摆脱唯一答案 引导创新思维——以2015年高考生物学北京卷开放性试题为例

孙 鹏 管 旭

(北京教育考试院 100083)(中国人民大学附属中学 北京 100080)

1试题类型与创新思维

试题类型有多种划分方法。从题目开放性的角度，通常可分为开放性试题和封闭性试题。一般说来，封闭性试题具有确定的条件、方法和答案，开放性试题是与封闭性试题相对的、没有固定答案或唯一结论的一种试题形式，它在很大程度上弥补了封闭性试题的种种不足，特别在考查学生思维的灵活性和广泛性，考查学生的实践能力和创新意识等方面有着封闭性试题所无法取代的优点[1，2]。可见，开放性试题更能够考查考生的创新思维和创新能力。

2015年高考生物学北京卷中增加了一定数量的开放性设问。这种变化，一方面有助于创新人才的选拔；另一方面有利于引导中学生物学教学更加注重对学生的创新思维、创新能力和创新精神的培养。

2典型试题评析

例1 (2015年高考北京卷理科综合能力测试第29题) 为探索治疗机体对某种药物依赖的有效途径，我国科研人员进行了如下研究。

(1)将大鼠置于自身给药箱中(如图)。当大鼠按压非给药杆时指示灯不亮，药泵不给药；按压给药杆时指示灯亮，药泵通过静脉导管向大鼠注射一定量药物。灯亮时，光刺激大鼠视网膜，引起视神经细胞产生________，传至末梢，释放________，作用于突触________上的受体。信息传至视中枢，产生视觉。多次重复训练后，大鼠在光信号与给药之间建立联系。当单位时间内大鼠按压给药杆的次数达到一定程度时，即可被视为对该药物形成依赖。以下将这种大鼠简称D鼠。

(2)研究发现，D鼠相关脑区内酶A含量和活性均明显升高。为探讨酶A活性对药物依赖的影响，在两组D鼠相关脑区注射酶A活性抑制剂或生理盐水后，再分别放入自身给药箱，记录单位时间内两组D鼠________。与对照组相比，若抑制剂组的D鼠________，则表明抑制酶A的活性可以降低D鼠对药物的依赖。

(3)研究者设计了一种能与编码酶A 的mRNA互补结合的、含22个核苷酸的RNA，它能进入细胞，促进编码酶A的mRNA降解。将这种小RNA用溶剂M溶解后，注射到D鼠相关脑区，引起酶A含量明显下降，D鼠对药物的依赖降低。进行本实验时，要同时进行一个对照处理，将一段小RNA用________(填“生理盐水”或“蒸馏水”或“溶剂M”)溶解，注射到D鼠的相关脑区。这段小RNA的最佳设计为：与实验组使用的小RNA相比，其核苷酸的________(多选，只填序号)。

a．种类相同 b．种类不同

c．数目相同 d．数目不同

e．序列完全相同 f．序列完全不同

若此对照组D鼠相关脑区内酶A含量无明显变化，则可以证明________等因素对实验组结果无影响。

参考答案：(1)神经冲动/兴奋 神经递质 后膜 (2)按压给药杆的次数 按压给药杆次数明显少 (3)溶剂M a、c、f 溶剂M、不能和编码酶A的mRNA形成互补结合的小RNA、给药方法。

解题思路：第(1)题略。第(2)题在第(1)题定义了D鼠的生理学含义之后，以“研究发现，D鼠相关脑区内酶A含量和活性均明显升高”的实验结果，将考生引向对设计一个新实验的思考：需要如何设置对照？采集哪些实验数据？出现何种实验结果将能说明“抑制酶A的活性可以降低D鼠对药物的依赖”？这一小题已经交代了对照处理的设置方法，考生在解题时需要看完本小题全部内容，然后从实验结论倒推前面两个空的答案。若要得出抑制酶A活性可以降低D鼠对药物依赖的结论，这一实验的预期结果应该是注射抑制剂D鼠的自身给药量低于注射生理盐水的D鼠，需要记录的应该是能够直接反映两组D鼠对药物需求量的指标。结合题干图示和第(1)题所给信息，能够反映D鼠对药物需求量的指标有多个：按压给药杆的次数(取药次数)、指示灯亮次数、药泵中药物的减少量(取药量)，这些都可以回答第一空的问题。第二空的答案应与第一空所答相对应，即按压给药杆的次数(取药次数)明显少、指示灯亮次数明显少或药泵中药物的减少量(取药量)明显少。

第(3)题在介绍了从翻译水平抑制酶A生成的实验结果后，展开对考生实验设计能力的考查。科研人员在将一段能“导致编码酶A的mRNA降解”的小RNA用溶剂M溶解后，注射到D鼠的相关脑区，D鼠按压给药杆的次数也会下降。为了说明这种设计出来的“能与编码酶A 的mRNA互补结合、含22个核苷酸的RNA”的作用是特异性的，需要进行对照实验。与实验组所用小RNA相比，对照实验中可选用的小RNA在三个属性上可能存在差别，即组成该小RNA的核苷酸的种类、数目和排列顺序。这三个属性中，若核苷酸序列完全相同，则其种类和数目也必定相同，即与实验组为同一小RNA。在核苷酸序列完全不同时，保证核苷酸的种类和数目相同，可以更好地保证对照实验中变量的唯一性，所以在题目要求同时进行的“一个”对照处理中，这样的设计应为最佳方案。这一实验再次证明了酶A与药物依赖的关系。为证实注射这种小RNA可使D鼠按压给药杆的次数下降，需要排除对实验结果可能有影响的因素：①不能特异性结合的小RNA/小RNA的非特异性作用；②溶剂M；③给药方式(包括注射时的针刺和在相关脑区进行的手术操作)。这3种因素可以通过注射与实验组小RNA的核苷酸种类和数目均相同，但核苷酸序列完全不同的小RNA进行对照实验来排除。

