2018年高考生物試題科學(xué)思維素養(yǎng)考查分析及教學(xué)啟示

申定健

摘要：根據(jù)普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）采用生物學(xué)核心素養(yǎng)水平對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量水平劃分的四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，把科學(xué)思維素養(yǎng)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平細(xì)化為4個(gè)等級(jí)，以此分析2018高考生物試題提出培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的教學(xué)建議.關(guān)鍵詞：高考生物試題;科學(xué)思維素養(yǎng);考查水平分析

《2017年版普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（新課標(biāo)）[1]將生物學(xué)核心素養(yǎng)水平劃分了四個(gè)等級(jí)，以準(zhǔn)確刻畫學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量和學(xué)業(yè)成就表現(xiàn)，并以此作為考試命題的重要依據(jù).科學(xué)思維作為生物學(xué)核心素養(yǎng)重要組成之一，不但是生物學(xué)作為理科性質(zhì)的重要體現(xiàn)，更是高考生物試題注重考查的素養(yǎng)能力.以2018年全國II卷生物試題為例，嘗試運(yùn)用科學(xué)思維素養(yǎng)水平進(jìn)行考查分析，以求把握高考對(duì)教學(xué)的導(dǎo)向，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)提出教學(xué)建議.

1科學(xué)思維素養(yǎng)和素養(yǎng)水平等級(jí)劃分

1.1科學(xué)思維素養(yǎng)定義和思維類型

新課標(biāo)中，科學(xué)思維素養(yǎng)定義為尊重事實(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(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力.根據(jù)學(xué)生對(duì)待和處理實(shí)際生物學(xué)問題的不同思維途徑方式，，科學(xué)思維又可劃分為歸納概括、演繹推理、模型建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等5種思維類型，每種思維類型均能體現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)能力發(fā)展水平.1.2科學(xué)思維能力素養(yǎng)水平等級(jí)劃分

以新課標(biāo)中學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平為依據(jù)，將科學(xué)思維素養(yǎng)劃分為四級(jí)水平，如表1所示.科學(xué)思維素養(yǎng)的每一級(jí)水平代表著學(xué)生不同發(fā)展水平，具體體現(xiàn)在學(xué)生面對(duì)不同復(fù)雜程度的問題情境時(shí)，運(yùn)用不同的思維方式解決實(shí)際問題的能力，素養(yǎng)水平分為四級(jí).一、二級(jí)水平對(duì)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力要求相對(duì)較低，三、四級(jí)水平則要求較高，四個(gè)水平均作為高考的素養(yǎng)考查要求和命題標(biāo)準(zhǔn).

2基于科學(xué)思維素養(yǎng)四個(gè)水平的高考實(shí)驗(yàn)試題分析實(shí)例

2.1一級(jí)水平考查

例1（2018年高考全國I卷第3題）神經(jīng)細(xì)胞處于靜息狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞內(nèi)外K+和Na+的分布特征是（D）

A.細(xì)胞外K*和Na+濃度均高于細(xì)胞內(nèi)

B.細(xì)胞外K+和Na+濃度均低于細(xì)胞內(nèi)

C.細(xì)胞外K*濃度高于細(xì)胞內(nèi)，Na*相反

D.細(xì)胞外K+濃度低于細(xì)胞內(nèi)，Na+相反

本題依據(jù)神經(jīng)細(xì)胞的“靜息電位”基本概念，以K+外流形成神經(jīng)細(xì)胞靜息電位狀態(tài)時(shí)，要求學(xué)生用已建立起的靜息電位這一概念對(duì)神經(jīng)細(xì)胞K+和Na在細(xì)胞內(nèi)外分布情況的進(jìn)行解釋，歸屬于“能用概念解釋簡(jiǎn)單的生命現(xiàn)象”，考查科學(xué)思維素養(yǎng)一級(jí)水平.2.2二級(jí)水平考查

例2（2018年高考全國I卷第29題節(jié)選）回答下列問題：

（2）植物的葉面積與產(chǎn)量關(guān)系密切，葉面積系數(shù)（單位土地面積上的葉面積總和）與植物群體光合速率、呼吸速率及干物質(zhì)積累速率之間的關(guān)系如圖所示由圖可知：當(dāng)葉面積系數(shù)小于a時(shí)，隨葉面積系數(shù)增加，群體光合速率和干物質(zhì)積累速率均增加.當(dāng)葉面積系數(shù)超過b時(shí)，群體干物質(zhì)積累速率降低，其原因是群體光合速率不變，但群體呼吸速率仍在增加，故群體干物質(zhì)積累速率降低.

