基于理性思维的高中生物学原创试题命制探索

唐东辉

(江苏省南通市天星湖中学 226010)

理性思维是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维，它是一种有明确的思维方向，有充分的思维依据，能对事物或问题进行观察、比较、分析、综合、抽象与概括的一种思维[1]。理性思维是生物学科的核心素养之一，高中生物学试题的命制应从知识立意向能力立意转变，注重考查学生的理性思维，提升归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等能力，以养成科学的思维品质与习惯。

1 基于理性思维的原创试题命制列举

1.1 基于生物学核心概念，考查学生归纳与概括思维能力 生物学核心概念是在错综复杂的生物学现象、生物学事件和生物学过程的基础上归纳、推理出来的结论，是对同一类生物学问题本质特征的抽象和概括，具有高度的概括性和统摄性[2]。核心概念具有普遍的迁移功能，是学科教学价值的集中体现，也是学生学习生物学的重要内容，而学生对核心概念的理解是在具体事实的基础上进行归纳和概括。

例1 如图为线粒体中部分大分子物质来源的示意图，其中①～③表示相关过程，酶系甲、乙、丙表示相关过程需要的一系列酶。请回答下列问题：

(1)催化过程①的酶是________，催化过程③的酶有________。

(2)与过程②相比，过程①中特有的碱基互补配对方式是________。

(3)已知溴化乙啶能抑制图中过程①，用溴化乙啶处理细胞后，检测参与过程①的酶的量和活性，发现都没有降低，说明该酶是受________中基因控制。溴化乙啶处理细胞后，有氧呼吸过程中将受到影响的物质变化是________。

(4)用α-鹅膏蕈碱处理细胞后发现，细胞质基质中RNA含量显著减少，则有氧呼吸的第________阶段会受到影响。

(5)线粒体被称为半自主性细胞器，据图分析，理由是________。

命题立意：本题以线粒体中部分大分子物质来源为背景考查基因表达等相关知识。“转录”和“翻译”是高中生物学中的核心概念，两者既相对独立，又密切联系、彼此影响。判断学生对核心概念的掌握与否不是以熟练背诵或复述为依据，应以能否通过归纳概括，理解概念的本质，解决实际问题为标准。此题(1)(2)问考查转录和翻译过程的区别；(3)(4)问考查学生利用概念解决实际问题的能力；尤其第(5)问，要求学生能分析图解，归纳和概括“半自主性细胞器”这一生物学核心概念，要求较高。参考答案：(1)RNA聚合酶 解旋酶、DNA聚合酶(和DNA连接酶) (2)T-A (3)细胞核(或染色体) 还原氢和氧气结合生成水 (4)一、二、三 (5)线粒体自身具有一套遗传表达系统，但其转录、翻译等过程必须依赖于核基因。

1.2 基于生物学规律，考查学生演绎与推理思维能力 生物学规律是生命现象、生命活动在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映，是科学研究的结晶。高中生物学学习中，要求学生能运用已知的生物学规律，对相关生命现象进行探讨或预测，而这正是演绎和推理的过程，从一般性的前提出发，经推导得出具体的陈述或个别结论，要求学生对思维保持高度的严密性和一贯性[3]。

例2 果蝇的眼色中有白色(不含色素)、红色和紫色3种，细胞中红色色素的合成必需有基因A控制合成的酶催化。若细胞中基因D控制合成的酶存在时，红色色素会转化为紫色色素，使眼色呈紫色。当细胞中不能形成红色色素时，眼色为白色。现以两个纯系果蝇进行杂交实验，结果如图。请回答下列问题：

(1)根据F1表现型，可以推测等位基因______位于X染色体上，控制果蝇眼色的两对基因遗传时遵循______定律。

(2)F1中红眼雄果蝇产生的精子的基因组成有______。F2中紫眼雌果蝇的基因型有______。

(3)若让F2中全部红眼雌果蝇测交，则后代表现型及比例为______。

(4)若让F2中全部紫眼雄果蝇与白眼雌果蝇随机交配，则后代中白眼雄果蝇所占比例为______。

命题立意：本题以果蝇眼色的遗传为研究背景，考查基因分离和自由组合定律的应用。此题的正确解答，要求学生在理解果蝇眼色发生机制的基础上，结合豌豆两对相对性状的杂交实验，充分把握9∶3∶3∶1这一性状分离比及其变式，通过缜密地演绎和推理，得知相关基因的位置及有关个体基因型，并能对后代某表现型出现的几率进行准确的预测，整个思维过程环环相扣、层层递进。参考答案：(1)D、d 基因自由组合定律 (2)AXd、aXd、AY、aY AAXDXd、AaXDXd(3)红眼雌果蝇∶红眼雄果蝇∶白眼雌果蝇∶白眼雄果蝇=2∶2∶1∶1 (4)1/6。

1.3 基于生物学模型，考查学生模型与建模思维能力 模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所做的一种简化的、概括性的描述，是认识和阐明生命活动规律、原理的重要方法之一，其形式主要包括物理模型、概念模型和数学模型。学生通过对模型的解读，能获得生物学的基本概念、原理、规律，揭示生命现象的本质，同时培养了学生的建模思维和建模能力。

