从推理型试题分析生物高考题对科学思维核心素养的考查

王帅帅

摘 要：在《中国高考评价体系》中明确指出高考应具有“导向教学”的核心立场，故而通过研究高考题的考查角度来分析如何培养学生的生物学核心素养就是一种有效的途径。本文以2022年全国甲卷和乙卷生物高考题为背景，梳理了其中一些典型的推理型试题，并结合他们的特征分成了“现象推理”“逻辑推理”和“计算推理”三个类别。通过对不同类别推理型试题的分析，观察了高考题要求学生应具备何种的科学思维核心素养。并以此总结经验，归纳出对我们教师在日常教学中应如何培养学生科学思维核心素养的启示。

关键词：高中生物；高考真题；科学思维；推理能力

《普通高中生物课程标准（2017年版2020年修订）》中提出的普通高中生物教学要以培养学生的生物学核心素养为目标，生物学核心素养包括了生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。其中的“科学思维”核心素养指的是运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法探讨生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题[1]。从中我们不难看出，达成对学生科学思维的构建，推理能力的培养必不可少。而我们教师在教学过程中应该如何关注学生推理能力的培养则是一个值得研究讨论的领域[2]。

如何才能评价对学生科学思维的构建？《中国高考评价体系》中所提出的高考“导向教学”的核心立场就得到了充分的体现[3]。一套高考题的命制必然是需要能用于评价考生的学科素养的，所以笔者以2022年全国甲卷和乙卷生物高考题为背景，整理了其中的推理型试题并对题目进行了分析研究，以此探究高考题是如何基于对学生推理能力的考查来评价学生的科学思维核心素养，并且基于高考对教学进行导向的作用，提出教师在日常教学中应该如何培养学生的推理能力，从而构建学生科学思维素养的启示。

在逻辑学中，推理是指通过一个或多个已定的前提，经过理性的推敲做出判断得出结论的过程。笔者按照推理形式上的差异将2022年全国甲卷和乙卷生物高考题分成了“现象推理”“逻辑推理”和“计算推理”三个类别。

一、“现象推理”类型题及分析

“现象推理”指的是基于给出的现象结论，要求学生对原因或过程进行推理。该类型的试题现象结论形式多样，可以是文字、可以是图像，也可以是表格。例如：2022年乙卷第30题就以文字的形式对利用家兔探究甲状腺激素的合成及调节机制实验的结论进行了描述。第一组实验是给家兔腹腔注射放射性碘溶液一段时间后在甲状腺中检测到了放射性的结论。第二组实验是对甲、乙、丙三组家兔静脉注射等量生理盐水、甲状腺激素溶液和促甲状腺激素溶液，一段时间后通过对血液中甲状腺激素含量的测定得出乙、丙两组的注射行为对甲状腺激素的分泌起到了相应调节作用的结论。而第一小题就让学生基于第一组实验结论推理原因，学生要能通过回忆“碘离子参与了甲状腺激素的合成”这一事实才能做出相应推理。第二小题考查了学生对于生理盐水、甲状腺激素溶液和促甲状腺激素溶液对甲状腺激素合成与分泌的调节作用。学生要能基于甲状腺激素分泌的分级调节这一知识点才能推理出符合实验结果的原因。

再例如：2022年甲卷第30题以图像的形式展现了健康人体先后两次感染同一种病毒后体内抗体浓度变化的示意图。本题对学生的要求有所提高，学生要先能从图中获取再次感染后体内抗体浓度会大幅高于初次感染后的浓度这一关键信息。之后第三小题就针对这个现象对原因进行了提问，不难看出该问的回答是基于体液免疫中二次免疫过程，学生只有在明确了记忆细胞对同种抗原进行识别后会迅速增殖分化并产生大量抗体这个过程后才能对图像中的情况进行推理和原因说明。

