北京

《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）中提出：“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力?？梢?，具有實證（證據意識）與邏輯（思維方法）的思維方式和習慣尤為重要。因此，教師的教學不僅要給學生傳授科學知識本身，更需要在傳授科學知識的同時使學生形成科學的思維方式和習慣。

“邏輯”是十分重要的科學思維方式之一，建立思維邏輯有利于培養(yǎng)學生的“科學思維”素養(yǎng)，下面僅就如何培養(yǎng)學生的邏輯化思維方式進行闡述。

一、利用高考試題訓練學生邏輯化思維方式

分析近幾年的北京高考試題，不難發(fā)現高考試題對學生“科學思維”這一學科核心素養(yǎng)的考查力度不斷加大，試題本身又具有較強的邏輯性，在考查基礎知識的同時要求學生具有較強的邏輯思維（推理）能力，但這恰恰是學生的短板所在。因此，借助高考試題可高效訓練學生的邏輯化思維方式。

（一）模式圖信息轉換

1.例題展示

【例1】（2017 年，北京卷，第4 題）細胞外葡萄糖濃度調節(jié)胰島B 細胞（β 細胞）分泌胰島素的過程如圖1，對其理解錯誤的是 （ ）

圖1

A.細胞呼吸將葡萄糖中的化學能貯存在ATP 中

B.Ca2+內流促使細胞通過胞吐方式釋放胰島素

C.細胞外葡萄糖濃度降低會促進胰島素釋放

D.該過程參與了血糖濃度的反饋調節(jié)機制

【答案】C

【試題分析】教學中借助本題可進行相關知識的復習，如血糖的調節(jié)、細胞呼吸、物質運輸方式、ATP 的作用、膜電位變化等；同時胰島B 細胞（β 細胞）分泌胰島素過程的模式圖又能訓練學生獲取模式圖中信息的能力，并以思維導圖的形式梳理血糖濃度的反饋調節(jié)過程。

【思維導圖構建】葡萄糖↑→細胞呼吸↑→ATP ↑→K+外流↓→Ca2+內流↑→胰島素釋放↑→ 葡萄糖↓

【教學效果】學生從模式圖中獲取信息，通過構建思維導圖呈現出清晰的邏輯關系，再運用邏輯推理分析血糖濃度的反饋調節(jié)過程，以此訓練學生的邏輯化思維方式。

【例2】（2017 年，北京卷，第29 題節(jié)選）（題干略）（2）如果在H 區(qū)的傳入纖維上施加100 次/秒、持續(xù)1 秒的強刺激（HFS），在刺激后幾小時之內，只要再施加單次強刺激，突觸后膜的電位變化都會比未受過HFS 處理時高2～3 倍，研究者認為是HFS 使H 區(qū)神經細胞產生了“記憶”。如圖2 為這一現象可能的機制。

如圖2 所示，突觸后膜上的N 受體被激活后，Ca2+會以__________方式進入胞內。Ca2+與__________共同作用，使C 酶的__________發(fā)生改變，C 酶被激活。

圖2

【答案】（2）易化擴散/協(xié)助擴散 鈣調蛋白空間結構

【試題分析】教學中借助本問可進行相關知識的復習，如突觸的結構、突觸傳遞、物質運輸方式、酶的作用、ATP 的作用、膜電位變化、興奮的產生等；同時讓學生獲取模式圖中的信息，以思維導圖的形式呈現HFS 使H 區(qū)神經細胞產生“記憶”的可能機制。

【思維導圖構建】

圖3

【教學效果】學生通過獲取模式圖中的信息，以思維導圖形式梳理一系列連鎖反應的過程，利于學生快速厘清并清晰呈現模式圖中復雜的信息脈絡，以此訓練學生的邏輯化思維方式。

圖4

【例3】（2016 年，北京卷，第30 題節(jié)選）（題干略）（2）經大量研究，探明了野生型擬南芥中乙烯的作用途徑，簡圖如圖4。

由圖4 可知，R 蛋白具有結合乙烯和調節(jié)酶T 活性兩種功能。乙烯與__________結合后，酶T 的活性__________，不能催化E 蛋白磷酸化，導致E 蛋白被剪切。剪切產物進入細胞核，調節(jié)乙烯響應基因的表達，植株表現有乙烯生理反應。

【答案】（2）R 蛋白 被抑制

【試題分析】教學中借助本問可進行相關知識的復習，如基因的表達、乙烯的生理作用、乙烯的調控機制、ATP的作用、酶的作用等；同時學生可通過獲取并正確解讀圖4中的信息，構建思維導圖梳理出乙烯在植株中發(fā)揮調控作用的邏輯關系，并用文字表述該邏輯關系。

【思維導圖構建】

圖5

文字表述：

在有乙烯條件下，乙烯與R 蛋白結合，酶T 的活性被抑制，不能催化E 蛋白磷酸化，導致E 蛋白被剪切，乙烯響應基因表達，植株表現出有乙烯生理反應。

在無乙烯條件下，酶T 具有活性，催化E 蛋白磷酸化，導致E 蛋白不被剪切，乙烯響應基因不表達，植株表現出無乙烯生理反應。

【教學效果】學生通過獲取圖4 中的信息，以思維導圖形式梳理出有無乙烯時植株的生理反應的邏輯鏈條，清晰呈現對應的邏輯關系，更利于學生理解乙烯發(fā)揮作用的機理，對于解決試題中的問題起到至關重要的作用。同時讓學生基于圖5 中的邏輯關系，用文字進行表述，以此訓練學生邏輯化思維方式和語言表達能力。

