申定健

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）將生物學(xué)核心素養(yǎng)水平劃分了4個等級，來準(zhǔn)確刻畫學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量和學(xué)業(yè)成就表現(xiàn)，并以此作為考試命題的重要依據(jù)?？茖W(xué)思維作為生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分，不僅是生物學(xué)課程性質(zhì)的重要體現(xiàn)，更是高考考查的重點。以2018年全國III卷生物試題為例，嘗試運用科學(xué)思維素養(yǎng)水平進行考查分析，以求把握高考對教學(xué)的導(dǎo)向，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)提出教學(xué)建議。

1科學(xué)思維素養(yǎng)和素養(yǎng)水平等級劃分

1.1科學(xué)思維素養(yǎng)定義

《課標(biāo)》將“科學(xué)思維”素養(yǎng)定義為是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，如能夠基于生物學(xué)事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會議題。

1.2科學(xué)思維能力素養(yǎng)水平等級劃分

以《課標(biāo)》中學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平為依據(jù)，將科學(xué)思維素養(yǎng)水平分出4個等級（表1）。科學(xué)思維素養(yǎng)的每一級水平體現(xiàn)了學(xué)生不同水平差異，主要表現(xiàn)為學(xué)生在不同復(fù)雜程度的情景中運用探究方法解決問題的程度，素養(yǎng)水平逐級遞進。在科學(xué)思維素養(yǎng)四級水平中，一、二級水平解決問題的情景相對簡單和解決問題的程度相對較低，作為生物學(xué)科學(xué)業(yè)水平合格考試的考查要求和命題依據(jù);三、四級水平解決問題的情景相對復(fù)雜且要求較高，作為本學(xué)科學(xué)業(yè)水平等級考試的考查要求和命題依據(jù)。

2基于科學(xué)思維素養(yǎng)四個水平的高考實驗試題分析實例

2.1一級水平考查

【例1】（2018年高考全國Ⅲ卷第3題）神經(jīng)細胞處于靜息狀態(tài)時，細胞內(nèi)外K+和NNa+的分布特征是（）

A.細胞外K+和Na*濃度均高于細胞內(nèi)

B.細胞外K+和Na+濃度均低于細胞內(nèi)

C.細胞外K+濃度高于細胞內(nèi)，Na+相反

D.細胞外K+濃度低于細胞內(nèi)，Na+相反

參考答案：D。

分析：本題依據(jù)神經(jīng)細胞的“靜息電位”基本概念，以K+外流形成神經(jīng)細胞靜息電位狀態(tài)時，要求學(xué)生用己建立起的靜息電位這一概念對神經(jīng)細胞K+和Na+在細胞內(nèi)外分布情況的進行解釋，歸屬于“能用概念解釋簡單的生命現(xiàn)象”，考查科學(xué)思維素養(yǎng)一級水平。

2.2二級水平考查

【例2】（2018年高考全國Ⅲ卷第29題節(jié)選）回答下列問題：

（2）植物的葉面積與產(chǎn)量關(guān)系密切，葉面積系數(shù)（單位土地面積上的葉面積總和）與植物群體光合速率、呼吸速率及干物質(zhì)積累速率之間的關(guān)系如圖1所示。由圖可知：當(dāng)葉面積系數(shù)小于a時，隨葉面積系數(shù)增加，群體光合速率和干物質(zhì)積累速率均——。當(dāng)葉面積系數(shù)超過6時，群體干物質(zhì)積累速率降低，其原因是——。

（3）通常，與陽生植物相比，陰生植物光合作用吸收與呼吸作用放出的C02量相等時所需要的光照強度——（填“高”或“低”）。

參考答案：（2）增加群體光合速率不變，但群體呼吸速率仍在增加，故群體干物質(zhì)積累速率降低

（3）低

分析：本題第（2）小題題干與曲線圖給出3個基本概念——群體光合速率、呼吸速率及干物質(zhì)積累速率，綠色植物在光下同時進行光合作用和呼吸作用的前提下，存在“群體光合速率=群體凈光合速率+群體呼吸速率”的數(shù)學(xué)關(guān)系，其中凈光合速率也可以用干物質(zhì)積累速率表示，故第二空考查學(xué)生基于三種速率的概念關(guān)系，結(jié)合曲線圖解釋當(dāng)葉面積系數(shù)超過6時群體干物質(zhì)積累速率降低的原因，歸屬于“基于簡單的生物學(xué)概念，用文字正確解釋相應(yīng)的生命現(xiàn)象”，考查科學(xué)思維素養(yǎng)二級水平。

