生物学实验分析中消极思维定式的形成及其排除策略

湖南 张家贵 李荣辉

思维定式是指由先前的活动造成的一种对活动的特殊心理准备状态或倾向性。积极思维定式有利于培养思维的敏捷性与准确性；消极思维定式会限制学生综合思维能力与创新思维能力的发展，不利于培养学生的应试能力和科学素养。

一、问题的提出

【例1】某研究小组将脂肪含量占干重70%的某油料作物种子置于温度、空气流通等条件均适宜的蒸馏水中，并放置在黑暗环境中培养，定期测量萌发种子（幼苗）的脂肪含量和干重，测量结果显示脂肪含量逐渐减少，到第11 天时减少了90%；干重变化是每百粒种子由第1天的37g逐渐增加至第7 天的43g，然后减少。实验过程中，导致种子干重增加的主要元素是__________（填“C”“N”或“O”）。

【答案】O

【解析】培养条件为黑暗环境，不能进行光合作用，不能吸收、利用CO2，导致种子干重增加的主要元素不会是C；培养条件为蒸馏水，没有N 等矿质元素，导致种子干重增加的主要元素不会是N。所以可确定导致该种子在黑暗条件下萌发时干重增加的主要元素应是O。

C、H 含量高而O 含量低的脂肪，转化为C、H 含量低而O 含量高的糖类等，在构建新的组织细胞时会通过水化反应添加O，使有机物的质量增加；脂肪氧化成CO2和H2O 为种子萌发供能时会使有机物质量降低。脂肪（酸）转化为糖类等物质时有机物的增加量大于脂肪等有机物分解为无机物时有机物的减少量，种子或幼苗的干重增加。

【评析】影响学生正确作答的主要原因：

（1）在此题之前，大多数师生没有接触过种子在黑暗条件下萌发时，干重先增加的现象，往往认为“种子在黑暗条件下萌发时，呼吸作用消耗有机物使种子或幼苗的干重下降”。这种观点导致的思维定式，使得学生在初次接触到此题中富含脂肪的种子在无光萌发初期干重有所增加的“新”现象时，不知其所以然而生出疑惑，进而不能仔细分析。

（2）部分学生受干重概念的影响，以为干重的增加依赖于有机物的合成。受这一思维定式的影响，加上忽视了黑暗条件，学生可能给出导致该种子在黑暗条件下萌发时干重先增加的主要元素是“C”的错误答案。

此题的命题立意为考查学生对实验资料的分析能力，从实验资料分析的角度看，得出正确答案并不难，上述主要原因表明：受消极思维定式的影响，在面对新情境或新问题时，仍用老套的或片面的观点理所当然地想问题，易忽略试题的情境变化和可疑之处，导致对问题的分析不深入，进而可能得出有失偏颇的结论。这既不利于培养学生的科学素养，又不利于培养学生的应试能力。因此，教师在教学过程中应及时分析消极思维定式的成因，进而排除消极思维定式所带来的干扰。

二、消极思维定式的成因

1.片面分析问题

某教辅书对“在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射，生成ATP 的数量不会下降（2016 年，天津卷，第2 题）”的解释为“由于叶绿素对红光的吸收效率高，改用与白光强度相同的红光，光反应增强，叶绿体产生ATP 和[H]增多”。事实上，如果白光的光照强度达到光饱和点，虽然改用与白光强度相同的红光照射相当于光照强度增强，但光反应却保持稳定。编者分析、处理数据忽视了临界点（光饱和点）附近量变与质变的关系，所做出的论证是片面的。

2.数据分析过程忽视因果关系的层次性

【例2】为了探究一定浓度的聚苯乙烯（PS）和邻苯二甲酸二丁酯（DBP）对生菜光合作用的影响，某研究小组用5mg/L 的霍格兰氏营养液培养生长发育状况一致的生菜，实验结果如表（数据为相对值）。

????????????对照组 PS DBP PS+DBP___净光合速率 19.83 16.44 17.05 14.55____气孔导度 0.63 0.52 0.54 0.45__胞间CO2 浓度 393.67 422.33 413.67 447.03叶绿素a 含量 5.30 4.83 5.00 4.65?????????????????????????????????????????????

