重點，將教學(xué)重心過渡到以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為教學(xué)宗旨上來。

關(guān)鍵詞：生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)生物學(xué)高考深度學(xué)習(xí)

課堂教學(xué)

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

中華人民共和國教育部制定《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出課程的基本理念：核心素養(yǎng)為宗旨，是著眼于學(xué)生適應(yīng)未來社會和個人生活的需要。高中生物核心素養(yǎng)是學(xué)生需要的社會發(fā)展的基本生物學(xué)素養(yǎng)和個人在一生中遇到的生物學(xué)問題的思考，辨?zhèn)?，探討問題的思維和理性、科學(xué)的解決辦法，要從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任四個方面發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，充分體現(xiàn)生物的特點和價值。筆者結(jié)合教學(xué)實踐思考，舉例說明核心素養(yǎng)——科學(xué)思維的考查和培養(yǎng)思路。“科學(xué)思維”是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力?？茖W(xué)思維是遞進(jìn)式培養(yǎng)的，主要概括為基于事實和證據(jù)掌握并運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會議題。下面從歸納與概括方法、生命現(xiàn)象及規(guī)律的闡釋、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力三個方面，以高考真題為依托，思考針對科學(xué)思維的筆試考查和培養(yǎng)思路。

1歸納與概括的方法

教材以往的知識呈現(xiàn)往往更加明確地解決一個具體的問題，有著具體的步驟，舉例說理缺乏對思路形成性訓(xùn)練，缺少歸納與概括，而學(xué)業(yè)的考查與評價更加注重基本思路、注意事項、過程分析、原因分析、思維拓展等學(xué)習(xí)生物的基本素養(yǎng)，進(jìn)而能訓(xùn)練學(xué)生在真實的新的情景中解決實際問題的能力。

【例1】（2016·高考）3.若除酶外所有試劑已預(yù)保溫，則在測定酶活力的實驗中，下列操作順序合理的是（ ）

A.加入酶→加入底物→加入緩沖液→保溫并計時→一段時間后檢測產(chǎn)物的量

B.加入底物→加入酶→計時→加入緩沖液→保溫→一段時間后檢測產(chǎn)物的量

C.加入緩沖液→加入底物→加入酶→保溫并計時→一段時間后檢測產(chǎn)物的量

D.加入底物→計時→加入酶→加入緩沖液→保溫→一段時間后檢測產(chǎn)物的量

參考答案：C。

分析：本題考查實驗設(shè)計的注意事項，酶設(shè)計實驗最重要的注意事項是設(shè)定好反應(yīng)條件后，再讓酶和底物反應(yīng)，選項C正確。本題還可以有其他答案：底物+緩沖液+酶保（計時）+檢測。教輔和教材給定的實驗步驟都是具體而復(fù)雜的，因此應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在復(fù)雜問題中發(fā)現(xiàn)共同規(guī)律，學(xué)會尋找主要矛盾，形成基本思路，逐步提高其歸納與概括的能力。

人教版教材有關(guān)酶的課程內(nèi)容要求：說明絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應(yīng)的蛋白質(zhì)，酶活性受到環(huán)境因素（如pH和溫度等）的影響。教學(xué)中，教師應(yīng)注重對教材內(nèi)容的深度挖掘，促進(jìn)學(xué)生思考，使其學(xué)會舉一反三。在人教版教材中的探究活動“影響酶活性”的敘述中，明確說明酶活性的定義，即酶對化學(xué)反應(yīng)的催化效率稱為酶活性。該定義的敘述較為抽象，易被忽視，因此教師強調(diào)學(xué)生理解定義時，要引導(dǎo)學(xué)生思考測定酶活性的方式，并舉例說明。教師要促進(jìn)學(xué)生把握問題核心，使學(xué)生學(xué)會知識方法的遷移應(yīng)用。教材中除了給出備選的材料儀器，更是在設(shè)計實驗形成思路時，設(shè)置了6個思考問題，教師在教學(xué)時應(yīng)該予以充分利用。這些問題都是正常思考時會產(chǎn)生的問題，能加深學(xué)生對實驗過程的理解，使學(xué)生很好地掌握設(shè)計實驗的注意事項和方法，這也是知識遷移的前提。在所給6個問題的基礎(chǔ)上，教材進(jìn)一步探究，這更是教師教學(xué)中重點關(guān)注的方向，如教材建議學(xué)生進(jìn)行定量實驗，用表現(xiàn)同一結(jié)果所需時間來表示酶的活性，這也呼應(yīng)和提示了酶活性的測定方法。教師要引導(dǎo)學(xué)生思考如何在定性試驗的基礎(chǔ)上改造成定量試驗。