最后一种是基于表格的形式呈现出结果让学生进行推理的试题，例如2022年乙卷第37题。其用表格的形式梳理了分别利用葡萄糖、淀粉和制糖废液作为碳源培养菌株C一段时间后检测细胞干重和化合物S的产量。该题要求学生先从表格中获取数据，经过对数据的挑选、对比和推理才能回答出第二小题哪种碳源最适合菌株C生长和最适合菌株C生产S。此外，同样需要基于对表格数据的分析，抓住以淀粉为碳源时S的产量为0，同时题干中有表述S的产量与菌株C所利用的碳源密切相关，从而推理可得结论：以淀粉为碳源时由于S的产量为0，说明菌株无法有效利用淀粉进行生长。

从以上的例子我们不难看出，“现象推理”类型的试题题型多样，通过文字描述、图像或表格的不同形式可以对学生的阅读能力、信息获取能力、数据分析能力进行测试，最终落实到学生的推理能力考查上。而评价形式也可以采用判断选择、原因阐述、过程演绎等构建试题。此外，这种推理类试题出题的角度也非常契合“一核四层四翼”的高考评价体系，因为对学生推理这种关键能力的考查，既需要学生具备充足和准确的必备知识，又需要学生具备处理分析问题的基础能力。这种层层递进且相互嵌套的试题构建模式就是最好的对学生科学思维核心素养的评价手段。

二、“逻辑推理”类型题及分析

“逻辑推理”指的是基于对因素和结果的表达，要求学生推理二者相互之间的逻辑关系，从而做出判断。推理因果之间的逻辑关系是生物学作为理科学科一项重要的特征，该类型的试题最常考查的题材就是遗传题，例如2022年甲卷第32题就以玉米雌雄异株这个特点为背景进行了考查。题干中假设玉米的性别由两对独立遗传的基因控制，B控制雌花花序，T控制雄花花序，bbtt为雌株。给定四种纯合体玉米：雌雄同株的甲、雌株的乙与丙、雄株的丁。在第二小题中给出杂交实验结果：乙和丁杂交，子一代全为雌雄同株。结合题干给出的各种因素及杂交结果让学生推理子一代自交后，子二代中雌株所占的比例以及子二代中雄株的基因型。該题首先要求学生通过不同的表现型对四种纯合体玉米的基因型进行推理，结合纯合子乙（雌株，B控制雌花花序，或bbtt）与纯合子丁（雄株，T控制雄花花序）杂交后代全为雌雄同株，推理出乙的基因型为BBtt，丁的基因型为bbTT，则后代基因型全为BbTt，逻辑上符合杂交实验结果。同时，通过排除法判定丙的基因型为bbtt。则可通过推理演绎得知子一代自交，子二代中雌株占比为四分之一，子二代中雄株的基因型是bbTt和bbTT。

除了常染色体的遗传以外，“逻辑推理”型试题还可以结合伴性遗传进行考查。例如2022年乙卷第6题就以鸡的芦花和非芦花性状的伴性遗传为背景进行了考查。题干中说明鸡的芦花和非芦花性状受一对等位基因控制，以芦花鸡和非芦花鸡进行杂交，杂交结果为：正交结果中子代芦花鸡与非芦花鸡比例相等，反交结果中子代均为芦花鸡。结合题干给出的各种因素和正反交实验结果要求学生对芦花与非芦花性状的遗传方式、亲代雌雄鸡的基因型、正反交子对雌雄鸡的基因型及杂交演绎等进行逻辑推理。首先，该题中所谈及的性状和情境来源于旧人教版高中生物必修二遗传与进化一册教材，若学生的基础知识掌握扎实，其能够直接回忆出鸡的芦花与非芦花性状为ZW的伴性遗传，且芦花性状由显性基因（假定位B基因）控制，非芦花性状由隐性基因（假定位b基因）控制。则其就可直接对试题中所提及的情境进行推理。而若学生无法直接回忆出该对性状的遗传方式，本题也留下了足够的因素可用于推理。但对应的，学生在考场上所需花费的时间就会较长。所以可见该题对学生的考查十分立体，能够有效甄别不同学生的层次。其次，回到试题本身。该题要求学生先能从“正反交实验结果不同”推理出该对性状为伴性遗传。且鸡的性别决定为ZW性别决定机制，显性雄鸡ZBZB与隐性雌鸡ZbW杂交，子代雌雄全为显性。而隐性雄鸡ZbZb与显性雌鸡ZBW杂交，子代雄鸡全为显性，雌鸡全为隐性。以此推理出芦花与非芦花性状的显隐性关系。通过这个突破点即可以推理出亲本的基因型，正交为ZBZB×ZbW，反交为ZbZb×ZBW，以此本题最核心的推理点即得到了解决。