结合实验结果分析，PS 和DBP 降低净光合速率的原因是____________、_____________（答出2 点即可）。

【答案】叶绿素a 含量降低 叶肉细胞对CO2的固定量（吸收量）降低

【评析】可能受试题要求“答出2 点即可”的影响，部分学生错误地把PS 和DPB 导致的气孔导度降低作为答案之一。这与学生曾学习过“气孔导度降低会使植物吸收CO2能力降低，导致光合速率降低”的知识有关，因为这一知识，学生作答此题时形成了消极思维定式。

各实验组的胞间CO2浓度均比对照组高说明CO2浓度不是实验组净光合速率的限制因素，气孔导度的变化不是PS 或DPB 降低净光合速率的原因。真正的原因是各实验组叶绿素a 的含量降低，光反应速率偏低限制了暗反应速率。

此题情境中PS 和DBP 降低净光合速率的原因只有“叶绿素a 降低”这一条，与“叶肉细胞对CO2的固定量（吸收量）降低”并非并列关系，两者互为因果关系。试题中“答出2 点即可”的提示，有淆乱学生判断之嫌。

3.习题解析与讲评方法不当

习题解析与讲评方法不当的主要表现是习题解析与讲评过程中验证多、推导少，疏于引导学生捕捉思维的目标指向和参照物，容易忽视思维的过程性、逻辑性，不利于培养学生的理性思维。

【例3】为探究酵母菌无氧呼吸的场所，将酵母菌破碎并进行差速离心处理，得到细胞质基质和线粒体，与酵母菌分别装入A、B、C 试管中，再加入葡萄糖，在无氧条件下进行实验，根据试管__________的实验结果可以判断出酵母菌进行无氧呼吸的场所。

【答案】ABC

【解析】判断酵母菌进行无氧呼吸的场所，属于实验分析题型，故不能带着无氧呼吸的场所是细胞质基质这一知识做先入为主的判断，要遵循实验设计分析的逻辑与模式做推导型评析，即在葡萄糖无氧分解的前提下，以有氧呼吸的场所作为参照物，遵循实验设计分析的逻辑与模式，做出以下几种假设：

①如果酵母菌的无氧呼吸只在细胞质基质中进行，A 试管产生和C 试管相同的结果，B 试管产生和C 试管不同的结果；②如果酵母菌的无氧呼吸只在线粒体中进行，B 试管产生和C 试管相同的结果，A 试管产生和C 试管不同的结果；③无氧呼吸的发生同时需要细胞质基质和线粒体（酵母菌，C 试管），A、B 试管都不能产生和C 试管相同的结果。

【评析】验证型评析带着无氧呼吸的场所是细胞质基质这一知识做先入为主的判断，即如果A、C 试管结果相同（B、C试管结果不同），则无氧呼吸的场所是细胞质基质。

验证型讲评能使学生较快“知其然”，但不一定能使学生“知其所以然”，还可能得出不准确的结论，如果学生忽视了正向验证与反向验证方式中的一种，则可能答出错误答案AC 或BC。

三、排除消极思维定式的干扰

1.准确传授核心知识并训练知识链接能力

生物学核心知识是学生分析生物学现象和解答试题的立足点，知识链接是学生进行实验分析时的切入点。部分学生在理解和记忆众多概念时存在偏差，将概念迁移到新情境中的速度不够敏捷。

教师在教授或引领学生复习核心概念时要准确把握概念的内涵与外延，要把核心考点的内容体系、适用范围及与其他概念的关系脉络梳理清楚，从而使学生深刻理解某些生物学核心知识的含义、适用范围及相互联系。教师还要引导学生在分析生物学现象和解决问题时，学会知识链接的方法并养成知识链接的习惯，培养学生解释生物学现象的能力，从而避免学生在考场上产生“一时想不到”的遗憾。

【例4】某兴趣小组为探究氮肥对小麦光合作用的影响，在某种条件下进行了实验。实验结果表明：施用氮肥明显提高了叶片的CO2吸收速率，对叶绿素含量的变化没有明显影响。在此实验条件下，施用氮肥提高了CO2吸收速率的原因可能是_____________________。

【答案】提高了光合作用有关酶的含量与活性

【解析】本题是对光合作用与呼吸作用相关知识及分析能力的考查。光合作用的原料是CO2和H2O，氮肥的施用主要影响光合作用的内部因素，如叶绿素和酶的合成。施用氮肥后叶绿素含量变化不明显，氮肥的施用主要使暗反应的过程得到了促进与加强，暗反应中CO2的固定、C3的还原与转化，需要酶的催化还需要光反应为其提供[H]和ATP。解答此题可排除叶绿素含量变化对光反应的影响，氮肥的施用可能影响了暗反应相关酶的含量与活性。