2生命現(xiàn)象及規(guī)律的闡釋

觀察近幾年高考填空題，不難發(fā)現(xiàn)設(shè)問方式發(fā)生了變化，以給出結(jié)果然后設(shè)問的方式呈現(xiàn)，作出“其原因是”來設(shè)問，更能考查學(xué)生對生命現(xiàn)象及規(guī)律闡釋時所體現(xiàn)的邏輯思維能力和語言表達(dá)能力，而這也是高考考查的重點和難點。例如，2016全國卷I38（2）用氨芐青霉素的培養(yǎng)基篩選四種大腸桿菌，未被轉(zhuǎn)化的和僅含有環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是什么;2017全國卷I38（1）以大腸桿菌作為受體細(xì)胞卻得不到蛋白A，其原因是什么;（2）不選用噬菌體作為載體的原因是什么。

“描述事實+分析原因+得出結(jié)論”的訓(xùn)練方式切實有效。

【例2】（2016·全國卷）29.將一個某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用³²P進(jìn)行標(biāo)記，并使其感染大腸桿菌，在不含³²P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體（n個）并釋放，則其中含有³²P的噬菌體所占比例為2/n，原因是什么？

分析：①描述事實：一個被³²P標(biāo)記的噬菌體DNA分子，在不含³²P的培養(yǎng)基中復(fù)制，結(jié)果只有兩個噬菌體的DNA被標(biāo)記。②分析原因（原理）半保留復(fù)制，每個噬菌體只有一個DNA分子。③得出結(jié)論：一個被³²P標(biāo)記的噬菌體DNA分子，在不含³²P的培養(yǎng)基中半保留復(fù)制，結(jié)果標(biāo)記的兩條鏈被分配到兩個噬菌體中。④最后，整理答案：一個含有³²P標(biāo)記的噬菌體雙鏈DNA分子經(jīng)半保留復(fù)制后，標(biāo)記的兩條單鏈只能分配到兩個噬菌體的雙鏈DNA分子中，因此得到的n個噬菌體中只有兩個帶有標(biāo)記。事實上，學(xué)生經(jīng)?；卮鸩煌暾换卮鸢氡Ａ魪?fù)制的原理，或者只描述事實和結(jié)果。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生將兩者有機(jī)融合。

對高考設(shè)問方式的改變，教師應(yīng)反饋到課堂教學(xué)中，在授課時應(yīng)該多設(shè)問，多問問題的原因，在備課或者集體備課時，重點思考問題的設(shè)置，減少無效的課堂提問，減少是非問題的回答。一節(jié)課可設(shè)置3或4個能激發(fā)學(xué)生邏輯思維和語言組織的大問題，多給學(xué)生課堂思考時間或者討論時間。教師要合理地組織生物學(xué)語言，避免學(xué)生對問題的理解過淺，培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力，使學(xué)生對知識的理解用規(guī)范的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z言以口頭或者紙筆的形式再現(xiàn)。再輔以歷年真題，引導(dǎo)學(xué)生深度分析經(jīng)典例題，加以訓(xùn)練，可讓學(xué)生答案的呈現(xiàn)更加規(guī)范，邏輯描述更加清晰，語言表達(dá)更加明確。

3解決問題的思維習(xí)慣和能力

趙占良認(rèn)為科學(xué)思維是基于事實證據(jù)、運用科學(xué)概念、通過科學(xué)推理和論證對客觀事物的本質(zhì)、規(guī)律及相互關(guān)系做出判斷和解釋、對客觀事物的發(fā)展變化做出預(yù)測的認(rèn)識方式?？茖W(xué)思維可以概括為對事實的判斷和解釋以及對事物變化的預(yù)測，后者是對科學(xué)思維的高階要求，在新的情境中，通過思維習(xí)慣合理的提出解決問題的假設(shè)，運用合理的方法，預(yù)測事物的變化，通過已知探索未知，真題考查以真實情景為主。

【例3】（2019·全國I）29.干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。以該種植物的ABA缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設(shè)計實驗來驗證這一結(jié)論。要求簡要寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)果。①取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經(jīng)干旱處理后，再測定氣孔開度，預(yù)期結(jié)果是干旱處理前后氣孔開度不變;②將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進(jìn)行ABA處理，另一組作為對照，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度，預(yù)期結(jié)果是ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。

