浅谈科学思维类试题备考策略——以2021年全国卷生物试题为例

安徽 刘 琛

1.引言

近几年全国卷生物试题在微观生物学术语、名词等细节上呈现出对教材中核心概念认知水平的考查；在宏观高中生物学知识体系中呈现出对新情境下科学思维能力运用的考查。试题对前者的考查已不满足于通过识记、回忆、辨识和复述等方式，而是借助后者，即在更贴近真实应用的情境下考查学生的科学思维运用能力。简单来说，哪怕答案就是教材中的原文，题干也不会给予教材中的原有认知情境，而是通过创造新情境、构建新模型引导学生运用科学思维分析情境，并以教材中的核心概念为“抓手”来答题。科学思维能力的考查贯穿了近几年高考生物学试题，师生应该给予足够的重视。

在《普通高中生物学课程标准（2017 年版2020 年修订）》中，科学思维被定义为尊重事实和证据，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。学生应该在学习过程中逐步发展科学思维，如能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、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。

由此可见，科学思维本身就是生物学的一种固有属性。生物学是研究生物学现象及其规律的学科。复杂、庞大、千头万绪的生物学现象只有通过人类科学思维的形成才能建立描述其规律的理论体系，这既是生物学建立的过程，又是学生解题的过程。而这正是部分学生的短板所在，他们往往认为生物学知识庞杂、试题提问方式灵活，无章法可循，只能死记硬背。这种观念是对科学思维的漠视，根本无法形成真正的学科核心素养。高考侧重对科学思维的考查是因为要选拔真正的生物学人才。所以在高考备考中，对学生科学思维能力的培养是重中之重。

2.2021年全国乙卷生物学试题第30题分析

2021 年全国乙卷生物学部分主观题多是构建新情境，要求学生从题干中搜集信息，提炼出核心概念，通过使用符合该情境下的科学思维解决问题。在对学科核心素养的考查中，占比最高的还是对科学思维的考查。

【例题】（2021 年，全国乙卷，第30 题）在自然界中，竞争是一个非常普遍的现象。回答下列问题:

（1）竞争排斥原理是指在一个稳定的环境中，两个或两个以上受资源限制的，但具有相同资源利用方式的物种不能长期共存在一起。为了验证竞争排斥原理，某同学选用双小核草履虫和大草履虫为材料进行实验，选择动物所遵循的原则是_______________。该实验中需要将两种草履虫放在资源_______________（填“有限的”或“无限的”）环境中混合培养。当实验出现____________________________的结果时即可证实竞争排斥原理。

（2）研究发现，以同一棵树上的种子为食物的两种雀科鸟原来存在竞争关系，经进化后通过分别取食大小不同的种子而能长期共存。若仅从取食的角度分析，两种鸟除了因取食的种子大小不同而共存，还可因取食的_________________________（答出1 点即可）不同而共存。

（3）根据上述实验和研究，关于生物种间竞争的结果可得出的结论是________________________________________________________。

【例题分析】本题对教材中已存在的种间竞争概念予以延伸，创设竞争排斥原理和共存现象的理论情境，构建新的问题情境考查学生依据题干信息和运用科学思维解决问题的能力，引导学生由“解题”向“解决问题”转变。

该题的理论背景来源于生态学家高斯经典的三个草履虫实验。其一是大草履虫、双小核草履虫、袋状草履虫各自单独培养均能正常增殖；其二是大草履虫和双小核草履虫在同等条件下混合培养，大草履虫总是倾向于消失；其三是大草履虫和袋状草履虫在同等条件下混合培养，二者可以共存，但出现明显分层现象，大草履虫存在于氧气浓度高的上层，主要捕食细菌；袋状草履虫存在于氧气浓度低的下层，主要捕食酵母菌，二者虽然仍具有竞争关系，但生态位不完全重叠，出现了食性和栖息环境的分化，不是完全的竞争关系，所以实现了分区共存。

上述理论背景中的第三个实验在备考中很少被提及，师生更熟悉前两个实验。在高考中面对这种科学思维类型的题目时，学生无法搜集背景资料进行统筹分析。所以，从题干中提炼关键字，进行信息的整理、加工，运用科学思维，在新情境中建立竞争排斥原理和共存现象的知识网络体系，打通题干关键词和固有知识核心概念的脉络就显得格外重要。

（1）题中，抓住题干信息“竞争排斥”的对象是“具有相同资源利用方式的物种”，不难推理出选择动物所遵循的原则；抓住题干信息“竞争排斥”的环境资源是“受限制的”，不难推理出两种草履虫混合培养的环境资源条件；抓住题干信息“竞争排斥”的结果是“不能长期共存在一起”，不难推理出“证实竞争排斥原理”的实验结果。