（3）通常，與陽生植物相比，陰生植物光合作用吸收與呼吸作用放出的CO2量相等時(shí)所需要的光照強(qiáng)度低（填“高”或“低”）.

本題第2小題題干與曲線圖給出三個(gè)基本概念——“群體光合速率”、“呼吸速率”及“干物質(zhì)積累速率”，綠色植物在光下同時(shí)進(jìn)行光合作用和呼吸作用的前提下，存在群體光合速率=群體凈光合速率+群體呼吸速率的數(shù)學(xué)關(guān)系，其中凈光合速率也可以用干物質(zhì)積累速率表示，故第2空考查學(xué)生基于三種速率的概念關(guān)系，結(jié)合曲線圖解釋當(dāng)葉面積系數(shù)超過b時(shí)群體于物質(zhì)積累速率降低的原因，歸屬于“基于簡(jiǎn)單的生物學(xué)概念，用文字正確解釋相應(yīng)的生命現(xiàn)象”，考查科學(xué)思維素養(yǎng)二級(jí)水平.

例3（2018年高考全國I卷第30題節(jié)選）回答下列與蛋白質(zhì)相關(guān)的問題：

（2）通常，細(xì)胞內(nèi)具有正常生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)需要有正確的氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu).某些物理或化學(xué)因素可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性.通常，變性的蛋白質(zhì)易被蛋白酶水解，原因是蛋白質(zhì)變性后使肽鏈暴露，暴露的肽鍵易與蛋白酶接觸，使蛋白質(zhì)降解.

（3）如果DNA分子發(fā)生突變，導(dǎo)致編碼正常血紅蛋白多肽鏈的mRNA序列中一個(gè)堿基被另一個(gè)堿基替換，但未引起血紅蛋白中氨基酸序列的改變，其原因可能是遺傳密碼具有簡(jiǎn)并性.

本題第2小題給出“蛋白質(zhì)變性”的基本概念，基于蛋白質(zhì)變性實(shí)質(zhì)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變的概念認(rèn)識(shí)，解釋“變性的蛋白質(zhì)易被蛋白酶水解”的生命現(xiàn)象，以及第3小題給出DNA分子突變導(dǎo)致的mRNA上密碼子中的一個(gè)堿基替換，但相應(yīng)蛋白的氨基酸序列發(fā)生變化，說明前后密碼子編碼同一個(gè)氨基酸，考查遺傳密碼的“簡(jiǎn)并性”概念，即可用該概念進(jìn)行解釋該生命現(xiàn)象，第2小題第2空和第3小題歸屬于“基于簡(jiǎn)單的生物學(xué)概念，用文字正確解釋相應(yīng)的生命現(xiàn)象”，考查科學(xué)思維素養(yǎng)二級(jí)水平.

2.3三級(jí)水平考查

例4（2018年高考全國亞卷第31題）某小組利用某二倍體自花傳粉植物進(jìn)行兩組雜交實(shí)驗(yàn)，雜交涉及的四對(duì)相對(duì)性狀分布是：紅果（紅）與黃果（黃），子房二室（二）與多室（多）.圓形果（圓）與長形果（長），單-花序（單）與復(fù)狀花序（復(fù)）.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表.

回答下列問題

（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)得出的結(jié)論是：控制甲組兩對(duì)相對(duì)性狀的基因位于非同源染色體上.依據(jù)是F，中兩對(duì)相對(duì)性狀表現(xiàn)型的分離比為9：3：3：1;控制乙組兩對(duì)相對(duì)性狀的基因位于一對(duì)（填“-對(duì)”或“兩對(duì)”）同源染色體上，依據(jù)是F2中每對(duì)相對(duì)性狀表現(xiàn)型比符合3：1，而兩對(duì)相對(duì)性狀表現(xiàn)型的分離比不符合9：3：3：1.

