例析高中生物学科学思维的考查与培养思路

廖敏 林颖韬

摘要：结合教学实践思考，以历年高考题做载体，通过试题分析高考在科学思维维度的考查方式，解题思路，学生回答常见问题，进而反思教学，改变常规教学思路的侧重点，将教学重心过渡到以培养核心素养为教学宗旨上来。

关键词：生物学学科核心素养生物学高考深度学习

课堂教学

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

中华人民共和国教育部制定《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出课程的基本理念：核心素养为宗旨，是着眼于学生适应未来社会和个人生活的需要。高中生物核心素养是学生需要的社会发展的基本生物学素养和个人在一生中遇到的生物学问题的思考，辨伪，探讨问题的思维和理性、科学的解决办法，要从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面发展学生的学科核心素养，充分体现生物的特点和价值。笔者结合教学实践思考，举例说明核心素养——科学思维的考查和培养思路。“科学思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。科学思维是递进式培养的，主要概括为基于事实和证据掌握并运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。下面从归纳与概括方法、生命现象及规律的阐释、解决实际问题的思维习惯和能力三个方面，以高考真题为依托，思考针对科学思维的笔试考查和培养思路。

1归纳与概括的方法

教材以往的知识呈现往往更加明确地解决一个具体的问题，有着具体的步骤，举例说理缺乏对思路形成性训练，缺少归纳与概括，而学业的考查与评价更加注重基本思路、注意事项、过程分析、原因分析、思维拓展等学习生物的基本素养，进而能训练学生在真实的新的情景中解决实际问题的能力。

【例1】（2016·高考）3.若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是（ ）

A.加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量

B.加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量

C.加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量

D.加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量

参考答案：C。

分析：本题考查实验设计的注意事项，酶设计实验最重要的注意事项是设定好反应条件后，再让酶和底物反应，选项C正确。本题还可以有其他答案：底物+缓冲液+酶保（计时）+检测。教辅和教材给定的实验步骤都是具体而复杂的，因此应引导学生在复杂问题中发现共同规律，学会寻找主要矛盾，形成基本思路，逐步提高其归纳与概括的能力。

人教版教材有关酶的课程内容要求：说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素（如pH和温度等）的影响。教学中，教师应注重对教材内容的深度挖掘，促进学生思考，使其学会举一反三。在人教版教材中的探究活動“影响酶活性”的叙述中，明确说明酶活性的定义，即酶对化学反应的催化效率称为酶活性。该定义的叙述较为抽象，易被忽视，因此教师强调学生理解定义时，要引导学生思考测定酶活性的方式，并举例说明。教师要促进学生把握问题核心，使学生学会知识方法的迁移应用。教材中除了给出备选的材料仪器，更是在设计实验形成思路时，设置了6个思考问题，教师在教学时应该予以充分利用。这些问题都是正常思考时会产生的问题，能加深学生对实验过程的理解，使学生很好地掌握设计实验的注意事项和方法，这也是知识迁移的前提。在所给6个问题的基础上，教材进一步探究，这更是教师教学中重点关注的方向，如教材建议学生进行定量实验，用表现同一结果所需时间来表示酶的活性，这也呼应和提示了酶活性的测定方法。教师要引导学生思考如何在定性试验的基础上改造成定量试验。

2生命现象及规律的阐释

观察近几年高考填空题，不难发现设问方式发生了变化，以给出结果然后设问的方式呈现，作出“其原因是”来设问，更能考查学生对生命现象及规律阐释时所体现的逻辑思维能力和语言表达能力，而这也是高考考查的重点和难点。例如，2016全国卷I38（2）用氨苄青霉素的培养基筛选四种大肠杆菌，未被转化的和仅含有环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是什么;2017全国卷I38（1）以大肠杆菌作为受体细胞却得不到蛋白A，其原因是什么;（2）不选用噬菌体作为载体的原因是什么。

“描述事实+分析原因+得出结论”的训练方式切实有效。

【例2】（2016·全国卷）29.将一个某种噬菌体DNA分子的两条链用³²P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含³²P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体（n个）并释放，则其中含有³²P的噬菌体所占比例为2/n，原因是什么？

分析：①描述事实：一个被³²P标记的噬菌体DNA分子，在不含³²P的培养基中复制，结果只有两个噬菌体的DNA被标记。②分析原因（原理）半保留复制，每个噬菌体只有一个DNA分子。③得出结论：一个被³²P标记的噬菌体DNA分子，在不含³²P的培养基中半保留复制，结果标记的两条链被分配到两个噬菌体中。④最后，整理答案：一个含有³²P标记的噬菌体双链DNA分子经半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此得到的n个噬菌体中只有两个带有标记。事实上，学生经常回答不完整，只回答半保留复制的原理，或者只描述事实和结果。教师应引导学生将两者有机融合。

