黃建華

(江蘇省南通大學(xué)附屬中學(xué) 226019)

科學(xué)思維的內(nèi)涵是要求學(xué)生熟悉并形成科學(xué)思維的習(xí)慣，能夠運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會(huì)議題。2017年江蘇高考生物學(xué)試卷很好地落實(shí)了對(duì)理性思維的考查，對(duì)一線教學(xué)起了一定的導(dǎo)向作用。本文例析2017年江蘇高考卷對(duì)理性思維的考查，淺談一線教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生理性思維的策略。

1 例析江蘇卷對(duì)科學(xué)思維的分層考查

對(duì)理性思維的考查通?？煞譃?個(gè)水平層次，下面以試卷中的部分試題說明水平劃分。

1.1 水平一 能夠認(rèn)識(shí)到生物學(xué)概念都是基于科學(xué)事實(shí)經(jīng)過論證形成的，并用其解釋簡(jiǎn)單的生命現(xiàn)象。試卷29題給出了獼猴桃果肉放氧測(cè)定裝置(圖1)及某光照強(qiáng)度下獼猴桃光合放氧量隨時(shí)間的變化曲線(圖2)，題目中有一個(gè)設(shè)問是要求解釋15～20min曲線斜率幾乎不變的原因，這一設(shè)問屬于理性思維第一層次的考查，要求學(xué)生用已建立起的凈光合速率這一概念對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)、簡(jiǎn)單的生命現(xiàn)象進(jìn)行解釋，此題中15～20min曲線斜率不變(是零)，果肉細(xì)胞不放氧也不吸氧，說明光合產(chǎn)氧量與呼吸耗氧量相等，應(yīng)用到演繹與推理的思維方式。這道題還設(shè)置了一問，要求推測(cè)20～25min曲線斜率的變化，這屬于理性思維第三層次的考查。

圖1 獼猴桃果肉放氧測(cè)定裝置

圖2 獼猴桃光合放氧量隨時(shí)間變化曲線

1.2 水平二 能夠以特定的生物學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)形成簡(jiǎn)單的生物學(xué)概念，并用文字或圖示的方式正確表達(dá)，進(jìn)而用其解釋相應(yīng)的生命現(xiàn)象。試卷第22題給出了蔗糖在伴胞、篩管、薄壁細(xì)胞間的運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化過程示意圖(圖3)，要求學(xué)生根據(jù)圖示情境概括出蔗糖在伴胞和篩管間的運(yùn)輸方式是通過胞間連絲的擴(kuò)散，是共體質(zhì)途徑，并能根據(jù)圖示情境解釋蔗糖水解酶與單糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體對(duì)蔗糖在不同細(xì)胞間運(yùn)輸?shù)淖饔煤鸵饬x，屬于理性思維水平二的考查，應(yīng)用到歸納與概括、演繹與推理的思維方式。

圖3 蔗糖的運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化示意圖

1.3 水平三 能夠從不同的生命現(xiàn)象中，運(yùn)用歸納的方法概括出生物學(xué)規(guī)律，并在某一給定情境中，運(yùn)用生物學(xué)規(guī)律和原理，對(duì)可能的結(jié)果或發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)或解釋。并能夠選擇文字、圖示或模型等方式進(jìn)行表達(dá)并闡明其內(nèi)涵。試卷第19題給出基因型為Aaaa同源四倍體玉米正常聯(lián)會(huì)和異常聯(lián)會(huì)示意圖(圖4),要求學(xué)生分析自交后代的染色體數(shù)量、基因型等，這需要學(xué)生應(yīng)用減數(shù)分裂中染色體行為變化規(guī)律，構(gòu)建四倍體減數(shù)分裂模型，分析四倍體正常聯(lián)會(huì)和異常聯(lián)會(huì)產(chǎn)生配子的染色體組成和基因組成，然后進(jìn)一步分析產(chǎn)生子代的情況。

圖4 玉米正常聯(lián)會(huì)和異常聯(lián)會(huì)示意圖

試卷23題給出無(wú)機(jī)催化劑鎳將14C標(biāo)記的*Cys-tRNACys(半胱氨酸-tRNACys)還原成*Ala-tRNACys(丙氨酸-tRNACys)示意圖(圖5)，要求學(xué)生分析*Ala-tRNACys參與翻譯對(duì)翻譯結(jié)果的影響，這需要學(xué)生根據(jù)密碼子與反密碼子的關(guān)系、tRNA與所運(yùn)轉(zhuǎn)氨基酸的關(guān)系，分析tRNA運(yùn)轉(zhuǎn)氨基酸發(fā)生變化后對(duì)翻譯結(jié)果的影響。這兩題都屬于理性思維水平三的考查，應(yīng)用到演繹與推理、模型與建模的思維方式。

