生物學(xué)實(shí)驗(yàn)分析中消極思維定式的形成及其排除策略

湖南 張家貴 李榮輝

思維定式是指由先前的活動(dòng)造成的一種對(duì)活動(dòng)的特殊心理準(zhǔn)備狀態(tài)或傾向性。積極思維定式有利于培養(yǎng)思維的敏捷性與準(zhǔn)確性；消極思維定式會(huì)限制學(xué)生綜合思維能力與創(chuàng)新思維能力的發(fā)展，不利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)試能力和科學(xué)素養(yǎng)。

一、問(wèn)題的提出

【例1】某研究小組將脂肪含量占干重70%的某油料作物種子置于溫度、空氣流通等條件均適宜的蒸餾水中，并放置在黑暗環(huán)境中培養(yǎng)，定期測(cè)量萌發(fā)種子（幼苗）的脂肪含量和干重，測(cè)量結(jié)果顯示脂肪含量逐漸減少，到第11 天時(shí)減少了90%；干重變化是每百粒種子由第1天的37g逐漸增加至第7 天的43g，然后減少。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，導(dǎo)致種子干重增加的主要元素是__________（填“C”“N”或“O”）。

【答案】O

【解析】培養(yǎng)條件為黑暗環(huán)境，不能進(jìn)行光合作用，不能吸收、利用CO2，導(dǎo)致種子干重增加的主要元素不會(huì)是C；培養(yǎng)條件為蒸餾水，沒(méi)有N 等礦質(zhì)元素，導(dǎo)致種子干重增加的主要元素不會(huì)是N。所以可確定導(dǎo)致該種子在黑暗條件下萌發(fā)時(shí)干重增加的主要元素應(yīng)是O。

C、H 含量高而O 含量低的脂肪，轉(zhuǎn)化為C、H 含量低而O 含量高的糖類(lèi)等，在構(gòu)建新的組織細(xì)胞時(shí)會(huì)通過(guò)水化反應(yīng)添加O，使有機(jī)物的質(zhì)量增加；脂肪氧化成CO2和H2O 為種子萌發(fā)供能時(shí)會(huì)使有機(jī)物質(zhì)量降低。脂肪（酸）轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)等物質(zhì)時(shí)有機(jī)物的增加量大于脂肪等有機(jī)物分解為無(wú)機(jī)物時(shí)有機(jī)物的減少量，種子或幼苗的干重增加。

【評(píng)析】影響學(xué)生正確作答的主要原因：

（1）在此題之前，大多數(shù)師生沒(méi)有接觸過(guò)種子在黑暗條件下萌發(fā)時(shí)，干重先增加的現(xiàn)象，往往認(rèn)為“種子在黑暗條件下萌發(fā)時(shí)，呼吸作用消耗有機(jī)物使種子或幼苗的干重下降”。這種觀點(diǎn)導(dǎo)致的思維定式，使得學(xué)生在初次接觸到此題中富含脂肪的種子在無(wú)光萌發(fā)初期干重有所增加的“新”現(xiàn)象時(shí)，不知其所以然而生出疑惑，進(jìn)而不能仔細(xì)分析。

（2）部分學(xué)生受干重概念的影響，以為干重的增加依賴于有機(jī)物的合成。受這一思維定式的影響，加上忽視了黑暗條件，學(xué)生可能給出導(dǎo)致該種子在黑暗條件下萌發(fā)時(shí)干重先增加的主要元素是“C”的錯(cuò)誤答案。

此題的命題立意為考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)資料的分析能力，從實(shí)驗(yàn)資料分析的角度看，得出正確答案并不難，上述主要原因表明：受消極思維定式的影響，在面對(duì)新情境或新問(wèn)題時(shí)，仍用老套的或片面的觀點(diǎn)理所當(dāng)然地想問(wèn)題，易忽略試題的情境變化和可疑之處，導(dǎo)致對(duì)問(wèn)題的分析不深入，進(jìn)而可能得出有失偏頗的結(jié)論。這既不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，又不利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)試能力。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)及時(shí)分析消極思維定式的成因，進(jìn)而排除消極思維定式所帶來(lái)的干擾。

二、消極思維定式的成因

1.片面分析問(wèn)題

某教輔書(shū)對(duì)“在適宜反應(yīng)條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時(shí)間后，突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的紅光或綠光照射，生成ATP 的數(shù)量不會(huì)下降（2016 年，天津卷，第2 題）”的解釋為“由于葉綠素對(duì)紅光的吸收效率高，改用與白光強(qiáng)度相同的紅光，光反應(yīng)增強(qiáng)，葉綠體產(chǎn)生ATP 和[H]增多”。事實(shí)上，如果白光的光照強(qiáng)度達(dá)到光飽和點(diǎn)，雖然改用與白光強(qiáng)度相同的紅光照射相當(dāng)于光照強(qiáng)度增強(qiáng)，但光反應(yīng)卻保持穩(wěn)定。編者分析、處理數(shù)據(jù)忽視了臨界點(diǎn)（光飽和點(diǎn)）附近量變與質(zhì)變的關(guān)系，所做出的論證是片面的。