【例3】（2018年高考全國Ⅲ卷第30題節(jié)選）回答下列與蛋白質(zhì)相關(guān)的問題：

（2）通常，細胞內(nèi)具有正常生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)需要有正確的氨基酸序列和

結(jié)構(gòu)。某些物理或化學(xué)因素可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。通常，變性的蛋白質(zhì)易被蛋白酶水解，原因是——。

（3）如果DNA分子發(fā)生突變，導(dǎo)致編碼正常血紅蛋白多肽鏈的mRNA序列中一個堿基被另一個堿基替換，但未引起血紅蛋白中氨基酸序列的改變，其原因可能是遺傳密碼——。

參考答案：（2）空間蛋白質(zhì)變性后使肽鏈暴露，暴露的肽鍵易與蛋白酶接觸，使蛋白質(zhì)降解

（3）具有簡并性

分析：給出“蛋白質(zhì)變性”的基本概念，基于蛋白質(zhì)變性實質(zhì)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變的概念認識，解釋“變性的蛋白質(zhì)易被蛋白酶水解”的生命現(xiàn)象，以及第（3）小題給出DNA分子突變導(dǎo)致的mRNA上密碼子中的一個堿基替換，但相應(yīng)蛋白的氨基酸序列發(fā)生變化，說明前后密碼子編碼同一個氨基酸，考查遺傳密碼的“簡并性”概念，即可用該概念進行解釋該生命現(xiàn)象。第（2）小題第2空和第（3）小題歸屬于“基于簡單的生物學(xué)概念，用文字正確解釋相應(yīng)的生命現(xiàn)象”，考查科學(xué)思維素養(yǎng)二級水平。

2.3三級水平考查

【例4】（2018年高考全國III卷第31題）某小組利用某二倍體自花傳粉植物進行兩組雜交實驗，雜交涉及的四對相對性狀分布是：紅果（紅）與黃果（黃），子房二室（二）與多室（多）。圓形果（圓）與長形果（長），單一花序（單）與復(fù)狀花序（復(fù)）。實驗數(shù)據(jù)見表2。

回答下列問題

（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)得出的結(jié)論是：控制甲組兩對相對性狀的基因位于

上。依據(jù)是

;控制乙組兩對相對性狀的基因位于

（填“一對”或“兩對”）同源染色體上，依據(jù)是——。

（2）某同學(xué)若用“長復(fù)”分別與乙組的兩個F。進行雜交，結(jié)合表中數(shù)據(jù)分析，其子代的統(tǒng)計結(jié)果不符合——的比。

參考答案：（1）非同源染色體F：中兩對相對性狀表現(xiàn)型的分離比為9：3：3：1一對F2中每對相對性狀表現(xiàn)型比符合3：1，而兩對相對性狀表現(xiàn)型的分離比不符合9：3：3：1

（2）1：1：1：1

分析：本題給出四對相對性狀的四組雜交實驗的Fl和F2表現(xiàn)型和性狀分離比，需要基于相對性狀的顯隱性關(guān)系和性狀分離比分析，以符合自由組合定律的9：3：3：1性狀分離比和分離定律的3：1性狀分離比作為標(biāo)準(zhǔn)參照，判斷控制4對相對性狀的基因位置關(guān)系，這就要求學(xué)生從雜交實驗的事實出發(fā)，運用歸納的方法概括出4對相對性狀的F，和F2表現(xiàn)型和性狀分離比，運用兩大遺傳定律分析該遺傳實驗過程，從而判斷控制相對性狀的基因位置和闡述判斷依據(jù)，屬于“能夠基于事實和證據(jù)，運用歸納的方法概括出生物學(xué)規(guī)律，運用生物學(xué)規(guī)律和原理，對可能的結(jié)果作出解釋，并能夠選擇文字、圖示或模型等方式進行表達并闡明其內(nèi)涵”，考查科學(xué)思維素養(yǎng)三級水平。

此外，上述“例2”2018年高考全國Ⅲ卷第29題第（3）小題給出“植物光合作用吸收與呼吸作用放出的C02量相等時”條件，即處于為光補償點時，比較陽生植物和陰生植物需要的光照強度大小，考查學(xué)生基于補償點的理解和認識，運用光合作用原理，比較陽生植物和陰生植物需要的光照強度差異，對可能的結(jié)果作出預(yù)測，同樣考查科學(xué)思維素養(yǎng)三級水平。