（2）某同學(xué)若用“長復(fù)”分別與乙組的兩個(gè)F進(jìn)行雜交，結(jié)合表中數(shù)據(jù)分析，其子代的統(tǒng)計(jì)結(jié)果不符合1：1：1：1的比.

本題給出四對(duì)相對(duì)性狀的四組雜交實(shí)驗(yàn)的F，和F2表現(xiàn)型和性狀分離比，需要基于相對(duì)性狀的顯隱性關(guān)系和性狀分離比分析，以符合自由組合定律的9：3：3：1性狀分離比和分離定律的3：1性狀分離比作為標(biāo)準(zhǔn)參照，判斷控制4對(duì)相對(duì)性狀的基因位置關(guān)系，這就要求學(xué)生從雜交實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，運(yùn)用歸納的方法概括出4對(duì)相對(duì)性狀的F和F2表現(xiàn)型和性狀分離比，運(yùn)用兩大遺傳定律分析該遺傳實(shí)驗(yàn)過程，從而判斷控制相對(duì)性狀的基因位置和闡述判斷依據(jù)，屬于“能夠基于事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用歸納的方法概括出生物學(xué)規(guī)律，運(yùn)用生物學(xué)規(guī)律和原理，對(duì)可能的結(jié)果作出解釋，并能夠選擇文字、圖示或模型等方式進(jìn)行表達(dá)并闡明其內(nèi)涵”，考查科學(xué)思維素養(yǎng)三級(jí)水平.

此外，上述“例2"2018年高考全國III卷第29題第3小題給出“植物光合作用吸收與呼吸作用放出的CO2量相等時(shí)”條件，即處于為光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)，比較陽生植物和陰生植物需要的光照強(qiáng)度大小，考查學(xué)生基于補(bǔ)償點(diǎn)的理解和認(rèn)識(shí)，運(yùn)用光合作用原理，比較陽生植物和陰生植物需要的光照強(qiáng)度差異，對(duì)可能的結(jié)果作出預(yù)測(cè)，同樣考查科學(xué)思維素養(yǎng)三級(jí)水平.

2.4四級(jí)水平考查

例5（2018年高考全國III卷第32題節(jié)選）圖2是某農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模式圖據(jù)圖回答下列問題：（2）根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中分解者的作用，若要采用生物方法處理生活垃圾，在確定處理生活垃圾的方案時(shí)，通常需要考慮的因素可概括為3個(gè)方面，即待分解垃圾的性質(zhì)，引進(jìn)的分解者生物的種類，處理環(huán)境的理化條件.

本題第2小題給出“根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中分解者的作用，若要采用生物方法處理生活垃圾”新的問題情境，考查學(xué)生“在確定處理生活垃圾的方案時(shí)需要考慮的因素”，這就要求學(xué)生能夠面對(duì)生活中與生物學(xué)相關(guān)的新問題情境中，基于事實(shí)和證據(jù)，采用創(chuàng)造性思維方法思考在確定處理生活垃圾的方案時(shí)需要考慮的因素，并選用文字進(jìn)行表達(dá)、闡明其內(nèi)涵，考查科學(xué)思維素養(yǎng)四級(jí)水平.

3基于科學(xué)思維素養(yǎng)水平培養(yǎng)的教學(xué)啟示

3.1教學(xué)應(yīng)充分挖掘教材中的思維訓(xùn)練

教材是教學(xué)一手資料，也是高考命題的重要資料.教師無論在新課還是在復(fù)習(xí)課中，都要充分挖掘教材中的科學(xué)思維內(nèi)容，針對(duì)科學(xué)思維的5種思維方式進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練.

3.1.1歸納與概括思維

教材中需要總結(jié)歸納的基礎(chǔ)知識(shí)比比皆是，如細(xì)胞學(xué)說、真核與原核細(xì)胞的統(tǒng)一性、氨基酸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生物膜系統(tǒng)、生物膜的功能、酶的概念和特性、呼吸作用和光合作用反應(yīng)式基因的定義、基因的表達(dá)穩(wěn)態(tài)概念植物激素概念等等，教師要充分挖掘教材中歸納總結(jié)的內(nèi)容，以問題形式培養(yǎng)學(xué)生此項(xiàng)思維能力.例如，對(duì)于酶的特性學(xué)習(xí)，可利用“比較過氧化氫在不同條件下的分解”教材實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生比較加酶與加FeCl3無機(jī)催化劑實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的異同，概括酶的高效性;利用教材“學(xué)科交叉”資料，讓學(xué)生比較“淀粉在淀粉酶和蔗糖酶以及在無機(jī)酸的催化下分解”現(xiàn)象，概括酶的專一性等.