（2）题中，结合题干提到的研究结果分析，存在种间竞争关系的生物可通过食性分化而实现共存，题干又强调“仅从取食的角度分析”，学生的思考方向就确定为从食物类型等角度出发而实现食性分化。

（3）题中，题干明确“根据上述实验和研究”，前者强调竞争结果为排斥，后者发现竞争结果可为共存，学生分析后不难得出结论。

综上所述，本题以生物经典理论和实验研究成果为背景构建命题情境，以科学思维为命题主线，展开对学生核心概念掌握情况的考查，要求学生通过归纳、概括、分析、综合、比较、推理等方式，运用创造性思维等科学思维解答相关生物学问题。强调对学生科学思维能力的考查，契合科学设计试题的目标达成对学生学科核心素养考查的导向。

3.培养学生科学思维的备考策略

3.1 知识点框架化、体系化、层次化

部分学生认为生物学知识内容犹如一盘散沙，不成体系，很难掌握。形成这种局面是由于学生孤立、片面地看待各章节的知识内容。事物是普遍发展联系的，生物学知识更是如此，这里可以借鉴一个数学规律：“点动成线，线动成面，面动成体”。点就是指核心概念，线就是指核心逻辑，面就是指核心情境，体就是指核心习题。如以“酶”这一知识内容为例进行说明，以酶为一级核心概念可以衍生出二级核心概念，如“蛋白质”“RNA”“活化能”“性状”“基因”“乙酰胆碱酯酶”等；再衍生出三级核心概念，如“肽键”“氢键”“基因突变”“神经调节”等。只要学生知识储备丰富，便可以持续衍生。由此，各级概念间可出现核心逻辑，如“酶的基本单位可以是氨基酸或核糖核苷酸”“乙酰胆碱酯酶活性可影响神经调节”等。至此，知识的框架、体系、层次已见雏形。在学生的备考复习过程中，教师可就重点章节指导学生构建上述类型的知识点网络，以使其知识内核框架化、体系化、层次化。这是学生形成科学思维的“土壤”，大意不得，备考策略成效如何取决于“土壤”是否“肥沃”，由此才能绽放出学科核心素养之花。

3.2 知识点情境化、问题化

上述内容提到的“线动成面，面动成体”是最接近实战的状态，也是科学思维能力的生长区。借助优质习题构建典型情境，将核心概念和核心逻辑情境化，并以问题的形式引导学生思考，可以提高学生的科学思维能力。

以“探究植物细胞的吸水和失水实验”为例，教师可引导学生思考这样几个情境化的问题：“如何鉴别细胞死活？”“可否利用质壁分离状态测定某细胞的细胞液浓度？”“可否利用质壁分离及复原状态鉴别外界溶液种类？”“合理灌溉和细胞吸水、失水有无关系？”“保存食物为何要糖渍、盐渍处理？”“生理盐水、5%葡萄糖溶液有何作用？”这些问题犹如一个个思想的“种子”，埋入学生构建的框架化、体系化、层次化的知识点网络“土壤”之中，等待着结出学科核心素养之果。

3.3 重视课本，重视过程

秉承上述备考策略，教师在实施的过程中要特别注意，不要急于求成，揠苗助长。知识点的问题化、情境化不意味着抛开课本，追求习题。恰恰相反，课本是纲领，复习的任何阶段都不能脱离课本。课本是核心概念的原产区，原汁原味的生物学术语都是来自于课本，高考也从来不吝啬于考查课本中的原文。课本内容是形成科学思维的基础，备考过程中的各个环节都不能忽视，尤其是课本中经典科学实验，无不渗透着科学家的科学思维轨迹，若将这些内容进行深化、改造、延伸，引导学生关注科学家是如何发现问题；提出问题；尝试思考、解答问题并进行实验验证的，可以锻炼学生的科学思维，对发展学生批判性思维和创造性思维有很大帮助，进而提高复习备考的实际效果。

在备考复习过程中，要格外注重教学过程，不可一味以结果为唯一评价标准。遵循学生的认知规律，使学生形成完善的科学思维体系。引导学生成为一个能动的探索者，面对题目或老师的设疑，展现其利用科学思维的思考过程，从而增强在实际问题情境中的应用科学思维的能力。在教学中不要追求完全一致的答案，有些问题本身就是具有开放性的，比如“请你在高中生物学知识中找到可以证明生物可能起源于共同祖先的证据”这种问题就不是考答案，而是考思维，突破思维定式，开阔思维领域，对学生科学思维培养的价值极大。

总之，对科学思维类试题的备考是一项系统化、递进化的教学活动，必须遵循科学、有序的复习策略，调动教师和学生的主观能动性，深挖教材、习题等客观资源的逻辑性，多角度、多层次、多维度地培养学生尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度、运用科学思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力，最终以提高学生科学思维能力实现备考复习的有效性。