2.4四級水平考查

【例5】（2018年高考全國Ⅲ卷第32題節(jié)選）圖2是某農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模式圖

（2）根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中分解者的作用，若要采用生物方法處理生活垃圾，在確定處理生活垃圾的方案時，通常需要考慮的因素可概括為3個方面，即——。

參考答案：（2）待分解垃圾的性質(zhì)，引進的分解者生物的種類，處理環(huán)境的理化條件

分析：本題第（2）小題給出“根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中分解者的作用，若要采用生物方法處理生活垃圾”新的問題情境，考查學(xué)生“在確定處理生活垃圾的方案時需要考慮的因素”。這就要求學(xué)生能夠面對生活中與生物學(xué)相關(guān)的新問題情境中，基于事實和證據(jù)，采用創(chuàng)造性思維方法思考在確定處理生活垃圾的方案時需要考慮的因素，并選用文字進行表達、闡明其內(nèi)涵，考查科學(xué)思維素養(yǎng)四級水平。

3基于科學(xué)思維素養(yǎng)水平培養(yǎng)的教學(xué)啟示

3.1教學(xué)應(yīng)充分利用教材素材強化思維訓(xùn)練

教材是重要的教學(xué)資料，教師要充分利用好教材中素材，針對科學(xué)思維的5種思維方式進行強化訓(xùn)練。

3.1.1歸納與概括思維

教材中通過歸納與概括方式呈現(xiàn)的知識有很多，如氨基酸結(jié)構(gòu)通式、細胞學(xué)說建立、細胞的統(tǒng)一性和多樣性、生物膜系統(tǒng)的功能、細胞核的功能、酶的特性、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。教師利用好教材的素材，以問題形式培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括的能力。例如，學(xué)習(xí)酶的特性時，可利用“比較過氧化氫在不同條件下的分解”教材實驗，讓學(xué)生比較加酶與加FeCl3無機催化劑實驗現(xiàn)象的異同，概括出酶的高效性;利用教材“學(xué)科交叉”資料，讓學(xué)生比較“淀粉在淀粉酶和蔗糖酶以及在無機酸的催化下分解”現(xiàn)象，概括出酶的專一性等。

3.1.2演繹與推理思維

教材通過演繹推理方式提出假說的實例也很多，諸如孟德爾根據(jù)豌豆雜交實驗結(jié)果提出遺傳定律假說，摩根爾根據(jù)果蠅雜交實驗提出果蠅的白眼基因位于x染色體上假說，魏斯曼根據(jù)體細胞分裂前后染色體數(shù)目恒定推測精子、卯細胞形成過程是減數(shù)分裂過程，沃森和克里克提出DNA半保留復(fù)制的假說，伽莫夫提出“三聯(lián)體密碼”假說等。采用假說演繹法是演繹與推理思維培養(yǎng)的良好途徑。例如，孟德爾的兩大遺傳定律正是采用假說演繹法才被發(fā)現(xiàn)，成為生物學(xué)中演繹與推理思維的典型范例。教學(xué)過程中，教師要利用好教材素材，演示演繹與推理的過程，循序漸進地培養(yǎng)學(xué)生演繹推理思維能力。

3.1.3模型與建模思維

教材中呈現(xiàn)的模型包括數(shù)學(xué)模型、物理模型和概念模型三種類型，諸如真核細胞亞顯微結(jié)構(gòu)模型、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、池塘生態(tài)系統(tǒng)模式圖等屬于物理模型;光合作用過程示意圖、有絲分裂和減數(shù)分裂圖解、中心法則圖解和血糖調(diào)節(jié)過程模擬等屬于概念模型;酶活性的溫度和pH影響曲線、光合速率影響曲線、種群密度計算公式、種群J型增長模型、組成細胞的化學(xué)元素餅狀圖、能量金字塔等屬于數(shù)學(xué)模型。例如，學(xué)生學(xué)了基因在染色體上之后，為準(zhǔn)確理解分離和自由組合規(guī)律的本質(zhì)，教師可要求學(xué)生依據(jù)減數(shù)分裂過程中基因行為與染色體行為的平行關(guān)系，再把基因定位到染色體上，畫出2N=4的細胞減數(shù)分裂示意圖，在圖中染色體上標(biāo)注出AaBb兩對等位基因，如此構(gòu)建遺傳規(guī)律的物理模型。在模型的構(gòu)建和修正完善過程，培養(yǎng)學(xué)生的模型和建模思維能力。