3.1.2演繹與推理思維

教材中需要運(yùn)用演繹推理法理解的知識(shí)也很多，如孟德爾從豌豆雜交實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)兩大遺傳定律，摩根爾根據(jù)果蠅雜交實(shí)驗(yàn)提出果蠅眼色性狀的伴性遺傳，魏斯曼根據(jù)親子代體細(xì)胞染色體數(shù)目恒定推導(dǎo)出的減數(shù)分裂，沃森和克里克基于DNA分子雙螺旋模型預(yù)測(cè)出DNA半保留復(fù)制方式等.盂德爾正是運(yùn)用假說演繹法才發(fā)現(xiàn)了分離和自由組合定律，為高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生演繹與推理思維提供了典型范例.遺傳雜交實(shí)驗(yàn)分析也就成了演繹與推理思維培養(yǎng)的良好途徑，教師在教學(xué)過程中要利用好教材中的遺傳雜交實(shí)驗(yàn)，以問題串聯(lián)演繹與推理過程，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生演繹推理思維能力.

3.1.3模型與建模思維

教材中呈現(xiàn)的模型包括數(shù)學(xué)模型、物理模型和概念模型3種類型，如原核和真核細(xì)胞模式圖、DNA和tRNA的結(jié)構(gòu)模型、生態(tài)缸的制作等屬于物理模型;有氧呼吸和無氧呼吸反應(yīng)式、光合作用過程圖、細(xì)胞分裂圖解、遺傳信息傳遞圖解和血糖調(diào)節(jié)過程模擬等屬于概念模型;酶活性的溫度和pH影響曲線、光合速率影響曲線、種群增長曲線、人體細(xì)胞主要元素比例圖、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性曲線等屬于數(shù)學(xué)模型.例如，為幫助學(xué)生準(zhǔn)確理解分離和自由組合規(guī)律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，教學(xué)中可要求學(xué)生把基因定位到染色體.上理解喊數(shù)分裂過程，畫出2N=4的細(xì)胞減數(shù)分裂示意圖，并在圖中染色體.上標(biāo)注出AaBb兩對(duì)等位基因，對(duì)畫出的物理模型再進(jìn)行修正和展示交流，促進(jìn)學(xué)生模型與建模思維能力的養(yǎng)成.

3.1.4批判性思維

教材同樣包含了訓(xùn)練學(xué)生批判性思維的生物學(xué)問題，如細(xì)胞的體積能否越小越好？生物自發(fā)突變頻率很低，而且大多是有害的，突變?yōu)槭裁催€能夠作為生物進(jìn)化的原材料？?jī)?nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)是絕對(duì)不變嗎？免疫系統(tǒng)的防衛(wèi)功能是不是越強(qiáng)大越好呢？等問題，這些問題都創(chuàng)設(shè)了一定的知識(shí)情境，都是為培養(yǎng)學(xué)生批判性思維做準(zhǔn)備的.此外，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)也是培養(yǎng)批判性思維的良好途徑，教學(xué)可利用實(shí)驗(yàn)素材讓學(xué)生在真實(shí)情境中判斷信息是否真實(shí)、論證是否嚴(yán)謹(jǐn)、證據(jù)是否充足、結(jié)論是否正確等方面來促進(jìn)學(xué)生批判性思維的養(yǎng)成，例如探究生長素在胚芽鞘中的極性運(yùn)輸方向?qū)嶒?yàn)評(píng)價(jià)就是教材實(shí)驗(yàn)素材的典型.