圖5 無(wú)機(jī)催化劑鎳催化過程示意圖

1.4 水平四 能夠在新的問題情境中，采用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)思維方法揭示生物學(xué)規(guī)律或機(jī)制，并選用恰當(dāng)?shù)姆绞奖磉_(dá)、闡明其內(nèi)涵。在面對(duì)生活中與生物學(xué)相關(guān)的問題并作出決策時(shí)，利用多個(gè)相關(guān)的生物學(xué)重要概念或原理，通過邏輯推理從支持和反對(duì)某個(gè)觀點(diǎn)的兩個(gè)角度闡明個(gè)人立場(chǎng)。試卷28題給了胰島素作用于靶細(xì)胞后提高細(xì)胞吸收葡萄糖能力的示意圖(圖6)，要求學(xué)生判斷相關(guān)因素(體內(nèi)產(chǎn)生蛋白M抗體、體內(nèi)產(chǎn)生胰島素抗體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白缺失、胰高血糖素與其受體結(jié)合發(fā)生障礙)中哪些會(huì)引起糖尿病，這需要學(xué)生分析相關(guān)抗體、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白、胰高血糖素等對(duì)圖示機(jī)理過程的影響，從而對(duì)這些因素能否引起糖尿病作出判斷，即支持或反對(duì)某個(gè)觀點(diǎn)，這屬于理性思維水平四的考查。

圖6 胰島素作用于靶細(xì)胞示意圖

2 應(yīng)對(duì)分層考查的科學(xué)思維能力培養(yǎng)策略

2.1 充分利于教材，合理設(shè)問，強(qiáng)化思維訓(xùn)練 教師要充分利用好教材素材針對(duì)理性思維的幾個(gè)維度和層次進(jìn)行訓(xùn)練。

2.1.1 歸納與概括 例如，學(xué)習(xí)氨基酸的通式時(shí)，可給出多種氨基酸的分子結(jié)構(gòu)式，讓學(xué)生尋找不同氨基酸分子結(jié)構(gòu)的異同，再進(jìn)一步概括出氨基酸的通式。教材中通過歸納與概括習(xí)得的知識(shí)還很多，如生物膜系統(tǒng)的功能、酶的概念、基因突變的概念、基因與性狀的關(guān)系、基因控制生物性狀的方式、生態(tài)系統(tǒng)信息傳遞的功能等，利用好教材的素材，設(shè)置好問題能很好地培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括的能力。

2.1.2 演繹與推理 例如，伽莫夫提出“mRNA上相鄰三個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸”假說的過程就是典型的演繹推理過程：根據(jù)可能性分析，mRNA上可能是1個(gè)或2個(gè)或3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，以4種堿基為前提進(jìn)行演繹推理，結(jié)果是3個(gè)堿基(可構(gòu)成64種密碼子)編碼一個(gè)氨基酸才能編碼20種氨基酸，從而提出“mRNA上相鄰三個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸”假說。教材通過演繹推理提出科學(xué)假說的例子很多，如魏斯曼根據(jù)體細(xì)胞分裂前后染色體數(shù)目恒定推測(cè)精子、卵細(xì)胞形成過程是減數(shù)分裂過程，孟德爾根據(jù)雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出遺傳定律假說，摩根爾根據(jù)孟德爾遺傳定律提出果蠅的白眼基因位于X染色體上假說，沃森和克里克提出DNA半保留復(fù)制的假說，哈迪·溫伯格以生物個(gè)體遺傳為基礎(chǔ)推導(dǎo)提出群體遺傳平衡假說等。要證明這些假說的正確性，就需要根據(jù)假說推理出一個(gè)可通過事實(shí)或?qū)嶒?yàn)直接檢驗(yàn)的結(jié)論，這些過程又是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难堇[推理過程。教學(xué)過程中利用好教材中的這些素材，設(shè)置好問題串，感知科學(xué)發(fā)現(xiàn)歷程的艱辛，可很好地提升學(xué)生演繹推理能力。

