例谈中考生物学试题对科学思维的考查

李 莉

(山东省烟台市教育科学研究院 烟台 264003)

科学思维是生物学学科核心素养之一，是建立在证据和逻辑推理基础的思维，它有明确的思维依据和思维方向，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，是学科核心素养的标志和关键[1]。科学思维贯穿在初中生物学学习中，初中学生在认知活动中，形成的科学思维意识和能力，可以内化为个体的思维方式和行为方式，不仅有助于智力水平的提升，而且能提升人生境界，是学生终身的学习成果。中考是对学生学科知识和核心素养的综合评价，科学思维是考查的重点内容之一，本文尝试分析中考生物学试题在分析与综合、归纳与演绎、抽象与概括、批判性思维四个方面对学生科学思维能力的培养。

1 应用证据和逻辑考查分析与综合能力

思维是在表象概念基础上进行分析综合、判断推理等理性认识活动的过程。证据和逻辑是科学思维的基础。来自于科学观察、科学实验所获得的科学事实可以成为证据，依据证据分析与综合，寻找规律、形成观点的逻辑过程，也是科学思维能力的形成过程。

例1 (2017.烟台中考)图示某生物兴趣小组用金鱼藻设计的实验装置，观察在离不同距离灯光照射下，试管产生的气泡数目，得到的数据如下。综合分析数据，您认为不能得出的规律或观点是( )

A. 植物离光源越近产生的气泡数目越多

B. 植物与光源的距离与产生的气泡数呈负相关

C. 光照越强，植物的光合作用越强

D. 光照时间越长，植物的光合作用越强

评析： 光合作用被称为地球上最伟大的化学反应，人们对它的认识经历了漫长的过程。其中，绿色植物在光下能够产生氧气，是在课堂教学中通过金鱼藻实验就可以形成的小概念。因此通过以上经典实验，可以引导学生理解证据的作用，强调规范地获取证据、综合分析数据，就可获得A、 B、 C答案所表述的客观规律。通过试题，检测学生的素养和教学的效果。

2 通过实例分析考查归纳与演绎推理能力

归纳就是在个别中发现一般；演绎就是在一般中发现个别。人们对事物的认识往往从个别开始，然后扩展到一般，再从一般进一步认识个别。在科学发展过程中，任何一个理论的形成，都是建立在大量观察和实验基础上的。生物学重要概念的形成过程中，往往需要对多个经典的实验现象进行逻辑分析，通过对不同观点的归纳或演绎推理，得出的结论是学生形成相关概念的重要依据。一些概念的形成就是归纳的结果，而对这些概念进行检验和运用则体现了演绎的思维方法。

例2 (2016.烟台中考)美国心理学家桑代克通过对动物行为的大量观察和实验提出了“尝试与错误”学习理论。下列观点是在对动物行为研究基础上形成的，其中应用归纳法获得的结论是( )

A. 蚯蚓走迷宫实验证明，低等动物也具有学习行为

B. 鸡和狗都能学会绕道取食，但鸡的尝试次数比狗多

C. 动物越高等，形成某行为的“尝试与错误”次数越少

D. 小鼠走迷宫实验证明，小鼠“尝试与错误”的次数越多，用时就越少

评析： 动物的行为是动物本质特征中的重要方面。特别是对动物“尝试与错误”的行为研究，很容易让学生结合自身学习实际，透过现象看本质，提高对认知学习理论的深刻认识。试题呈现的四个经典实验中，“蚯蚓走迷宫实验”是教材上的间接探究，“鸡和狗的绕道取食实验”是课外探究，“小鼠走迷宫实验”是课堂上的直接探究，通过对实验结果的分析比较，就应用归纳法获得“动物越高等，形成某行为的‘尝试与错误’次数越少”的结论。启迪学生在探究活动过程中，最终要落脚在应用归纳法分析现象形成概念上。试题直接点出归纳法，检测学生对分析问题的思维方法的掌握。

例3 (2015.烟台中考)呼吸是动物重要的生理特征。不同的动物呼吸的结构或器官差异很大，但其功能都是最大限度地吸收O2，排出CO2。回顾你的实验过程，回答下列问题：

(1) 最原始的单细胞动物A用[ ]____________呼吸。制作临时装片观察时，要用吸管从培养液的表层吸取A，原因是____________。

(2) 观察B时，要经常往其体表滴水以保持湿润，原因是____________；观察C时，发现该物种已具有了呼吸器官[ ]____________；观察D时，发现其体表具有与体内气管相连的[ ]____________，是气体出入的门户。

(3) 鱼是如何在水中完成呼吸的？某实验小组利用BTB指示剂遇CO2由蓝色变黄的特性进行了E实验，对实验现象的解释是： ____________。

(4) 探究鸟类适于飞行生活的形态结构特点时，发现F具有完善的呼吸系统，其身体里有发达的[ ]____________与肺相通，每呼吸一次，在肺里进行两次气体交换，这种特有的呼吸方式是____________。