2.數(shù)據(jù)分析過(guò)程忽視因果關(guān)系的層次性

【例2】為了探究一定濃度的聚苯乙烯（PS）和鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）對(duì)生菜光合作用的影響，某研究小組用5mg/L 的霍格蘭氏營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)生長(zhǎng)發(fā)育狀況一致的生菜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表（數(shù)據(jù)為相對(duì)值）。

????????????對(duì)照組 PS DBP PS+DBP___凈光合速率 19.83 16.44 17.05 14.55____氣孔導(dǎo)度 0.63 0.52 0.54 0.45__胞間CO2 濃度 393.67 422.33 413.67 447.03葉綠素a 含量 5.30 4.83 5.00 4.65?????????????????????????????????????????????

結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，PS 和DBP 降低凈光合速率的原因是____________、_____________（答出2 點(diǎn)即可）。

【答案】葉綠素a 含量降低 葉肉細(xì)胞對(duì)CO2的固定量（吸收量）降低

【評(píng)析】可能受試題要求“答出2 點(diǎn)即可”的影響，部分學(xué)生錯(cuò)誤地把PS 和DPB 導(dǎo)致的氣孔導(dǎo)度降低作為答案之一。這與學(xué)生曾學(xué)習(xí)過(guò)“氣孔導(dǎo)度降低會(huì)使植物吸收CO2能力降低，導(dǎo)致光合速率降低”的知識(shí)有關(guān)，因?yàn)檫@一知識(shí)，學(xué)生作答此題時(shí)形成了消極思維定式。

各實(shí)驗(yàn)組的胞間CO2濃度均比對(duì)照組高說(shuō)明CO2濃度不是實(shí)驗(yàn)組凈光合速率的限制因素，氣孔導(dǎo)度的變化不是PS 或DPB 降低凈光合速率的原因。真正的原因是各實(shí)驗(yàn)組葉綠素a 的含量降低，光反應(yīng)速率偏低限制了暗反應(yīng)速率。

此題情境中PS 和DBP 降低凈光合速率的原因只有“葉綠素a 降低”這一條，與“葉肉細(xì)胞對(duì)CO2的固定量（吸收量）降低”并非并列關(guān)系，兩者互為因果關(guān)系。試題中“答出2 點(diǎn)即可”的提示，有淆亂學(xué)生判斷之嫌。

3.習(xí)題解析與講評(píng)方法不當(dāng)

習(xí)題解析與講評(píng)方法不當(dāng)?shù)闹饕憩F(xiàn)是習(xí)題解析與講評(píng)過(guò)程中驗(yàn)證多、推導(dǎo)少，疏于引導(dǎo)學(xué)生捕捉思維的目標(biāo)指向和參照物，容易忽視思維的過(guò)程性、邏輯性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。

【例3】為探究酵母菌無(wú)氧呼吸的場(chǎng)所，將酵母菌破碎并進(jìn)行差速離心處理，得到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，與酵母菌分別裝入A、B、C 試管中，再加入葡萄糖，在無(wú)氧條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)試管__________的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以判斷出酵母菌進(jìn)行無(wú)氧呼吸的場(chǎng)所。

【答案】ABC

【解析】判斷酵母菌進(jìn)行無(wú)氧呼吸的場(chǎng)所，屬于實(shí)驗(yàn)分析題型，故不能帶著無(wú)氧呼吸的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)這一知識(shí)做先入為主的判斷，要遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析的邏輯與模式做推導(dǎo)型評(píng)析，即在葡萄糖無(wú)氧分解的前提下，以有氧呼吸的場(chǎng)所作為參照物，遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析的邏輯與模式，做出以下幾種假設(shè)：

①如果酵母菌的無(wú)氧呼吸只在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行，A 試管產(chǎn)生和C 試管相同的結(jié)果，B 試管產(chǎn)生和C 試管不同的結(jié)果；②如果酵母菌的無(wú)氧呼吸只在線粒體中進(jìn)行，B 試管產(chǎn)生和C 試管相同的結(jié)果，A 試管產(chǎn)生和C 試管不同的結(jié)果；③無(wú)氧呼吸的發(fā)生同時(shí)需要細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體（酵母菌，C 試管），A、B 試管都不能產(chǎn)生和C 試管相同的結(jié)果。

【評(píng)析】驗(yàn)證型評(píng)析帶著無(wú)氧呼吸的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)這一知識(shí)做先入為主的判斷，即如果A、C 試管結(jié)果相同（B、C試管結(jié)果不同），則無(wú)氧呼吸的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。