评析：本题以我国科学家探索治疗机体对某种药物依赖的途径进行的科学研究为试题背景展开，综合考查了多方面的生物学知识。从本题的解题思路可以看出，第(2)题和第(3)题的最后一个空，具有一定的开放性。对于第(2)题，考生只要能够把握住问题的实质，回答问题的角度可以有若干个，答案并不唯一。这种设问方式对考生的思维限定较少，考生可以根据自己对题目中实验的理解进行分析、作答。第(3)题的最后一空，需要考生综合整道题给出的关于实验的全部信息，答出不止一方面内容。在考查考生对实验中对照处理的理解、设置对照处理的能力的同时，检验了考生思维的开阔性、灵活性和严谨性。回答第29题中这种开放性的问题，考生不能照搬教材中的知识内容，也无法套用固定的解题模式，必须亲自参与到题目情境中来，深入理解题目背景，综合题目信息，通过自主分析思考，解释、解决科学实践中的问题。这种考查方式，不但实现了考查考生参与、探究和实践的功能，而且具有良好的区分效果。

例2 (2015年高考北京卷理科综合能力测试第30题) 野生型果蝇的腹部和胸部都有短刚毛，而一只突变果蝇S的腹部却生出长刚毛。研究者对果蝇S的突变进行了系列研究。用这两种果蝇进行杂交实验的结果见图。

(1)根据实验结果分析，果蝇腹部的短刚毛和长刚毛是一对________性状，其中长刚毛是________性性状。图中①、②基因型(相关基因用A和a表示)依次为________。

(2)实验2结果显示：与野生型不同的表现型有________种。③基因型为________，在实验2后代中该基因型的比例是________。

(3)根据果蝇③和果蝇S基因型的差异，解释导致前者胸部无刚毛、后者胸部有刚毛的原因：________。

(4)检测发现突变基因转录的mRNA相对分子质量比野生型的小，推测相关基因发生的变化为________。

(5)实验2中出现的胸部无刚毛的性状不是由F1新发生突变的基因控制的。作出这一判断的理由是：虽然胸部无刚毛是一个新出现的性状，但________，说明控制这个性状的基因不是一个新突变的基因。

参考答案：(1)相对 显 Aa、aa (2)两 AA 1/4 (3)两个A基因抑制胸部长出刚毛，只有一个A基因时无此效应 (4)核苷酸数量减少/缺失 (5)新的突变基因经过个体繁殖后传递到下一代中不可能出现比例高达25%的该基因纯合子。

解题思路：第(1)、(2)、(4)、(5)题略。第(3)题考生需要在理解前两道小题的基础上，通过遗传背景进一步分析果蝇③胸部无刚毛、果蝇S胸部有刚毛的原因。果蝇③的基因型为AA，果蝇S的基因型为Aa，可以从两个方面进行推断：一是基因的剂量效应，即两个A基因会抑制果蝇胸部生出刚毛，而仅有一个A基因时无此效应；二是基因的显隐性，这里也可以从两个角度作答：①在决定胸部是否有刚毛这对相对性状上，原有的等位基因A的作用是隐性的；②在决定胸部是否有刚毛这对相对性状上，原有的等位基因a的作用是显性的。

评析：本题以对果蝇的一项遗传学研究为命题材料，从一个看似简单的果蝇突变入手，层层深入，让考生张开想象的翅膀，展开合理的推理与分析，综合考查考生多方面的能力。本题第(3)题是一个开放性较强的问题，引导考生结合实验2中出现的少见的遗传现象，深入思考并解读基因与性状的关系，考查了考生灵活运用所学的遗传知识和逻辑分析能力，对一种以往很少见过的、新的遗传现象进行独立思考、自主判断、大胆推测并作出合理解释，从而得出新规律、创造新结论的能力，以及用科学术语进行表述的能力。这样的问题，由于具有解题途径、解题方法和题目答案均比较开放的特点，为考生进行更高层次的思维过程创造了条件，能够较好地考查考生高层次的思维能力，因而能够激发考生独立思考和勇于探究的精神，鼓励考生展现创新方法、创新推理和创新解答，有助于发挥高考试题在创新型人才选拔和培养中的积极作用。

3对高中生物学教学的导向

近年来，高考生物学北京卷的多数试题都是以最前沿的科学问题为背景命制的。试题用生动有趣的图表和浅显易懂的文字，将与高中生物学内容相关的科研成果凝练为中学生读得通、看得懂、想得清的内容，引导学生热爱科学、勇于探究。试题多以科学的思维维逻辑呈现并将实验探究的方法贯穿其中，为不同水平的考生提供了展示所学知识与能力的平台。尤其是在试题中增加一定数量的开放性设问，更加有利于考查学生的发散性思维，而发散性思维具有的三个特征(变通性、流畅性和独特性)被认为是创造力的主要组成部分[3]。

当前，在高中教学中“题海战术”仍是很多学校和教师的“法宝”。在经过大量、反复的应试训练后，学生在做题时往往已经形成了心理定势，创造性思维被严重束缚，最怕见到新情境的试题、新角度的设问。在深化高考考试内容与形式的改革背景下，高考生物学北京卷通过设置一定量的开放性问题，意在借助高考试题对教学的反拨作用，引导教师摒弃题海战术式的教学、复习模式，在夯实基础的同时，更加注重学生能力的提高。倡导学校积极开展创新教育，注意培养学生的发散思维能力、批判性思维能力和联想思维能力，增强学生大胆创新的精神，提高创新素养。