3.1.5創(chuàng)造性思維

思考是創(chuàng)造性思維的前提，任何科學(xué)發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造無不都是從提出問題開始.學(xué)生通過教材知識(shí)的學(xué)習(xí)，將新舊知識(shí)進(jìn)行銜接融合，嘗試思考建構(gòu)新的知識(shí)體系.教學(xué)中，學(xué)生要在實(shí)際生物學(xué)情境中提出研究問題，并作出合理的假設(shè)，沿著科學(xué)探究路徑解決實(shí)際問題.教師要鼓勵(lì)學(xué)生敢于質(zhì)疑、勇于提問，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維的養(yǎng)成.例如，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)酶的內(nèi)容后，聯(lián)系化學(xué)催化劑的相關(guān)知識(shí)，可以提出以下問題：酶作為催化劑，如何驗(yàn)證酶分子在化學(xué)反應(yīng)前后是否發(fā)生變化？如果將酶應(yīng)用于嫩肉粉或洗衣粉等日常生活用品，有哪些注意事項(xiàng)需要在包裝袋上說明？等等.教學(xué)中應(yīng)注意創(chuàng)設(shè)學(xué)生創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的良好氛圍，讓學(xué)生學(xué)而有思，思而有問.

3.2教學(xué)促成思維素養(yǎng)應(yīng)注意素養(yǎng)水平遞進(jìn)關(guān)系

教學(xué)要促成學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)能力的形成，準(zhǔn)確刻畫學(xué)生思維素養(yǎng)水平是前提，需要把科學(xué)思維素養(yǎng)按照學(xué)業(yè)質(zhì)量發(fā)展水平劃分為四個(gè)等級(jí)，素養(yǎng)的一、二水平是三、四級(jí)水平發(fā)展基礎(chǔ)，因此，教學(xué)應(yīng)注重學(xué)生思維能力水平發(fā)展的遞進(jìn)關(guān)系.依據(jù)高考考查素養(yǎng)水平標(biāo)準(zhǔn)和要求，將思維素養(yǎng)能力細(xì)化為四個(gè)等級(jí)，準(zhǔn)確把握素養(yǎng)水平的遞進(jìn)關(guān)系，有助于在教學(xué)中更加科學(xué)和準(zhǔn)確評(píng)價(jià)學(xué)生素養(yǎng)能力水平，從而提高教學(xué)的針對(duì)性和實(shí)效性.

3.3教學(xué)應(yīng)為學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境

科學(xué)思維是學(xué)生排除生物學(xué)知識(shí)之后剩下的關(guān)鍵素養(yǎng)之一.有研究表明，真實(shí)科研素材中需要運(yùn)用科學(xué)思維進(jìn)行分析，選取恰當(dāng)?shù)难芯克夭模瑒?chuàng)設(shè)真實(shí)的生物學(xué)問題情境，是促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維養(yǎng)成的良好途徑2.對(duì)于高考考查科學(xué)思維素養(yǎng)能力而言，試題素材大部分來源于教材，試題創(chuàng)新了考查問題情境，實(shí)際的生物學(xué)問題分析才能有效提升學(xué)生思維素養(yǎng)能力.在教學(xué)創(chuàng)設(shè)問題情境時(shí)，教師可從教材多個(gè)實(shí)驗(yàn)中的研究背景、目的意義、材料選取、方法運(yùn)用、步驟解析、現(xiàn)象結(jié)果、結(jié)論交流等多個(gè)方面進(jìn)行有選擇的情境創(chuàng)設(shè)，使得學(xué)生在實(shí)際的生物學(xué)情境中發(fā)展思維素養(yǎng)能力，使用相應(yīng)的概念、方法和原理來解決實(shí)際問題.

3.4教學(xué)應(yīng)注重學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)體系以強(qiáng)化思維訓(xùn)練

2018年高考生物學(xué)考試大綱呈現(xiàn)的必修和選修教材考點(diǎn)內(nèi)容就有100多個(gè)，這就要求學(xué)生抓住生物學(xué)主于知識(shí)，將知識(shí)進(jìn)行縱橫對(duì)比，理清知識(shí)主線，應(yīng)用五種科學(xué)思維方式使知識(shí)層次化、系統(tǒng)化，可以采用學(xué)科思維導(dǎo)圖、概念關(guān)系圖、過程示意圖、模型示意圖等多種形式建構(gòu)個(gè)人獨(dú)有的知識(shí)體系.這樣，不但可以夯實(shí)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，更能有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)能力的養(yǎng)成.

參考文獻(xiàn)：

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