【评析】通过知识链接回顾光合作用过程的知识方能寻找到线索，根据实验条件与结果，从几条线索中筛选出揭示事物本质的线索（排除叶绿素含量变化的影响等）。依据教材核心知识，从新颖试题情境中获得“新”的认知，体现了注重考查创新思维能力的命题趋向。

教师在传授和巩固概念时还要注重渗透学科思想，学科思想既是学生分析某些生物学现象的立足点，同时也是学生形成消极思维定式前的“防火墙”。如果没有明显的提示，部分学生解答试题时很少能联想到重要的生物学科观点。“结构与功能相互适应、相互影响”“生物对环境的适应性”“稳态”“反馈调节”等都是生物学科的重要观点。培养学科观点不仅仅是情感目标，也是能力目标。

生物学观点的形成有多种途径，例如（1）新课时对核心知识的理解，对不同核心知识进行比较、归纳、提炼；（2）高三复习课时，运用所学过的核心知识对题中呈现的“新现象”进行讨论、分析，运用批判性思维做出理性的预测、判断，进而发现“新知识”，形成“新观点”。

2.正确捕捉试题思维目标指向

探究分析类实验题是高考中的常见题型，其中考查资料分析能力的部分，应依据试题条件进行分析、判断，如果要在知识方面寻找支撑点，有时可能会因试题情境呈现的现象“有违”常识而生出疑惑或产生错误。例如在解答例1 时，不必纠结教材未涉及的知识，首先揣摩命题立意，确定为资料分析题型，然后依据题设条件和教材核心知识与方法加以分析、判断。

种子在黑暗条件下萌发时“呼吸作用消耗有机物使种子或幼苗的干重下降”，主要适用于淀粉类种子。对例2 中富含脂肪的种子在无光萌发初期干重有所增加的“新”现象，如果学生不知其所以然，应该用生物具有多样性或差异性的观念对待。在面对新颖的高考试题情境时，不必从中发掘“新知”，应注重训练学生揣摩命题立意的能力以达到正确捕捉试题的思维目标指向的目的，从而提高思维的敏捷性和准确性。

3.重视理性思维与创新思维能力的培养

增强培养理性思维能力的意识，关键是要保证探究问题的有效性，设置有效的探究问题引导学生进行科学的、严谨的（实验）资料分析。设置的有效探究问题可以引起学生对重要实验现象或结果的质疑与关注，引领学生明确思维的目标指向，从而激活学生的思维，拓展思维空间、突破思维的难点、盲点。实施实验分析的教学前，教师应遵循科学性原则先进行严谨、全面的实验分析，找出实验分析的关键点、盲点及拓展方向，然后运用恰当的教学策略与正确的教育教学理念进行教学设计，从细节着手，巧设疑问、激活思维，引导学生进行质疑、猜测、分析、判断。其中假说-演绎法、类比推理是探究分析类试题的基本思路，教师应注意对科学思维方法的训练与应用。

4.构建实验设计、实施与分析的模式和程序

模式和程序是解决复杂新问题的参照，把试题情境中新颖的现象与问题置于熟悉的模式或程序下可以消除陌生感与畏难心理，这样，学生才能更好地发现和解决问题。模式或程序的构建与使用要灵活变通，才能训练学生形成积极思维定式，避免消极思维定式。

四、结语

消极的思维定式是束缚质疑与创新思维的枷锁，如果教学时不注意挖掘、引导思维的着力点，就不能帮助学生从一般性知识结论和消极思维定式的束缚中解脱出来，倡导培养探究分析能力及创新能力的课程理念就得不到真正的落实，学生解答主要考查创新思维试题的应试能力也得不到应有的提高。

培养与积极思维定式有关的实验分析能力，既要引导学生遵照科学探究的科学思维做细致严密的分析，还要训练学生能够根据试题情境运用最具紧密联系的某个知识做出快速的验证、判断，或缩小分析的范围，从而迅速抓住思维目标指向的能力，通过假设和对照进行正向验证与反向验证即可认定。学生在平常的训练中形成了积极思维定式，考试时解题速度就会变快；学生经过了破除消极思维定式的训练，就可避免产生“一时想不到”的遗憾。