驗(yàn)證型講評(píng)能使學(xué)生較快“知其然”，但不一定能使學(xué)生“知其所以然”，還可能得出不準(zhǔn)確的結(jié)論，如果學(xué)生忽視了正向驗(yàn)證與反向驗(yàn)證方式中的一種，則可能答出錯(cuò)誤答案AC 或BC。

三、排除消極思維定式的干擾

1.準(zhǔn)確傳授核心知識(shí)并訓(xùn)練知識(shí)鏈接能力

生物學(xué)核心知識(shí)是學(xué)生分析生物學(xué)現(xiàn)象和解答試題的立足點(diǎn)，知識(shí)鏈接是學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析時(shí)的切入點(diǎn)。部分學(xué)生在理解和記憶眾多概念時(shí)存在偏差，將概念遷移到新情境中的速度不夠敏捷。

教師在教授或引領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)核心概念時(shí)要準(zhǔn)確把握概念的內(nèi)涵與外延，要把核心考點(diǎn)的內(nèi)容體系、適用范圍及與其他概念的關(guān)系脈絡(luò)梳理清楚，從而使學(xué)生深刻理解某些生物學(xué)核心知識(shí)的含義、適用范圍及相互聯(lián)系。教師還要引導(dǎo)學(xué)生在分析生物學(xué)現(xiàn)象和解決問(wèn)題時(shí)，學(xué)會(huì)知識(shí)鏈接的方法并養(yǎng)成知識(shí)鏈接的習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生解釋生物學(xué)現(xiàn)象的能力，從而避免學(xué)生在考場(chǎng)上產(chǎn)生“一時(shí)想不到”的遺憾。

【例4】某興趣小組為探究氮肥對(duì)小麥光合作用的影響，在某種條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：施用氮肥明顯提高了葉片的CO2吸收速率，對(duì)葉綠素含量的變化沒(méi)有明顯影響。在此實(shí)驗(yàn)條件下，施用氮肥提高了CO2吸收速率的原因可能是_____________________。

【答案】提高了光合作用有關(guān)酶的含量與活性

【解析】本題是對(duì)光合作用與呼吸作用相關(guān)知識(shí)及分析能力的考查。光合作用的原料是CO2和H2O，氮肥的施用主要影響光合作用的內(nèi)部因素，如葉綠素和酶的合成。施用氮肥后葉綠素含量變化不明顯，氮肥的施用主要使暗反應(yīng)的過(guò)程得到了促進(jìn)與加強(qiáng)，暗反應(yīng)中CO2的固定、C3的還原與轉(zhuǎn)化，需要酶的催化還需要光反應(yīng)為其提供[H]和ATP。解答此題可排除葉綠素含量變化對(duì)光反應(yīng)的影響，氮肥的施用可能影響了暗反應(yīng)相關(guān)酶的含量與活性。

【評(píng)析】通過(guò)知識(shí)鏈接回顧光合作用過(guò)程的知識(shí)方能尋找到線索，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件與結(jié)果，從幾條線索中篩選出揭示事物本質(zhì)的線索（排除葉綠素含量變化的影響等）。依據(jù)教材核心知識(shí)，從新穎試題情境中獲得“新”的認(rèn)知，體現(xiàn)了注重考查創(chuàng)新思維能力的命題趨向。

教師在傳授和鞏固概念時(shí)還要注重滲透學(xué)科思想，學(xué)科思想既是學(xué)生分析某些生物學(xué)現(xiàn)象的立足點(diǎn)，同時(shí)也是學(xué)生形成消極思維定式前的“防火墻”。如果沒(méi)有明顯的提示，部分學(xué)生解答試題時(shí)很少能聯(lián)想到重要的生物學(xué)科觀點(diǎn)?！敖Y(jié)構(gòu)與功能相互適應(yīng)、相互影響”“生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性”“穩(wěn)態(tài)”“反饋調(diào)節(jié)”等都是生物學(xué)科的重要觀點(diǎn)。培養(yǎng)學(xué)科觀點(diǎn)不僅僅是情感目標(biāo)，也是能力目標(biāo)。

生物學(xué)觀點(diǎn)的形成有多種途徑，例如（1）新課時(shí)對(duì)核心知識(shí)的理解，對(duì)不同核心知識(shí)進(jìn)行比較、歸納、提煉；（2）高三復(fù)習(xí)課時(shí)，運(yùn)用所學(xué)過(guò)的核心知識(shí)對(duì)題中呈現(xiàn)的“新現(xiàn)象”進(jìn)行討論、分析，運(yùn)用批判性思維做出理性的預(yù)測(cè)、判斷，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)“新知識(shí)”，形成“新觀點(diǎn)”。