3.1.4批判性思維

教材同樣設(shè)置了批判性思維訓(xùn)練問題。例如，細胞表面積與體積關(guān)系限制了細胞的長大，細胞體積是不是越小越好？生物自發(fā)突變頻率很低，而且大多是有害的，突變?yōu)槭裁催€能夠作為生物進化的原材料？血糖是提供能量的，血糖是不是越高越好？免疫系統(tǒng)的防衛(wèi)功能是不是越強大越好呢？這些問題都創(chuàng)設(shè)了知識情境，是訓(xùn)練批判性思維的良好素材。此外，實驗評價也是培養(yǎng)批判性思維的良好途徑。教師可利用實驗素材，讓學(xué)生在真實情境中辨別信息的真實性、論證的嚴謹性、證據(jù)的充足性、結(jié)論的正確性，從而培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，例如探究生長素在胚芽鞘中的極性運輸方向?qū)嶒炘u價就是教材實驗素材的典型。

3.1.5創(chuàng)造性思維

思考是創(chuàng)造性思維的前提。在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程中，任何科學(xué)發(fā)現(xiàn)無不都是從提出問題開始的，學(xué)生通過教材知識的學(xué)習(xí)，獨立思考，將新知識與舊知識進行聯(lián)接組合，形成新的知識結(jié)構(gòu)。教師訓(xùn)練學(xué)生學(xué)習(xí)過程中學(xué)會提出問題，針對問題的解決提出設(shè)想。教師在教學(xué)中要鼓勵學(xué)生善于發(fā)問、大膽質(zhì)疑，以啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維。例如，學(xué)習(xí)“生物催化劑酶”后，學(xué)生提出疑問：酶作為催化劑，怎么知道它本身在反應(yīng)前后沒有發(fā)生變化？教材實驗僅在37℃左右的溫水中進行，為什么結(jié)論是酶在適宜的溫度和其他條件下，能夠使生物體內(nèi)的許多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)順利而迅速地進行？其目的是達到學(xué)而有思，思而有惑，惑而求解。教師應(yīng)注意創(chuàng)設(shè)學(xué)生創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的良好氛圍，讓學(xué)生勤于思考，勇于發(fā)問。

3.2教學(xué)應(yīng)遵循素養(yǎng)水平遞進關(guān)系進行培養(yǎng)

要對學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)水平進行精細刻畫，需將科學(xué)思維素養(yǎng)按照學(xué)業(yè)質(zhì)量水平劃分為四級水平，使學(xué)生能力素養(yǎng)水平從低到高依級遞進。教師應(yīng)認識到素養(yǎng)的低級水平是高級水平建構(gòu)基礎(chǔ)，要遵循素養(yǎng)水平遞進關(guān)系進行循序漸進的培養(yǎng)和提高;厘清素養(yǎng)水平遞進關(guān)系，將更加有利于科學(xué)描述和評價學(xué)生素養(yǎng)水平層次，從而真正做到對每一位學(xué)生有針對性和差異性的培養(yǎng)。

3.3教學(xué)應(yīng)為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維創(chuàng)設(shè)真實的情境

科學(xué)思維能力是除生物學(xué)知識之后還留下的關(guān)鍵能力，也是科學(xué)研究的必備能力，真實科研素材中需要運用科學(xué)思維進行分析，選取合適的科研素材，創(chuàng)設(shè)真實情境，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的良好途徑。高考對科學(xué)思維考查的試題素材大都來自教材，只是創(chuàng)新了考查情境，全新情境中的真實問題分析才會真正提高學(xué)生科學(xué)思維能力。教師可從教材實驗素材中的研究背景、目的、材料、方法、步驟、結(jié)果、結(jié)論、解決實際問題等多個角度有針對性地進行創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生在真實的情境中訓(xùn)練思維，應(yīng)用概念、方法和原理來解決問題。

3.4教學(xué)應(yīng)注重學(xué)生自主建構(gòu)知識體系以強化思維訓(xùn)練

生物學(xué)的知識點多且分布零散，需要教師扣住關(guān)鍵知識，尋找相關(guān)知識間的異同點、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、批判性思維和創(chuàng)造性思維這些思維方式，使知識層次化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。教師可以用概念圖、思維導(dǎo)圖、過程圖、模式圖、模型圖等自主構(gòu)建來促進知識體系的形成，在構(gòu)建知識體系的過程中，強化對學(xué)生科學(xué)思維訓(xùn)練，真正實現(xiàn)知識學(xué)習(xí)和思維培養(yǎng)的并舉并重。