对高考设问方式的改变，教师应反馈到课堂教学中，在授课时应该多设问，多问问题的原因，在备课或者集体备课时，重点思考问题的设置，减少无效的课堂提问，减少是非问题的回答。一节课可设置3或4个能激发学生逻辑思维和语言组织的大问题，多给学生课堂思考时间或者讨论时间。教师要合理地组织生物学语言，避免学生对问题的理解过浅，培养学生深度学习的能力，使学生对知识的理解用规范的严谨的语言以口头或者纸笔的形式再现。再辅以历年真题，引导学生深度分析经典例题，加以训练，可让学生答案的呈现更加规范，逻辑描述更加清晰，语言表达更加明确。

3解决问题的思维习惯和能力

赵占良认为科学思维是基于事实证据、运用科学概念、通过科学推理和论证对客观事物的本质、规律及相互关系做出判断和解释、对客观事物的发展变化做出预测的认识方式。科学思维可以概括为对事实的判断和解释以及对事物变化的预测，后者是对科学思维的高阶要求，在新的情境中，通过思维习惯合理的提出解决问题的假设，运用合理的方法，预测事物的变化，通过已知探索未知，真题考查以真实情景为主。

【例3】（2019·全国I）29.干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。以该种植物的ABA缺失突变体（不能合成ABA）植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。①取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度，预期结果是干旱处理前后气孔开度不变;②将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照，一段時间后，分别测定两组的气孔开度，预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。

分析：审题时要理解出题者本意。针对本题，出题者要验证：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的;干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。基于本题，这两个结论单独证明都简单，变量分析也实属容易。但是，学生会简单地认为证明其一，根据非此即彼，即可证明另外一个。另外，若出题者强调只用突变体为材料，题目难度会大大下降，因为学生会想当然的用正常植株，并用正常植株进行对照，这样答对的可能性极小。此外，要注重分组对照，这里的分组既可以如参考答案，也可只有前后对照即：干旱条件下，ABA缺失个体加水后，气孔开度不变，加入ABA后气孔开度减小。这样答案虽然简单，但也有两次前后对照，逻辑严密。

学生会犯以下错误：

①实验思路写成实验步骤，这样会造成由于实验步骤要求详细，书写篇幅多，而浪费时间;且多写多错，更容易暴露错误，言多必失。再者，评价者不容易获取关键信息。

②验证实验与探究实验混淆，正是所有教师强调的探究实验和验证试验的区别。看似简单，学生依然大量犯错，仍会分情况讨论实验结果，出现“若……，则……”的论述，可能是学生审题问题，也可能是教师强调不够，或者学生训练不足。

实验过程步骤比实验思路有更高的要求，实验思路更重要。在平常的教学中，教师已经总结出实验思路常见的“套路”：

①根据题意，分析自变量、因变量、实验对象。

②按照用“自变量”处理实验对象，检测“因变量”，预期结果，对应结论。

按照“套路”思考和解题不难，只要把要证明的结论合理拆为两个独立证明的问题，但就是这样简单的拆分，不会灵活变通。所以，教师应强调学生既需要掌握常见的实验思路和方法，又需学会灵活变通，在面对用常规方法不好解决的问题时，尽快通过审题形成新思路。教师要合理利用教材实验资源，引导学生分析教材中每一个实验或者科学史，提炼出实验思路，在课堂上引导学生思考回答实验思路，如思考艾弗里肺炎双球菌转化实验，噬菌体侵染细菌实验，验证烟草花叶病毒遗传物质实验的设计思路。引导学生发现思路的共性，也是对科学思维中归纳与概括思维形成的渗透。学生对教材中每一个实验都思考其实验思路，既能加深对课内实验的理解，又增强了提炼实验思路的能力。课外学习资源中的实验题侧重考查点或有不同，教师在分析完后多问一句实验思路，既拓展了学生的视野，也提高学生对新情景的灵活变通能力。

生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力。核心素养的四个方面，并不是孤立存在的，而是相辅相成的。总体上，生物学学科核心素养的培养应贯穿于教材编写、课堂教学及考试评价中。教师可从高考典例入手分析，从考试评价角度，反思课堂教学的方法方式，有机对接课堂教学与考试评价，逐步改变以往课堂上低效的无法培养学生核心素养的方式，用核心素养观为指导思想指导每堂课的教学。教师要围绕核心素养的科学思维，深度挖掘教学内容，合理利用教学素材和手段培养核心素养。但是，核心素养涉及层面多、内容多，教师可注意有计划地逐步培养，切勿急功近利。核心素养的培养需要学生具备深度学习的能力和意愿。深度学习和学科素养的培育密切相关，深度学习的发生离不开学习个体的学习背景，而学科素养的培育很大程度上需要深度学习来实现。