(5) 各类动物呼吸器官的结构特征与其功能的关系是什么？在动物的进化历程中，呼吸器官的结构和功能逐步完善，体现了怎样的进化规律？

评析： 试题以六个真实的学生认知活动情境为主线，以不同的动物呼吸系统或器官的结构及功能为切入点，针对呼吸器官结构的“是什么”、实验现象的“为什么”和归纳总结的“怎么样”三个层面进行考查。题干中已经明确了动物呼吸的本质的基础上，从“为什么”层面对A草履虫和B蚯蚓及E鱼的呼吸过程分析，考查学生应用演绎推理解释现象的能力。同时，对五类动物进行了呼吸的结构或器官结构与分类的双重考查；再对动物呼吸的结构和功能进行概括和总结，归纳出结构与功能的关系和进化的规律。试题的综合性充分体现了统一观和进化观的高度融合。

3 在思维对话中考查抽象与概括的能力

中学生物学主要的教学内容是生物学概念，抽象与概括是形成概念的重要思维方法。抽象是指抽取客观事物的一般的、本质属性；概括是指把抽象出来的个别事物的本质属性连接起来，推及到其他同类事物上去，从而归结全类事物的共性。

例4 (2014．烟台中考)在学习了“生命的起源”后，几位同学针对我国著名思想家老子的话“天下万物生于有，有生于无”展开辩论，您认为没有道理的观点是( )

评析： 教学的本质意义是师生和生生之间借助教材文本或探究实验过程中进行的思维对话[2]。“生命的起源”一节教学的能力目标是应用证据和逻辑作出科学的推测。重点在具体事例分析中对生命的起源有一个整体上的认识。因此，通过学生之间对老子“天下万物生于有，有生于无”的思维对话中，可判断A、B、C三位学生能够在事实和逻辑的基础上作出科学合理的推测，并应用抽象与概括形成自己的观点。只有D的认知逻辑错误，因此观点不成立。

4 在理解证据的过程中提升批判性思维能力

批判性思维是指对所学东西的真实性、精确性、性质与价值进行个人的判断，从而对做什么和相信什么作出合理决策。在科学实验、探究活动中，应用批判性思维技能的训练，会引导学生更加强调合乎规范地获取证据，评价证据，并运用证据和逻辑去质疑、辩论；更加关注科学家基于新证据提出的新的假设，关注证据到结论的推理逻辑；在阐述理论、观点、规律时，呈现更为完整的论证过程。

例5 (2013.烟台中考)在探究“绿叶在光下制造有机物”时，因受时间和条件的限制，教材为我们提供了实验方案，但实验要在认同实验原理的前提下进行，以下是某小组同学在实验前依次进行的对话，请分析其中蕴含的科学思维和方法。

(1) 乙同学提出的实验方法在科学研究中称之为____________，实验的变量应该是____________。

(2) 甲同学提出的检验方法，应该是受“____________”实验的启发，利用了____________的特性。

(3) 丙同学是对实验结果的猜测，猜测或假设一般是根据____________作出的。

(4) 丁同学的观点是消除叶中原有淀粉和____________对实验结果的影响，体现了实验的科学性。消除叶片中原有淀粉的方法是____________。

评析： 论证是批判性思维的核心，包括质疑、推理和判断三个环节[3]。从学生的思维对话中体现出寻找证据、运用逻辑等较为完整的论证过程。甲同学是利用前概念，通过移植思维提出了验证方法；乙和丙同学提出的对照实验的方案中控制了变量并对结果作出猜测；丁同学的质疑体现了思维和严谨性，使实验方案更符合逻辑。试题着重引导学生建立尊重实证、寻求论证逻辑的严谨以及发展理性的怀疑精神，形成多元思考、平等讨论的意识和宽容的品质。

科学思维能力是目前中国公民的素养短板，中考是对学生学科知识和核心素养的综合评价，科学思维是考查的重点内容之一，考查的落脚点应该在学生生物学学科素养和未来发展潜能的提升上。本文虽然从分析与综合、归纳与演绎、抽象与概括、批判性思维四个方面的科学思维进行了评析，但在真实的应用科学思维解决问题以及在训练各种思维能力过程中，几种思维方式却没有明确的界限和区别。因此，通过对中考试题的评析，旨在启示初中生物教师在指导学生对生物的认知过程中，必须注重现实情境和真实的认知过程体验，信赖并形成科学思维的习惯，能够运用科学思维探讨生命现象及规律，审视或论证生物学议题；也要重视引导学生建立尊重实证、寻求论证逻辑的严谨以及发展理性的怀疑精神，形成多元思考、平等讨论的意识和宽容的品质；更加注重对学生问题意识、实证意识和科学思维的培养[4]，在事实和经验的基础上通过认知逻辑获得相关概念，并从生命观念的高度加深对生命世界的理解和认识，才会真正促成学生从学会事实到学会学习的转变。这样的考试既能正确评价初中生物教与学的实际情况，又能为发展学生的生物学核心素养这一生物学课程的根本目的服务，对当前的初中生物学教学起到很好的引领作用。