例談生物高考題中原因推理類的三元解題法

安徽

高考緊緊圍繞“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”的核心功能，突出對能力和素養(yǎng)的考查。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生后天習(xí)得的終生受益成果，是公民基本素養(yǎng)的重要組成之一，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂版）》中的學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。

近幾年的全國卷生物高考題中，常常出現(xiàn)原因推理類的題目，這類考題是對考生的理解能力、分析推理能力、語言表達(dá)能力甚至獲取信息的能力等綜合能力的考查?？忌鞔鸫祟愒囶}有一定的難度，得分率整體不高，原因主要有答題語句過短（只有零星的詞語）、沒有使用生物學(xué)術(shù)語、缺乏關(guān)鍵詞、沒有表述完整的推理過程等。為了提高復(fù)習(xí)的有效性，筆者嘗試用三元法對此類問題進(jìn)行分析和解答。

1.三元法模型及其原理

影響某一事物（或?qū)嶒?yàn)對象）變化的因素可能有多個(gè)，有直接因素，也有很多間接因素。當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，可能先引起一系列的間接因素變化，然后再引起直接因素變化，最終使實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)生變化。如果把這個(gè)邏輯串中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看作第一元的話，那么直接因素就是第二元，眾多的間接因素就是第三元。如圖1 所示。

圖1

人們在分析事物變化時(shí)，有時(shí)既要分析直接因素，也要分析間接因素，間接因素通過直接因素起作用；在闡述因果關(guān)系時(shí)，要先陳述間接因素，然后才能推理出直接因素，最后影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這個(gè)推理過程不能有任何一個(gè)環(huán)節(jié)遺漏，否則就會導(dǎo)致邏輯推理過程不完整。因此原因推理類題目就是對學(xué)生的邏輯思維、推理和表述等關(guān)鍵能力的考查，這也是評價(jià)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的一個(gè)重要方面。

2.三元法的使用策略

高考備考中，如何突破敘述原因分析、作用機(jī)理等原因推理類題目呢？筆者總結(jié)如下：

2.1 逆向思維突破，追根溯源答題

【例1】（2017 年，全國卷Ⅰ，第30 題）植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)是指由于CO2的限制，光合速率與呼吸速率相等時(shí)環(huán)境中的CO2濃度。已知甲種植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)大于乙種植物的。回答下列問題：

（1）將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中，適宜條件下照光培養(yǎng)。培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)兩種植物的光合速率都降低，原因是_________________。甲種植物凈光合速率為0 時(shí)，乙種植物凈光合速率_________________（填“大于0”“等于0”或“小于0”）。

（2）若將甲種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中，照光培養(yǎng)一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)植物的有氧呼吸增加，原因是_________________。

【答案】（1）植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用釋放CO2的量，使密閉小室中CO2濃度降低，光合速率也隨之降低 大于0 （2）甲種植物在光下光合作用釋放的O2使密閉小室中O2增加，而O2與有機(jī)物分解產(chǎn)生的NADH 發(fā)生作用形成水是有氧呼吸的一個(gè)環(huán)節(jié)，所以當(dāng)O2增多時(shí)，有氧呼吸會增加

本題考查CO2濃度對植物的光合作用的影響和O2對有氧呼吸的影響，解答第（1）題中兩種植物的光合速率都降低的原因時(shí)，首先分析影響光合作用的因素有內(nèi)部因素和外部因素兩大因素，內(nèi)部因素中，作為正常生長的植物其所含的酶和色素應(yīng)該充足，不可能是限制因素；外部因素中，顯然光照強(qiáng)度和溫度都是適宜的，不可能是限制因素；再考慮植物是在密閉條件下培養(yǎng)，可以確定CO2濃度是光合速率降低的重要因素，那么還要進(jìn)一步分析造成CO2濃度降低的原因，顯然是起始條件下光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，植物表現(xiàn)為吸收CO2，造成其濃度降低。