而“逻辑推理”型试题不单单只能通过遗传题的形式来构建，生物学作为一门理科学科，其实还有很多题材可用于考查学生的科学思维能力。例如2022年甲卷第5题就是一道非常巧妙的结合种群变化规律来考查学生逻辑推理能力的优秀试题。该题以鱼池中投放的一批鱼苗进行养殖为背景，题干呈现了一幅曲线图，其中包含甲、乙、丙三条曲线，甲曲线为先上升后下降，乙曲线为先上升后保持稳定，丙曲线为持续保持下降。三条曲线需要学生根据变化规律来推理图中表示种群数量、个体重量、种群总重量的曲线分别是什么，给定的四个选项分别是：A.甲、丙、乙；B.乙、甲、丙；C.丙、甲、乙；D.丙、乙、甲。本题对学生的逻辑思维能力要求非常高，学生要能从曲线的变化趋势结合对种群数量、个体重量、种群总重量三个概念的理解进行逻辑推理。在该题的A和C两个选项中，乙曲线均表示种群总重量，也即是上升之后保持稳定的一个趋势。而甲和丙无论哪个表示种群数量和个体重量，都会发现有一段相同的时间内两者均在下降，而这个结果从逻辑上与曲线乙的种群总重量上升并稳定相违背，故学生要能基于此推理排除A和C两个选项。此外，B选项中乙和甲分别表示种群数量和个体重量，而两条曲线均有一段时间为上升趋势，从逻辑上来说，在该时间段内种群的总重量应该是上升的，但丙曲线却是整体下降的趋势，同样在逻辑上不合理，故以此学生应该排除B选项。而D选项中丙所表示的种群数量呈下降趋势，乙所表示的个体重量呈上升趋势，甲所表示的种群总重量呈先上升后下降的趋势，三条曲线所描述的情况符合事实的推理演绎，无不合理之处，故而学生应判断本题选D。

综上分析我们可以看出“逻辑推理”型试题可以借用不同的生物学情境，通过构建逻辑上因素与结果之间的关系让学生进行推理，从而对学生的推理与演绎这项关键能力进行考查。结合“四层”的递进关系，这类型的试题也能对学生科学思维核心素养进行评价。

三、“计算推理”类型题及分析

“计算推理”指的是基于给定的条件，学生能通过某些既定的规律或公式对结果进行推理计算。这种类型的试题在高中生物学当中最常见的出题角度就是遗传规律板块的计算。例如2022年乙卷第32题就以某种植物的花色遗传为情境考查了学生的科学思维，其中就包含了结合遗传规律的计算设问。本题题干中记叙了某种植物的花色有白色、红色、紫色三种，三种色素的合成变化途径是原始的白色色素在酶1的作用下可转变为红色色素，红色色素在酶2的作用下可转变为紫色色素。酶1和酶2分别由基因A和基因B控制，且两对基因独立遗传。第一小题设问若用紫花植株AaBb与红花杂合子植株杂交，子代的白花植株中纯合子所占的比例是多少？本题就是一道典型的遗传计算题，考查的就是学生的计算推理能力。该题需要学生先基于题干中不同色素之间的合成变化关系推理出设问中的“红花杂合子植株”基因型为Aabb。而后将其与基因型为AaBb的紫花植株进行杂交。学生则可通过计算得出在子代的白花植株（aaBB和aaBb）中纯合子占二分之一。

