生物学试题中长句式作答题型的思维策略——以2020 年北京卷生物学部分试题为例

北京 刘 明

生物课程的核心目标是培养学生的学科核心素养，长句式作答题型能更准确地反映学生的素养，呈现科学思维过程。在近五年北京卷生物学试题中，长句式作答题型所占分值比例逐年上升，这对学生运用学科语言进行科学表述的能力提出了更高的要求。北京卷依托长句式作答题型主要考查学生“科学探究”和“科学思维”两个维度的学科核心素养。严谨有序的思维是科学表述的前提，本文以2020 年北京卷部分试题为例，通过分析不同考查落点的长句式作答小题，构建相应的思维策略，促进学生科学思维能力的发展，进而提高科学表述能力。

一、科学探究

1.设计与实施类

设计探究实验是科学探究能力的重要组成，是每年北京卷的必考点。由于设计实验类题型开放性大，因此考查形式一般为选择题，仅在2017 年第29 题中以长句式作答题型出现，设问方式为“评价实验方案并完善”。无论考查形式如何变化，设计探究实验的思维策略是不变的。其核心步骤依次为分析实验目的，找准自变量、因变量→单一自变量处理实验组→无关变量相同、适宜原则处理实验组、对照组→检测或预期各组因变量或其指标→分析实验数据、得出结论。

【例1】（2020 年，北京卷，第16 题节选）（题干略）（3）进一步调查发现，Y 岛上单位面积的植物干重及土壤氮、磷含量均低于W 岛。研究者选择Y 岛上的若干代表性地块，通过施肥实验证明了Y 岛植物干重较低是由土壤肥力低所致。支持此结论的实验结果应为___________。

【参考答案】施肥地块（实验组）的植物干重高于未施肥地块（对照组）。

【分析】该小题要求学生基于给定的结论，设计探究实验方案，并预测结果。思维过程为依据实验结论还原实验目的“验证Y 岛植物干重较低是由土壤肥力低所致”，找到自变量（是否施肥）、因变量（单位面积的植物干重）→自变量“施肥”处理实验组（Y岛随机均分的一组地块），“不施肥”处理对照组（Y 岛随机均分的另一组地块、W 岛的一组地块）→相同适宜的无关变量“生长时间、环境气候等”处理实验组、对照组→预期支持结论的各组实验结果“施肥地块的植物干重高于未施肥地块，不低于W 岛”→结论：Y 岛植物干重较低是由土壤肥力低所致。

本小题学生在思维过程中的易错点为将实验目的还原为“验证Y 岛植物干重较低是由土壤肥力低所致”，进而仅设计一组对照实验，即Y 岛未施肥组。典型错答：Y 岛施肥地块单位面积的植物干重高于Y 岛未施肥地块。

2.结果与结论类

描述实验结果、归纳实验结论是长句式作答题型最常见的考查落点。学生作答的问题主要为“表述不完整”和“混淆结果与结论”。此类问题的思维策略是首先依据实验目的找出全部的自变量、因变量→紧跟实验数据，描述随着自变量的变化，因变量检测指标如何变化（描述实验结果）→依据实验目的将实验结果进行比较、整合（分析实验结果）→回扣实验目的，总结自变量对因变量的影响（归纳实验结论）。

【例2】（2020 年，北京卷，第20 题节选）（题干略）（2）在愈伤组织生芽过程中，CK 通过ARRs（A）基因和WUS（W）基因起作用。为探讨A 基因与W 基因的关系，将A 基因功能缺失突变体（突变体a）和野生型的愈伤组织分别置于CK 与生长素比例高的（高CK）培养基中诱导生芽，在此过程中测定W 基因的表达量。图1 中，野生型的W 基因表达量与高CK 诱导时间的关系是____________。分析图1 结果可得出的结论是在高CK 诱导下A 基因促进W 基因表达，得出结论的依据为与野生型相比，_____________。

图1

【参考答案】随着高CK 诱导时间的增加而增加经高CK 诱导后，突变体a 中W 基因表达量明显低

【分析】本小题要求学生运用数学方法分析、描述实验结果。第一个小空侧重“描述实验结果”，基于给定的自变量、因变量，直接描述为“随自变量（高CK 诱导时间）延长，因变量（野生型的W 基因表达量）增加”。第二个小空侧重“分析实验结果”。思维过程为分析实验结论，找出自变量A 基因、因变量W 基因的相对表达量、无关变量高CK 诱导时间→描述实验结果“高CK 处理4 天，无A 基因（突变型）W 基因表达量低于有A 基因（野生型）；高CK 处理8 天，无A 基因（突变型）W 基因表达量低于有A 基因（野生型）→分析实验结果“与野生型相比，无论高CK 处理时间长短，突变型W 基因的相对表达量低”→得出结论：高CK 诱导下A 基因促进W 基因表达。

二、科学思维

1.推理归因类

推理归因主要指学生“基于生物学事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，阐释生命现象及规律”的过程。2017—2019 年北京高考试题中，几乎每道大题均有一个小题需要学生用长句式的形式作答，呈现逻辑思维过程，阐释生命现象及规律。此类问题的思维策略是抓住思维的起点（已知条件）和落点（待解释的问题）→依据试题情境信息、具备生物学概念依次寻找中间点（逻辑证据）→利用“起点、中间点、落点”完整的逻辑关系给出合理归因。