本例題中，“光合速率降低”是第一元，“CO2濃度”是第二元，“光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度”則是第三元，學(xué)生容易漏答第三元。解答第（2）題時(shí)，分析影響植物的有氧呼吸的外部因素有溫度、O2濃度等，顯然溫度不用考慮，只有O2濃度是限制因素，起始條件下密閉的小室內(nèi)沒有O2，什么原因造成了O2濃度增加呢？顯然是條件適宜的小室中，照光培養(yǎng)時(shí)植物光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，造成植物向環(huán)境中釋放O2，因此，O2含量增加。本例題中，“有氧呼吸增加”是第一元，“O2濃度增加”是第二元，“光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度”則是第三元。有些學(xué)生只分析出植物進(jìn)行光合作用產(chǎn)生O2，顯然這不是O2濃度增加的充分條件，第三元分析不準(zhǔn)確。也有些學(xué)生只回答植物光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，直接忽略了O2濃度這一第二元，顯得邏輯推理過程不通順。

此類問題解答時(shí)需要學(xué)生掌握相關(guān)概念的含義及其產(chǎn)生過程，準(zhǔn)確把握相關(guān)變化的內(nèi)、外兩方面的影響因素，再根據(jù)相關(guān)概念之間的關(guān)系厘清因變量變化的直接原因和間接原因，從而可以追根溯源答題。

2.2 獲取信息，根據(jù)所學(xué)知識合理推理

【例2】腎上腺素是人體內(nèi)一種非常神奇的物質(zhì)。請根據(jù)所提供的材料，分析回答：

實(shí)驗(yàn)一：將腎上腺素施加到肝臟切片上，發(fā)現(xiàn)有大量的葡萄糖生成，生成量較沒有施加過腎上腺素的肝臟切片超出許多。

實(shí)驗(yàn)二：將肝臟細(xì)胞制成勻漿，并將部分勻漿離心獲得上清液和沉淀物，然后進(jìn)行了4 組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示：

圖2

研究時(shí)，還發(fā)現(xiàn)施加過腎上腺素的實(shí)驗(yàn)材料（勻漿、上清液或沉淀物）中均檢測到物質(zhì)X，將物質(zhì)X 直接添加到其對照組實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)酶A 的相對含量明顯上升。

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)一，擬定出該課題的名稱：________________________。

（2）實(shí)驗(yàn)選擇肝臟切片或由肝細(xì)胞制成的勻漿為材料，主要理由是肝細(xì)胞中含有豐富的___________。根據(jù)實(shí)驗(yàn)二，推測腎上腺素在糖原分解中的作用機(jī)理是______________________（用文字和箭頭表示）。

【答案】（1）探究腎上腺素在糖原分解中的作用及作用機(jī)理 （2）（肝）糖原 腎上腺素→（受體蛋白）→物質(zhì)X →酶B 轉(zhuǎn)化為酶A →糖原分解

對于第（2）題，根據(jù)實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二的第1 組內(nèi)容可以判斷腎上腺素可以促進(jìn)酶A 的形成，并由后者催化肝糖原分解形成葡萄糖，由第2、4 組實(shí)驗(yàn)組和第1 組實(shí)驗(yàn)組對照發(fā)現(xiàn)，添加酶B 可以使酶A 相對含量明顯增加，結(jié)合圖2 下的備注文字可進(jìn)一步推理出，酶B 可以在一定條件下轉(zhuǎn)化為酶A，根據(jù)題干最后的文字材料可知，施加過腎上腺素的實(shí)驗(yàn)材料可以檢測到物質(zhì)X，而物質(zhì)X 也可以引起酶A 的產(chǎn)生。因此通過梳理和分析，可以推測出糖原分解的機(jī)理：腎上腺素→（受體蛋白）→物質(zhì)X →酶B 轉(zhuǎn)化為酶A →糖原分解。

本例題中“糖原分解”是第一元（分析對象），“酶A”是第二元（直接因素），“腎上腺素、物質(zhì)X 和酶B”都是第三元（間接因素），除了腎上腺素是已知因素，物質(zhì)X 和酶B 都是需要分析判斷才能獲取的信息，這要求學(xué)生要對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容準(zhǔn)確的理解，對必要的文字注釋全面的審查。高考試題給出的信息可以蘊(yùn)涵在文字中，也可以蘊(yùn)涵在圖表中。所給的信息中，有些可能是有效的，有些可能是無效的。這就要求考生能夠正確解讀題目，準(zhǔn)確獲得所需信息。

3.復(fù)習(xí)對策的建議

3.1 利用素材改編題目，有針對性的訓(xùn)練

【例3】將生長兩周的番茄幼苗葉片分為兩組，甲組施以不同濃度的IAA 溶液，乙組施以不同濃度的IAA 溶液和等量的乙烯，3 h 后測定細(xì)胞膜對Mg2+的通透性，結(jié)果如圖3 所示，下列分析錯誤的是 （ ）