遺传类的“计算推理”类型题也可以设置在选择题中，例如：2022年甲卷第6题就是一道难度较高的遗传计算题。题干中谈到某种自花传粉的植物基因A/a控制花粉育性，含有基因A的花粉可育但是含有基因a的花粉仅一半可育。基因B/b控制花色，基因B控制红花性状，基因b控制白花性状。两对基因独立遗传。若以基因型为AaBb的植株自交，要求学生推理计算亲代中不同种类雄配子的数量关系和子代中红花植株和白花植株的比值及基因型aabb所占的比。本题对学生推理计算这种关键能力的要求比较高，同时也要求学生对性状遗传有比较深刻的理解。首先从雄配子的角度来推理计算，AaBb可产生AB、Ab、aB、ab四种类型的雄配子，而含有基因a的花粉仅有一半可育，从数量关系上则要求学生能推理计算出可育的1AB、1Ab、1/2aB和1/2ab雄配子是不育的1/2aB和1/2ab雄配子的三倍，即C选项。同时，含B的可育雄配子1AB、1/2aB数量上与含b的可育雄配子1Ab、1/2ab相等，即D选项。此外，从杂交子代的角度来推理计算，由于控制花色的B、b基因与控制育性的A、a基因独立遗传，故仅讨论子代花色比值的话则要求学生能理解可以只计算杂交后代中花色基因即可，也即是求解出Bb自交后代中B_是bb的倍数确实为3倍，即A选项。而若要讨论自交后代中aabb的占比则需要学生理解在单独计算Aa自交后代中时配子a由于仅有一半的育性，则可育的雄配子a换算为所有雄配子中占比1/3，故aa占比为1/6。而bb基于对A选项的计算可知占比为1/4，则aabb占比应为1/24，即B选项错误。由此可看出本题对学生的计算推理能力和对遗传规律的掌握及应用要求较高，本题可以深入考查到学生的科学思维素养。

而除了常规的在遗传板块出“计算推理”类型题以外，利用生物学科的其他板块也能够组建试题考查学生的推理计算能力。例如：2022年乙卷第31题就以空中拍照技术这个非常新颖的方法用于调查草原上的某种哺乳动物种群数量为情境，在第二小题题干中定义了调查区域总面积为S，样方面积为m，样方内平均个体数为n，要求学生写出计算该区域种群数量的数学式。在该题的求解过程中要求学生利用类比推理的能力，同样方法的思维来进行推理计算，不难推导出（S/m）×n的数学式。本题虽在难度上不算高，但是创新的方法和独特的理念仍旧能对学生的科学思维能力进行有效的考查。

结束语

通过对以上2022年全国甲卷和乙卷生物高考题的分析不难看出，生物学作为一门理科学科确实要求学生有较高的科学思维核心素养，而多种推理型试题的考查正是对学生推理与演绎这种关键能力的直接测试，同时也对学生的科学思维核心素养进行了评价。结合高考所具备的“导向教学”功能，这也就启示我们教师在日常教学中一定要关注培养学生的推理能力。一方面是在组卷出题、布置作业等环节中可以效仿高考卷，有意识加入更多“现象推理”“逻辑推理”和“计算推理”的试题，训练学生的推理演绎能力。另一方面，在备课、授课过程中也需要结合“一核四层四翼”的高考评价体系深入挖掘教材内容、细致研究高考真题，让我们的教学真正贴合学生生物学核心素养的构建。

参考文献

[1]李霞，苏科庚，吴继衡，等.高中生物学科关键能力测评指标体系构建[J].中学生物学，2021，37（10）：47-49，75.

[2]郭洪波.新课标下高中生物高考备考的策略研究[J].高考，2023（2）：39-41.

[3]中华人民共和国教育部考试中心.中国高考评价体系[M].北京：人民教育出版社，2019.