逆向思維類試題的解題思路
——以2022年高考生物全國甲卷為例

四川 王陽蘭

高考命題堅持穩(wěn)中有變的策略，在難度平穩(wěn)、區(qū)分度良好的前提下，每年的試卷和試題都有一定的變化。2022年高考生物全國甲卷的突出變化之一是逆向思維類試題比重增大。這種設(shè)問形式的改變，增強了對科學思維、科學探究等核心素養(yǎng)的考查，有利于提升考查難度和區(qū)分度。

1.逆向思維類試題的解題思路

逆向思維類試題是指在已知結(jié)果或結(jié)論的前提下，推測產(chǎn)生這種結(jié)果或結(jié)論的實驗思路、原因、條件等。解答逆向思維類試題需要打破固有思維，借助假設(shè)法、搭橋法、轉(zhuǎn)換法等策略突破思維障礙，從而創(chuàng)造性地解決問題。

1.1假設(shè)法：突破“結(jié)果—原因”類試題

在逆向思維類選擇題中，題設(shè)選項的本質(zhì)是科學探究中的多種可能性假設(shè)?！凹僭O(shè)法”解題思路是將各選項變?yōu)榧僭O(shè)，再依據(jù)各假設(shè)推理出預(yù)期結(jié)論，最后對比預(yù)期結(jié)論是否與題設(shè)結(jié)論一致。假設(shè)法將逆向思維的問題進行二次轉(zhuǎn)換，體現(xiàn)了假說—演繹法在解題中的運用。

【例1】(2022年，全國甲卷，第3題)植物激素通常與其受體結(jié)合才能發(fā)揮生理作用。噴施某種植物激素，能使某種作物的矮生突變體長高。關(guān)于該矮生突變體矮生的原因，下列推測合理的是

(A)

A.赤霉素合成途徑受阻

B.赤霉素受體合成受阻

C.脫落酸合成途徑受阻

D.脫落酸受體合成受阻

例1為“結(jié)果—原因”類試題，從實驗結(jié)果倒推原因，需要解決兩個問題：一是噴施的某種激素是赤霉素還是脫落酸？二是矮生原因是激素合成受阻還是受體合成受阻？通過如表1所示的兩輪假設(shè)，結(jié)合已有學科知識，檢驗預(yù)期結(jié)論是否符合題設(shè)要求，從而篩選出合理答案。

表1 假設(shè)法運用示例

1.2搭橋法：簡化“結(jié)果—思路”類試題

“搭橋法”解題思路的關(guān)鍵在于尋找已知條件與答案之間的聯(lián)系點，將解題步驟拆分為兩步：先分析已知條件與聯(lián)系點的關(guān)系，再基于聯(lián)系點分步梳理答案要點。由于逆向推理與學生的思維慣性相悖，且分步逆向推理的難度較大，合理運用搭橋法能夠?qū)⑼评磉^程進行拆分，用化整為零的方式簡化復(fù)雜問題。

【例2】(2022年，全國甲卷，第37題節(jié)選)(3)為了比較A、B降解石油的能力，某同學利用步驟②所得到的平板Ⅰ、Ⅱ進行實驗，結(jié)果如表所示(“+”表示有透明圈，“+”越多表示透明圈越大，“-”表示無透明圈)，推測該同學的實驗思路是在無菌條件下，將等量等濃度的A菌液和B菌液分別接種到平板Ⅰ的甲、乙兩孔處，平板Ⅱ也進行同樣的操作，在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間，比較兩個平板兩孔處的透明圈大小并記錄，根據(jù)透明圈大降解能力強，透明圈小降解能力弱，比較A、B降解石油的能力。

菌株透明圈大小平板Ⅰ平板ⅡA+++++B++-

例2為“結(jié)果—思路”類試題，要求學生已知實驗結(jié)果逆向?qū)懗鰧嶒炈悸?。解題的關(guān)鍵在于找到結(jié)果與思路之間的聯(lián)系點，即自變量和因變量(如表2所示)。首先，從實驗結(jié)果分析出自變量為菌株種類、平板種類，因變量為菌株降解石油的能力。然后，基于以下兩個問題梳理實驗思路。一是如何處理自變量？應(yīng)將菌株A、B分別接種到平板Ⅰ、Ⅱ。二是如何觀測因變量？菌株降解石油能力的觀測指標為透明圈大小，且透明圈大小與降解能力成正比。

表2 搭橋法運用示例

1.3轉(zhuǎn)換法：巧解“結(jié)論—結(jié)果”類試題

“轉(zhuǎn)換法”是一種將逆向思維轉(zhuǎn)換為順向思維的解題思路。具體方法是將題設(shè)問題進行等價轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)變提問角度將思維方式“反逆為順”。轉(zhuǎn)換法有利于將陌生的設(shè)問方式歸化為熟悉的解題思路，從而降低思維難度。