分析：審題時要理解出題者本意。針對本題，出題者要驗證：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的;干旱條件下氣孔開度減小是由ABA引起的?；诒绢}，這兩個結(jié)論單獨證明都簡單，變量分析也實屬容易。但是，學(xué)生會簡單地認(rèn)為證明其一，根據(jù)非此即彼，即可證明另外一個。另外，若出題者強調(diào)只用突變體為材料，題目難度會大大下降，因為學(xué)生會想當(dāng)然的用正常植株，并用正常植株進(jìn)行對照，這樣答對的可能性極小。此外，要注重分組對照，這里的分組既可以如參考答案，也可只有前后對照即：干旱條件下，ABA缺失個體加水后，氣孔開度不變，加入ABA后氣孔開度減小。這樣答案雖然簡單，但也有兩次前后對照，邏輯嚴(yán)密。

學(xué)生會犯以下錯誤：

①實驗思路寫成實驗步驟，這樣會造成由于實驗步驟要求詳細(xì)，書寫篇幅多，而浪費時間;且多寫多錯，更容易暴露錯誤，言多必失。再者，評價者不容易獲取關(guān)鍵信息。

②驗證實驗與探究實驗混淆，正是所有教師強調(diào)的探究實驗和驗證試驗的區(qū)別。看似簡單，學(xué)生依然大量犯錯，仍會分情況討論實驗結(jié)果，出現(xiàn)“若……，則……”的論述，可能是學(xué)生審題問題，也可能是教師強調(diào)不夠，或者學(xué)生訓(xùn)練不足。

實驗過程步驟比實驗思路有更高的要求，實驗思路更重要。在平常的教學(xué)中，教師已經(jīng)總結(jié)出實驗思路常見的“套路”：

①根據(jù)題意，分析自變量、因變量、實驗對象。

②按照用“自變量”處理實驗對象，檢測“因變量”，預(yù)期結(jié)果，對應(yīng)結(jié)論。

按照“套路”思考和解題不難，只要把要證明的結(jié)論合理拆為兩個獨立證明的問題，但就是這樣簡單的拆分，不會靈活變通。所以，教師應(yīng)強調(diào)學(xué)生既需要掌握常見的實驗思路和方法，又需學(xué)會靈活變通，在面對用常規(guī)方法不好解決的問題時，盡快通過審題形成新思路。教師要合理利用教材實驗資源，引導(dǎo)學(xué)生分析教材中每一個實驗或者科學(xué)史，提煉出實驗思路，在課堂上引導(dǎo)學(xué)生思考回答實驗思路，如思考艾弗里肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，噬菌體侵染細(xì)菌實驗，驗證煙草花葉病毒遺傳物質(zhì)實驗的設(shè)計思路。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)思路的共性，也是對科學(xué)思維中歸納與概括思維形成的滲透。學(xué)生對教材中每一個實驗都思考其實驗思路，既能加深對課內(nèi)實驗的理解，又增強了提煉實驗思路的能力。課外學(xué)習(xí)資源中的實驗題側(cè)重考查點或有不同，教師在分析完后多問一句實驗思路，既拓展了學(xué)生的視野，也提高學(xué)生對新情景的靈活變通能力。

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中逐漸發(fā)展起來的，在解決真實情境中的實際問題時所表現(xiàn)出來的價值觀念、必備品格與關(guān)鍵能力。核心素養(yǎng)的四個方面，并不是孤立存在的，而是相輔相成的。總體上，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)貫穿于教材編寫、課堂教學(xué)及考試評價中。教師可從高考典例入手分析，從考試評價角度，反思課堂教學(xué)的方法方式，有機(jī)對接課堂教學(xué)與考試評價，逐步改變以往課堂上低效的無法培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的方式，用核心素養(yǎng)觀為指導(dǎo)思想指導(dǎo)每堂課的教學(xué)。教師要圍繞核心素養(yǎng)的科學(xué)思維，深度挖掘教學(xué)內(nèi)容，合理利用教學(xué)素材和手段培養(yǎng)核心素養(yǎng)。但是，核心素養(yǎng)涉及層面多、內(nèi)容多，教師可注意有計劃地逐步培養(yǎng)，切勿急功近利。核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需要學(xué)生具備深度學(xué)習(xí)的能力和意愿。深度學(xué)習(xí)和學(xué)科素養(yǎng)的培育密切相關(guān)，深度學(xué)習(xí)的發(fā)生離不開學(xué)習(xí)個體的學(xué)習(xí)背景，而學(xué)科素養(yǎng)的培育很大程度上需要深度學(xué)習(xí)來實現(xiàn)。