例3 如图为人在失血后血压调节的部分过程，请分析回答：

(1)引起肾上腺髓质分泌肾上腺素的调节方式是______。与过程B相比，过程A具有______等调节特点。

(2)不同类型的血管紧张素经______运输到全身，但仅作用于靶细胞，是由于相应的受体只分布在靶细胞中，其根本原因是______。

(3)临床上，医生诊断高血压病人的病因时，通常需要B超检查肾上腺皮质是否增生，这是因为肾上腺皮质增生会导致______，进而促进肾小管和集合管主动重吸收Na+，使血浆渗透压______，引起血量增加。

(4)若某人在车祸中受伤失血的同时下丘脑也受损，则血量恢复正常会更难，原因是______。

命题立意：本题以人失血后血压调节为背景，以生物学模型为呈现方式，考查神经、体液调节知识。血压的调节是一个复杂的生理过程，借助文字与箭头构建模型，使抽象问题具体化、直观化，利于学生阐明相关生命活动的原理。此题的考查，旨在指导学生学会对模型解读的同时，引导学生围绕“血糖平衡”“体温平衡”等生物学知识自主构建模型，认识生命本质，提升建模能力。参考答案：(1)神经调节和体液调节 反应迅速、作用时间短暂、作用范围准确 (2)体液(血液) 基因选择性表达 (3)醛固酮分泌增加 升高 (4)下丘脑损伤会使抗利尿激素分泌减少，尿量增加，血量减少。

1.4 基于生物科学史，考查学生批判性思维能力 批判性思维是就一定的观点和行为构建一个合理且公正的判断，应具备监控自己思维过程、发现错误并进行更正的能力，要求理由充分，逻辑严密。生物科学史体现了科学家发现问题、寻找证据、合理推理和得出结论的探索历程，学生通过体验科学家这种不断深化对问题认识的过程和科学探究的精神，对自身批判性思维能力和科学素养的提高具有重要意义。

例4 1958年，Meselson和Stahl通过一系列实验首次证明了DNA的半保留复制，此后科学家便开始了有关DNA复制起点数目、方向等方面的研究。试回答下列问题：

(1)由于DNA分子呈______结构，DNA复制开始时首先必需解旋，从而在复制起点位置形成复制叉(如图1)。因此，研究中可以根据复制叉的数量推测______。

(2)1963年Cairns将不含放射性的大肠杆菌(拟核DNA呈环状)放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养，进一步证明了DNA的半保留复制。根据图2的大肠杆菌亲代环状DNA示意图，用简图表示复制一次和复制两次后形成的DNA分子。(注：以“……”表示含放射性的脱氧核苷酸链)。

(3)为研究DNA的复制从一点开始以后是单向还是双向进行，用不含放射性的大肠杆菌DNA放在含有3H-胸腺嘧啶的培养基中培养，给以适当的条件，让其进行复制，得到图3所示结果，这一结果说明______。

(4)为了研究大肠杆菌DNA复制是单起点复制还是多起点复制，用第(2)题的方法，观察到的大肠杆菌DNA复制过程如图4所示，这一结果说明大肠杆菌细胞中DNA复制是______起点复制的。

命题立意：本题以经典科学实验研究为背景，考查学生对DNA复制过程的理解。“DNA的复制”这一核心概念的建立，是以实验为支撑，逐步探明了DNA的半保留复制、DNA的半不连续复制及DNA复制的起点、方向等问题，是一条曲折且充满智慧的科学发展史。以科学史为素材命制试题，能引导学生重温每段经典的科研历程，同科学家一起对生物学现象不断地质疑和论证，揭示问题的实质，是培养学生批判性思维的有效途径之一。参考答案：(1)(规则)双螺旋 复制起点数量 (2)图略 (3)DNA复制是双向的 (4)单。

2 基于理性思维命题实践的反思

2.1 情境创设应真实、科学 情境是问题的出发点和归宿，理想情境材料的选择是测量目标和考试内容有机结合的基础。高中生物学原创试题的情境材料一般源于经典考题、高校教材以及科研论文等，在试题命制时，要根据考试测量目标，试题情境呈现的信息量，对素材进行适当的加工处理，剔除冗余和干扰信息，用简要、精炼的语言或符号呈现试题信息，而这一切必须基于真实的科学研究或生物学原理，以确保试题的科学性和权威性，同时使学生认识到自然科学研究的真实性和严谨性。

2.2 试题的设问应指向明确 原创试题命制的核心是问题的设计，设问时主要指向学科主干知识及基本技能，尽可能清晰、直接，确保试题的公平性、规范性。普通高中生物课程标准(征求意见稿)中规定了考试应测的核心素养目标及其行为标准(如技能和能力、过程和方法、情感与价值观)，这是问题设计的直接依据。因此，设问应围绕如何有效地激发学生的思维，如何全面考查学生的能力，如何考查科学思想与方法、科学态度与精神，以达到评价考生应具备相应核心素养的目的。

2.3 考查要求层次应设计合理 理性思维是一个抽象概念，为了便于测量，根据学业质量标准将其测量维度具体化，制订成1～4级测量等级指标，以达成测量指标的针对性、测量内容的科学性和测量方法的可行性。

为此，在原创试题命制时，应明确测试类型，依据学业质量标准编制双向细目表，确定试题的题型、题量，并对学习内容的考查要求层次科学地分成若干级水平，从而区分出不同素养水平的学生。