2.1.3 建模 例如，學(xué)生學(xué)了基因在染色體上之后，要解釋孟德爾遺傳規(guī)律的本質(zhì)，先要求學(xué)生找到減數(shù)分裂過程中基因行為與染色體行為的平行關(guān)系，然后用基因在染色體上對(duì)這種平行關(guān)系進(jìn)行解釋，再畫出減數(shù)分裂第一次分裂后期的細(xì)胞分裂圖并標(biāo)出等位基因，這就構(gòu)建了解釋遺傳規(guī)律本質(zhì)的物理模型。從思維角度來看，模型可分為物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型，真核細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模型、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、育種培育過程圖解、池塘生態(tài)系統(tǒng)模式圖等屬于物理模型，光合作用示意圖、有絲分裂圖解、減數(shù)分裂圖解、中心法則圖解、過敏反應(yīng)機(jī)理圖解等屬于概念模型，凈光合速率與光合速率的關(guān)系式、種群密度計(jì)算公式、種群“J”型增長(zhǎng)模型中種群數(shù)量與時(shí)間關(guān)系式、酶活性變化曲線、種群增長(zhǎng)曲線、組成細(xì)胞的化學(xué)元素餅狀圖、能量金字塔等屬于數(shù)學(xué)模型。對(duì)于這些模型的教學(xué)不能只著重模型的結(jié)果，更要著重模型的構(gòu)建過程，發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性和能動(dòng)性，抓住不同模型構(gòu)建的特點(diǎn)，逐步的修正和完善，培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力。

2.1.4 批判性思維 例如，在學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)一節(jié)內(nèi)容時(shí)，教材“問題探討”部分設(shè)置一個(gè)情境：荒島中的你隨身食物只有一只母雞和15kg玉米，給出了兩種方案：①先吃雞，再吃玉米；②先吃玉米，同時(shí)用一部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)下的蛋，最后吃雞。要學(xué)生選擇一種方案來維持更長(zhǎng)的生存時(shí)間等待救援，可讓選擇不同方案的學(xué)生闡述理由，通過訓(xùn)練批判性思維導(dǎo)入新課。教材也設(shè)置了批判性思維專欄：如既然細(xì)胞越小，細(xì)胞表面積越大，細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸?shù)男示驮礁?，?xì)胞體積是越小越好嗎？如何評(píng)價(jià)基因決定生物體的性狀這一觀點(diǎn)？自然條件下基因突變率很低，而且大多數(shù)基因突變對(duì)生物是有害的，因此，它不可能為生物進(jìn)化提供原材料，你認(rèn)為這樣的看法正確嗎，為什么？既然血糖是提供能量的，血糖越多，能量供應(yīng)就越充足，所以血糖含量高越好，對(duì)此你持什么觀點(diǎn)，你的論據(jù)是什么？你支持設(shè)計(jì)試管嬰兒?jiǎn)帷@些都是訓(xùn)練學(xué)生批判性思維的良好素材，都注重了情境化、綜合化?？衫眠@些素材從判別信息的真實(shí)性、辨別證據(jù)的充足性、識(shí)別論證的嚴(yán)謹(jǐn)性、甄別結(jié)論的正確性幾個(gè)方面來培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

2.2 緊扣關(guān)鍵知識(shí)、尋找聯(lián)系，建構(gòu)知識(shí)體系 生物學(xué)的知識(shí)點(diǎn)相對(duì)較多且零散，這就需要教師扣住關(guān)鍵知識(shí)，尋找相關(guān)知識(shí)間的異同點(diǎn)、縱橫聯(lián)系，抓住主線，應(yīng)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維這些思維方式使知識(shí)結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化，形成知識(shí)體系，在構(gòu)建知識(shí)體系的過程中強(qiáng)化思維訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)知識(shí)和思維的并舉?？梢杂酶拍顖D、思維導(dǎo)圖、過程圖、模式圖、模型圖等來呈現(xiàn)知識(shí)體系。

2.3 合理選取科研素材創(chuàng)設(shè)情境，解決實(shí)際問題 理性思維能力是忘記生物學(xué)知識(shí)之后還留下的能力，是科研的必備能力，真實(shí)科研素材中充斥著理性思維，選取合適的科研素材，創(chuàng)設(shè)好情境，是培養(yǎng)學(xué)生理性思維的良好途徑，高考試題中對(duì)理性思維考查的素材大都來自科研素材，全新情境中的真實(shí)問題分析才會(huì)真正提高學(xué)生理性思維能力。情境的創(chuàng)設(shè)可從科研背景、目的、材料、方案、結(jié)果、結(jié)論、解決的問題等多個(gè)角度有目的創(chuàng)設(shè)。讓學(xué)生在新情境中應(yīng)用知識(shí)、訓(xùn)練思維并解決問題。