浅析生物学试题中的科学思维

林权　胡雪峰

摘要 基于对生物学科核心素养的理解，以2017年高考理综全国Ⅰ卷生物学试卷第38题为例，分析如何在生物学试题中渗透理性思维，并对学生理性思维的培养提出教学建议。

关键词 生物学试题 理性思维 核心素养 全国卷

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

科学思维作为生物学核心素养的重要组成部分，指学生基于大量的事实和理论依据，分析事物、解决实际问题的思维习惯或能力，包括运用归纳与概括、演绎与推理、分析与综合等方法的能力。以2017年高考理综全国Ⅰ卷生物学试卷第38题（以下简称“第38题”）为例，分析如何在生物学试题中渗透科学思维，并提出几点培养学生科学思维的教学建议。

1原题及分析

真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A（有内含子）可以表达出某种特定蛋白（简称蛋白A）。回答下列问题：

（1）某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是____。

（2）若用家蚕作为表达基因A的载体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用____作为载体，其原因是____。

（3）若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体，因为与家蚕相比，大肠杆菌具有____（答出两点即可）等优点。

（4）若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是____（填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”）。

（5）艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是____。

参考答案：

（1）基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A

（2）噬菌体 噬菌体的寄主是细菌而不是家蚕

（3）繁殖快，易培养，新陈代谢快

（4）蛋白A的抗体

（5）RNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体

分析：第38题是一道注重科学思维能力考查的试题。该题以基因工程的基本操作程序为背景：在知识方面，试题考查了基因的表达、载体的选择、受体细胞的特点、目的基因表达产物的检测鉴定、遗传物质的特性等内容；能力方面，注重考查考生的理解能力，要求考生从所给材料中获取有用的信息、理解基因工程中每个步骤的原理和方法、把握基因工程与其他相关知识点间的内在关联，建立系统全面的知识网络；在认知水平方面，注重从低级认知水平向高级认知水平逐渐递进，依次涉及的认知层次为回忆、总结、比较、推断和归因等（表1）。命题设立依循考生认知发展规律和思维习惯，帮助考生在作答时更好地发挥所需的思维方法。

2在生物学试题中渗透科学思维

2.1命题素材：源于教材又高于教材

教材蕴含的生物学知识的学习和考查，能够有效训练学生的科学思维。教材作为培养学生思维的一个重要载体，应发挥其最大作用。命题者应深入研究教材，延伸、细化知识网络框架，采取源于教材而高于教材的方式创建处于考生“最近发展区”的新情境，通过恰当的引导，让考生在已有知识基础上，运用逻辑推理等思维来回答问题，实现科学思维的考查。

第38题的命题素材是基因工程基本操作程序的相关知识点，“简述基因工程的原理及技术”这一具体内容标准为教学和试题命制都提供了较大的拓展空间。试题以基因工程中基本操作程序的实施原理为内在背景，采用处于考生“最近发展区”的拓展型素材，通过引导使考生产生相应的思维反应，建立拓展型素材与试题考查之间的联系，巧妙地考查考生的科学思维。依据源于教材而高于教材的准则选择命题素材，试题将升华为对生物学核心概念、科学思维能力的宏观考查。考生不能仅依借回忆知识来作答，而是需建立知识点间的网络系统，通过理解分析，运用科学思维解答问题。

2.2思维路线：遵循考生认知规律，注重思维逐渐提升

对第38题考查的科学思维进行分析，建立知识内容一认知水平一能力要求一科学思维的命题设计表（表1）。

第（1）题，学生通过阅读材料，在理解的基础上进行归纳，涉及到的认知水平包括记忆、理解；第（2）～第（4）题分别考查了载体的选择、受体细胞的特点和目的基因表达产物的检测鉴定等，使知识内容的考查全面具体，充分体现生物学科核心素养，考查学生的比较、分析和推理等理性思维；第（5）题，将艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验迁移到基因工程的知识背景中，对学生进行更深层次的科学思维考查。基因工程中目的基因导入受体细胞的步骤，能够表现出基因可转移到其他生物个体当中的特性。此外，肺炎双球菌转化实验中的“转化因子”从S型细菌转移到R型细菌中，亦存在“DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体”的现象。综上所述，该题主要考查的科学思维包括比较、分析、综合、抽象和概括等能力。

第38题以知识为载体，以科学思维为命题主线，展开对实验原理、方法、科学史的考查，要求考生运用归纳、概括、分析、综合、比较、推理、抽象等科学思维，解答生物学相关问题，强调对学生科学思维的训练，契合生物学核心素养的导向。在认知水平与能力要求方面，试题呈现层层深入的命制特点，贴近考生由浅渐深的思维习惯，考生的思维能沿着试题的导向发生同向改变，提高试题效度。

2.3命题设问：“多角度”设问法

设问要求考生在试题情境中作出对应思考和应答，关乎试题的信度和效度。命题者通过“多角度”设问，考查角度灵活多样，保障试题效度，且易调节试题难度。考生在面对“多角度”问题时，根据试题情境，应用不同的思维方法解决相关问题。

第38题的（1）、（4）题考查基因的表达和目的基因表达产物的检测鉴定两个生物学核心概念的应用，重点考查识记理解能力，对应低层次的认知水平。第（2）、（3）题采取基因工程与相关知识点结合的考查形式，是考查考生逻辑分析能力的一种好方式。第（5）题，创设一定的情境，重点考查考生的理解应用能力。该题按照考生的认知发展规律，多角度展开设问，形成试题情境与设问之间的联系，有效考查了考生的科学思维。

3教学建议

3.1创设问题情境，促使学生科学思维的形成

教师需具备将原始生物学问题转变为探究性生物学试题的能力，注重创设问题情境，加强学生发现、剖析和解决现实问题的能力。教师可以根据实际情况，对实验进行增补、设计、改进和优化，引起学生的思维碰撞，激发学习兴趣，从而培养学生的科学思维和观察能力。教师经常提问一些实践性的问题，激发学生的好奇心和求知欲，提高学生分析和解决实际问题的能力。

3.2重视过程教学，锻炼学生的科学思维

教师和学生在平时教与学的过程中应重视对科学研究过程的充分分析，使学生建立完善的科学研究思路。学习生命科学史时，教师要引导学生关注科学家发现问题和提出问题的过程，注重科学家们是怎样思考、怎样实验和怎样解决问题的，加强锻炼学生的科学思维；亦可进行适当设疑，结合学生已有的生活经验，循循善诱，让学生作为一个“探索者”运用逻辑思维和非逻辑思维获得科学的结论，训练学生的科学思维。

3.3鼓励学生勇于求异，发展科学思维

求异在于创造想象，如若思想倦怠、墨守成规就不可能造就出天才和发明家。教师在教学中要渗透敢想、敢干、勇于想象创造的情感、态度与价值观教育，鼓励学生勇于求异，突破思维定势，拓寬视野，探寻新思路，用独特的眼光和勇气去认识、改造世界。

总而言之，发展学生科学思维，训练学生的能力，可以开阔学生的思维领域，从而提升学生的能力和智力，达到素质教育的目的。