【例3】（2020 年，北京卷，第18 题节选）（题干略）（3）②另有研究发现，f 能抑制吞噬细胞的功能。试从分子与细胞水平解释实验组的感染率低于对照组的原因。

【参考答案】S 刺激小鼠产生S 抗体，抗体与f 表面的S 特异性结合，减弱了f 对吞噬细胞的抑制，更多的Pf被吞噬，感染减轻，故实验组的感染率低于对照组。

【分析】本小题要求学生能基于事实和证据，运用稳态与平衡观，利用免疫重要概念，通过归纳与概括、演绎与推理，解释生命现象。依据思维策略，首先通过待解释的问题“实验组的感染率低于对照组”，确定起点为实验组与对照组的区别“实验组在前38 天、前29 天两次注射噬菌体f 的表面蛋白S”，再依据试题情境信息、免疫学概念依次寻找中间点（逻辑证据）。具体思维过程见图2。

图2

本小题涉及的免疫学概念属于必备的核心主干知识，学生在思维过程中的难点在于将免疫学概念1 与试题情境信息1 有机结合，进而推理得到中间点1。由于本题的情境非常新颖，Pf为被噬菌体f 侵染的Pa 菌株，二者呈现出共生的种间关系。而病毒和细菌又是学生非常容易混淆的两类生物。因此学生很难理顺噬菌体f、Pa 菌株和小鼠之间的关系。准确获取关键信息是科学思维的前提，学生不仅要具备快速阅读的能力，还要能甄别出重要信息，并对其进行仔细分析。

2.评价论证类

评价论证主要指学生“基于生物学事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理、批判性思维等方法，审视或论证生物学新问题”的能力。评价论证类问题基本上都需要用长句式作答。评价论证类问题的思维策略与推理归因类问题相似，均需要找到解决问题的起点和落点，均需要依据“试题情境信息、具备生物学概念”依次寻找中间点（逻辑证据）。但评价论证类问题的起点和落点一般较为隐蔽，需要将待解决问题进行转化。其次，评价论证类问题的逻辑证据链通常不止一条，这要求学生必须全面地获取题目信息。

【例4】（2020 年，北京卷，第19 题节选）（题干略）（3）若从物质和能量的角度分析，选用高温响应的启动子驱动psbA 基因表达的优点是___________。

【参考答案】高温时，高温响应的启动子驱动psbA基因高水平表达，补充高温造成的D1 不足，修复PS Ⅱ，提高植物光能利用率；非高温时低水平表达，避免不必要的物质和能量消耗。

【分析】本小题要求学生能基于事实和证据，运用物质与能量观，利用光合作用概念，运用归纳与概括、演绎与推理、批判性思维等方法进行论证。依据思维策略，首先通过待论证的问题“高温响应的启动子驱动psbA 基因表达的优点”，在物质与能量观这一生命观念的指导下，确定思维起点为“高温条件下外源psbA 基因表达，常温条件下不表达”，落点为“高温响应的启动子驱动psbA 基因在合理利用物质与能量方面优于普通的启动子”。具体思维过程见图3。

图3

本小题的思维难点在于将待解决问题的起点和落点进行合理的转化。学生容易将起点仅落在“高温条件下外源psbA 基因表达”，接下来只强调高温下仍能进行光合作用，而忽略“在常温下不表达”的优势，最终导致论证不全面。

3.迁移创新类

迁移创新主要指学生“基于生物学事实和证据，运用创造性思维等方法，解决生物学新问题”的能力。此类问题开放性程度大，要求学生具备高水平的科学思维能力，并能进行长句式的科学表述。迁移创新类问题的主要思维策略是分析待解决问题，将其转化为待解决的问题串→依次找到与问题串关联的试题情境信息→依据生物学概念，理解试题情境信息→将试题情境信息合理迁移到待解决问题中→给出解决问题的完整思路。

【例5】（2020 年，北京卷，第21 题节选）（题干略）（3）③在产量低的甲品系水稻中发现了A、B 基因的等位基因A3、B3（广亲和基因），含有广亲和基因的杂合子，雌雄配子均可育。请写出利用甲品系培育出育性正常的籼-粳杂交稻的流程。（用文字或图示作答均可）

【参考答案】用甲品系（A3A3B3B3）与粳稻（籼稻）杂交获得F1，F1与粳稻（籼稻）连续多代回交、筛选基因型为A2A3B2B3（A1A3B1B3）的植株，最终获得A2A3B2B3（A1A3B1B3）粳稻（籼稻）。通过自交、筛选获得A3A3B3B3的粳稻（籼稻），再与籼稻A1A1B1B1（粳稻A2A2B2B2）杂交，得到育性正常的籼-粳杂交种（A1A3B1B3/A2A3B2B3）。或

【分析】本小题要求学生能在新的问题情境中，利用遗传与变异重要概念，运用创造性思维，解决生产中的实际问题。首先依据试题信息将待解决问题“利用甲品系培育出育性正常的籼-粳杂交稻”转化为问题1“如何利用甲品系解决籼-粳杂交稻育性低的问题”。以解决问题1 为突破点，引出问题串，展开逻辑思维（如图4）。

图4

本小题思维容量大，思维难点在于准确获取试题情境信息1，将问题迁移转化为“获得A3A3B3B3基因型的粳稻或A3A3B3B3基因型的籼稻”。其次要求学生能熟练应用杂交、回交、自交等育种方法。

纵观以上长句式作答的思维策略，科学探究类问题的思维策略更程序化，这是由科学探究实验的固定模式决定的；科学思维类问题的思维策略更灵活多变，这是由问题情境的复杂性、思维方法的多样性决定的。破解科学思维类问题的重中之重是结合生物学概念、准确获取试题情境信息。学生可在思维策略的指导下，以典型的长句式作答例题为抓手，认真梳理每道小题的思维过程，逐渐养成严谨有序的思维习惯，进而提高科学表述能力，呈现高水平的学科核心素养。