2.正確捕捉試題思維目標(biāo)指向

探究分析類(lèi)實(shí)驗(yàn)題是高考中的常見(jiàn)題型，其中考查資料分析能力的部分，應(yīng)依據(jù)試題條件進(jìn)行分析、判斷，如果要在知識(shí)方面尋找支撐點(diǎn)，有時(shí)可能會(huì)因試題情境呈現(xiàn)的現(xiàn)象“有違”常識(shí)而生出疑惑或產(chǎn)生錯(cuò)誤。例如在解答例1 時(shí)，不必糾結(jié)教材未涉及的知識(shí)，首先揣摩命題立意，確定為資料分析題型，然后依據(jù)題設(shè)條件和教材核心知識(shí)與方法加以分析、判斷。

種子在黑暗條件下萌發(fā)時(shí)“呼吸作用消耗有機(jī)物使種子或幼苗的干重下降”，主要適用于淀粉類(lèi)種子。對(duì)例2 中富含脂肪的種子在無(wú)光萌發(fā)初期干重有所增加的“新”現(xiàn)象，如果學(xué)生不知其所以然，應(yīng)該用生物具有多樣性或差異性的觀念對(duì)待。在面對(duì)新穎的高考試題情境時(shí)，不必從中發(fā)掘“新知”，應(yīng)注重訓(xùn)練學(xué)生揣摩命題立意的能力以達(dá)到正確捕捉試題的思維目標(biāo)指向的目的，從而提高思維的敏捷性和準(zhǔn)確性。

3.重視理性思維與創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)

增強(qiáng)培養(yǎng)理性思維能力的意識(shí)，關(guān)鍵是要保證探究問(wèn)題的有效性，設(shè)置有效的探究問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模▽?shí)驗(yàn)）資料分析。設(shè)置的有效探究問(wèn)題可以引起學(xué)生對(duì)重要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果的質(zhì)疑與關(guān)注，引領(lǐng)學(xué)生明確思維的目標(biāo)指向，從而激活學(xué)生的思維，拓展思維空間、突破思維的難點(diǎn)、盲點(diǎn)。實(shí)施實(shí)驗(yàn)分析的教學(xué)前，教師應(yīng)遵循科學(xué)性原則先進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)、全面的實(shí)驗(yàn)分析，找出實(shí)驗(yàn)分析的關(guān)鍵點(diǎn)、盲點(diǎn)及拓展方向，然后運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略與正確的教育教學(xué)理念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，從細(xì)節(jié)著手，巧設(shè)疑問(wèn)、激活思維，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑、猜測(cè)、分析、判斷。其中假說(shuō)-演繹法、類(lèi)比推理是探究分析類(lèi)試題的基本思路，教師應(yīng)注意對(duì)科學(xué)思維方法的訓(xùn)練與應(yīng)用。

4.構(gòu)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施與分析的模式和程序

模式和程序是解決復(fù)雜新問(wèn)題的參照，把試題情境中新穎的現(xiàn)象與問(wèn)題置于熟悉的模式或程序下可以消除陌生感與畏難心理，這樣，學(xué)生才能更好地發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。模式或程序的構(gòu)建與使用要靈活變通，才能訓(xùn)練學(xué)生形成積極思維定式，避免消極思維定式。

四、結(jié)語(yǔ)

消極的思維定式是束縛質(zhì)疑與創(chuàng)新思維的枷鎖，如果教學(xué)時(shí)不注意挖掘、引導(dǎo)思維的著力點(diǎn)，就不能幫助學(xué)生從一般性知識(shí)結(jié)論和消極思維定式的束縛中解脫出來(lái)，倡導(dǎo)培養(yǎng)探究分析能力及創(chuàng)新能力的課程理念就得不到真正的落實(shí)，學(xué)生解答主要考查創(chuàng)新思維試題的應(yīng)試能力也得不到應(yīng)有的提高。

培養(yǎng)與積極思維定式有關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析能力，既要引導(dǎo)學(xué)生遵照科學(xué)探究的科學(xué)思維做細(xì)致嚴(yán)密的分析，還要訓(xùn)練學(xué)生能夠根據(jù)試題情境運(yùn)用最具緊密聯(lián)系的某個(gè)知識(shí)做出快速的驗(yàn)證、判斷，或縮小分析的范圍，從而迅速抓住思維目標(biāo)指向的能力，通過(guò)假設(shè)和對(duì)照進(jìn)行正向驗(yàn)證與反向驗(yàn)證即可認(rèn)定。學(xué)生在平常的訓(xùn)練中形成了積極思維定式，考試時(shí)解題速度就會(huì)變快；學(xué)生經(jīng)過(guò)了破除消極思維定式的訓(xùn)練，就可避免產(chǎn)生“一時(shí)想不到”的遺憾。