圖3

A.低濃度的IAA 能抑制乙烯的合成

B.低濃度的IAA 對細(xì)胞膜的通透性的影響不顯著

C.施以乙烯的情況下，細(xì)胞膜的通透性與IAA 濃度呈正相關(guān)

D.推測甲、乙兩組細(xì)胞膜通透性不同是因?yàn)榛虮磉_(dá)產(chǎn)物的數(shù)量不同

【答案】A

做完本題后，可以將本題D 選項(xiàng)的素材改編為原因類問題，比如根據(jù)題目所給信息，寫出乙烯促進(jìn)細(xì)胞膜對Mg2+的通透性的作用機(jī)理。那么學(xué)生基于對本題題意的理解，可以嘗試寫出：乙烯促進(jìn)了有關(guān)基因的表達(dá)，使運(yùn)輸Mg2+的載體蛋白數(shù)量增加，從而促進(jìn)了Mg2+的跨膜運(yùn)輸，提高了細(xì)胞膜對Mg2+的通透性。本例題中，乙烯和細(xì)胞膜對Mg2+的通透性是第二元，基因的表達(dá)及其產(chǎn)生的載體蛋白是第三元。

【例4】有學(xué)者提出了關(guān)于植物生長素(IAA)促進(jìn)生長的“酸生長假說”（如圖4 所示）：研究發(fā)現(xiàn)酸性物質(zhì)使細(xì)胞壁pH 下降，多糖鏈被破壞而變得松弛柔軟，纖維素的纖絲松開，細(xì)胞的滲透壓下降，細(xì)胞失水，細(xì)胞因體積延長而發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的增長?；卮鹣铝袉栴}：

圖4

（1）無論是植物激素還是動物激素，作用于細(xì)胞的首要條件是___________。

（2）由材料信息及圖示推知，細(xì)胞吸收生長素的方式是___________。

【答案】（1）被細(xì)胞識別和接受 （2）主動運(yùn)輸

本題可以改編為原因推理類題目，比如根據(jù)題目所給信息，可以推測生長素引起植物酸生長的機(jī)理（或原因）是__________。本改編題中要把生長素（間接因素）和酸性增加（直接因素）之間的邏輯聯(lián)系點(diǎn)找到，才能解釋生長素是如何促進(jìn)植物酸生長的。這就需要學(xué)生從圖中獲取信息，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考：如果生長素作用于質(zhì)子泵（生長素受體），那么就可能促進(jìn)質(zhì)子跨膜運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外，引起細(xì)胞壁呈酸性。因此可以回答為生長素與膜上的受體結(jié)合后引起質(zhì)子泵工作，把質(zhì)子跨膜運(yùn)輸?shù)桨庖鸺?xì)胞壁pH 下降，進(jìn)而使植物表現(xiàn)為酸性生長。

3.2 利用教材，鍛煉學(xué)生的推理能力和表述能力

科學(xué)推理類試題是考查考生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效類型，教材中有大量的技能訓(xùn)練和課后拓展題，正確利用這些材料可以很好地鍛煉學(xué)生的邏輯推理能力和語言表達(dá)能力，如人教版教材必修1 第5 章第4 節(jié)“能量之源——光與光合作用”一節(jié)課后的拓展題中的表述，夏季晴朗的白天，植物為什么會有“午休”現(xiàn)象？引導(dǎo)學(xué)生從影響光合作用的直接因素（CO2含量）和間接因素（溫度、水分）兩方面分析，并用書面語言進(jìn)行準(zhǔn)確的表達(dá)。

高考復(fù)習(xí)過程中教師還可要求學(xué)生針對某一專題構(gòu)建思維導(dǎo)圖并進(jìn)行思辨，厘清大概念和重要概念之間的關(guān)系，理解知識之間內(nèi)在聯(lián)系，有利于縝密性和連貫性思維的形成。

總之，教師在平時(shí)的教學(xué)中還是多注重學(xué)生理性思維的培養(yǎng)，答題時(shí)有意識地運(yùn)用三元法來解決問題，逐步形成良好的答題習(xí)慣，進(jìn)而內(nèi)化為解決實(shí)際問題的能力，最終在這個(gè)過程中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科的核心素養(yǎng)。