【例3】(2022年，全國甲卷，第32題改編)已知玉米籽粒的糯和非糯是由1對等位基因控制的相對性狀。為了確定這對相對性狀的顯隱性，某研究人員將糯玉米純合體與非糯玉米純合體(兩種玉米均為雌雄同株)間行種植進行實驗，果穗成熟后依據(jù)果穗上籽粒的性狀，可判斷糯與非糯的顯隱性。若實驗結(jié)果是糯性植株上全為糯性籽粒，非糯植株上既有糯性籽粒又有非糯籽粒，則糯是顯性；若實驗結(jié)果是非糯性植株上只有非糯籽粒，糯性植株上既有糯性籽粒又有非糯籽粒，則非糯是顯性。

本題改編自教材課后習題，原題考查玉米甜與非甜的顯隱性判斷。教材習題是順向思維，由實驗結(jié)果推出實驗結(jié)論。例3則與之相反，為“結(jié)論—結(jié)果”類試題，要求學生在已知實驗結(jié)論的情況下去倒推實驗結(jié)果。題設(shè)的預(yù)期實驗結(jié)論可以等價看作實驗假設(shè)(如表3所示)，將解題思路轉(zhuǎn)換為順向推理。比如，若糯是顯性，則假設(shè)糯性植株的基因型為AA，非糯性植株的基因型為aa。由實驗假設(shè)順向推出實驗結(jié)果，糯性植株上的自交子代為AA，雜交子代為Aa，全為糯性；非糯性植株上的自交子代為aa，雜交子代為Aa，既有糯性又有非糯性。

表3 轉(zhuǎn)換法運用示例

2.培養(yǎng)逆向思維的啟示

在高考復(fù)習中可以通過發(fā)展理性思維、增強實證意識、啟蒙科學論證等途徑，提升逆向思維能力，落實科學思維和科學探究核心素養(yǎng)。

2.1發(fā)展理性思維

面對多種可能性假說時，科學家需要基于實驗證據(jù)或理論依據(jù)進行理性分析。在復(fù)習中，可以基于教材經(jīng)典實驗結(jié)果，培養(yǎng)提出假說與評價假說的能力，有利于提高“結(jié)果—原因”類試題的解題能力。

以肺炎鏈球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗為例，可以基于實驗結(jié)果提出多種假說并討論其合理性：①S型菌未被高溫殺死，②S型菌死而復(fù)生，③加熱殺死的S型菌使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌，④S型菌的DNA使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌。討論：以蛋白質(zhì)在高溫變性且不可逆為依據(jù)，反駁假說①②；以DNA無毒性、基因控制合成的英膜使菌體產(chǎn)生致病性為依據(jù)，反駁假說④；以基因重組的原理為依據(jù)，支持假說③。

2.2增強實證意識

北大附中于璇老師曾說，每一節(jié)生物課都是實驗課。從教材結(jié)論出發(fā)，去逆向?qū)ふ医Y(jié)論背后的證據(jù)，有利于提高“結(jié)果—思路”類試題的解題能力。

以尋找內(nèi)共生假說的支持性證據(jù)為例，可以思考討論：如何驗證真核細胞的線粒體來源于原核細胞？第一種思路：從線粒體的功能出發(fā)，已知有氧呼吸第三階段的場所在線粒體內(nèi)膜。若線粒體來源于被內(nèi)吞的原核細胞，則線粒體內(nèi)膜來源于原核細胞，即原核細胞相應(yīng)的反應(yīng)場所應(yīng)為細胞膜。若原核細胞與線粒體內(nèi)膜上含有相同的呼吸酶，則支持內(nèi)共生假說。第二種思路：從線粒體的結(jié)構(gòu)出發(fā)，已知真核細胞與原核細胞的核糖體結(jié)構(gòu)不同，且某抗生素只能與原核細胞核糖體結(jié)合。若該抗生素能夠與線粒體的核糖體結(jié)合，則支持內(nèi)共生假說。

2.3啟蒙科學論證

逆向思維是對結(jié)果或結(jié)論的逆向論證，其本質(zhì)為科學論證。適當補充了解經(jīng)典科學實驗作為支持性證據(jù)，有利于從科學家的思維方式中獲得啟發(fā)，增強分析復(fù)雜情境信息的能力。在已知結(jié)論的前提下，預(yù)測經(jīng)典科學實驗的結(jié)果，能夠像科學家一樣思考，有利于提高“結(jié)論—結(jié)果”類試題的解題能力。

以證明核糖體RNA不是遺傳信息傳遞的信使為例，Volkin和Astrachan等人的經(jīng)典實驗：①在15N培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌，使其核糖體為比重大的重核糖體；②轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)，同時用噬菌體侵染細菌；③用密度梯度離心將輕、重核糖體分離。閱讀實驗設(shè)計后，分析預(yù)期的實驗結(jié)果為核糖體全為重核糖體。