2.教學啟示

基于對上述典型高考試題的分析不難發(fā)現，若模式圖中信息量較大、邏輯關系又較為復雜，可以通過構建結構化的思維導圖，幫助學生厘清邏輯關系使思維更加清晰。思維導圖的構建不僅利于解題，同時能夠加強學生思維順序和思維邏輯的訓練。

（二）文本信息轉換

1.例題展示

【例4】（2019 年,北京卷，第31 題節(jié)選）（題干略）（3）研究發(fā)現，原核生物藍藻（藍細菌）R 酶的活性高于高等植物。有人設想通過基因工程技術將藍藻R 酶的S、L 基因轉入高等植物，以提高后者的光合作用效率。研究人員將藍藻S、L 基因轉入某高等植物（甲）的葉綠體DNA 中，同時去除甲的L 基因。轉基因植株能夠存活并生長。檢測結果表明，轉基因植株中的R 酶活性高于未轉基因的正常植株。

①由上述實驗能否得出“轉基因植株中有活性的R 酶是由藍藻的S、L 組裝而成”的推測？請說明理由。

【答案】（3）①不能。轉入藍藻S、L 基因的同時沒有去除甲的S 基因，無法排除轉基因植株R 酶中的S 是甲的S 基因表達產物的可能性。

【試題分析】教學中借助本問可進行相關知識的復習，如基因工程、酶的作用等；同時讓學生獲取文本信息，并轉換成思維導圖形式呈現。

【思維導圖構建】

圖6

【教學效果】通過獲取文本信息構建思維導圖，更利于學生厘清因果邏輯關系。學生在分析轉基因植株中R 酶中的S 基因來源時，使其推理的思維過程更加清晰化，同時也訓練了學生將文本信息進行轉換的能力。

2.教學啟示

將試題中的文本信息轉換成思維導圖形式，有利于學生將思維過程進行梳理，使學生頭腦中的信息清晰化，信息轉換的過程就是學生高效梳理解題思路的過程，以此訓練學生的邏輯化思維方式。

二、利用教材體系培養(yǎng)學生邏輯化思維方式

在教學過程中可利用教材內容的編排體系，讓學生自主構建知識間的邏輯關系框架圖，梳理構建的過程，有利于培養(yǎng)學生的邏輯化思維方式。

如，必修1：以基本的生命系統(tǒng)（細胞）為編寫教材的主線。（如圖7）

從分子水平到細胞水平逐步梳理知識間的邏輯關系，能夠讓學生更清晰地了解必修1 模塊涉及的主要內容，利于學生在微觀層面上更深入理解細胞的本質，更好地體會細胞結構與功能的統(tǒng)一，以及細胞生命活動中物質、能量和信息變化的統(tǒng)一。

必修2：以人類對基因的探索歷程為編寫教材的主線。（如圖8）

圖8

沿著人類認識基因的過程逐步梳理知識間的邏輯關系，能夠讓學生更清晰地了解必修2 模塊涉及的主要內容，利于學生在分子水平和細胞水平上理解生命的延續(xù)和發(fā)展，從而更好地理解遺傳和進化的本質。

三、利用知識間的邏輯關系培養(yǎng)學生邏輯化思維方式

利用知識間的邏輯關系構建思維導圖，不僅能夠加深學生對知識的理解，同時也能夠提升學生的邏輯思維能力。如以蛋白質的合成、加工、運輸、分泌的過程構建思維導圖，能夠清晰地呈現細胞內各種結構之間的相互聯系和協(xié)調統(tǒng)一。

圖9

四、利用《課程標準》的概念體系培養(yǎng)學生邏輯化思維方式

基于《課程標準》中的概念體系構建思維導圖，進行邏輯化思維方式的訓練，能夠更好地落實《課程標準》中的要求，提升學生的邏輯思維能力。

（一）大概念間的層面

利用概念間的邏輯關系，嘗試建立概念間的關系圖，有助于幫助學生厘清概念間的邏輯關系。下面筆者就以必修1 模塊為例，基于兩個大概念構建必修1 模塊的思維導圖。

概念1：細胞是生物體結構與生命活動的基本單位。

概念2：細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質，并通過分裂實現增殖。

圖10

（二）大概念層面

圍繞大概念構建思維導圖，讓學生的思維結構化，既利于學生基于結構闡釋功能，又利于學生基于功能理解結構，強化結構與功能觀。同時是從生命系統(tǒng)的角度進行建構，利于強化學生的“系統(tǒng)”觀念。（以概念1 為例）

概念1：細胞是生物體結構與生命活動的基本單位。

圖11

（三）小概念（次位概念）層面

適宜構建思維導圖的內容有很多，如蛋白質的結構、有絲分裂過程、DNA 分子結構、細胞膜結構、能量流動、物質循環(huán)、中心法則、血糖調節(jié)、體溫調節(jié)、免疫調節(jié)等內容，在小概念（次位概念）層面構建思維導圖，將知識以圖解的方式呈現，利于學生形成邏輯清晰的思維方式。（以蛋白質的結構為例，如圖12）

圖12

對學生而言，比記憶知識更重要的是要形成科學的思維方式和習慣。在教學中教師可利用典型的高考試題、教材的編排體系、知識間的邏輯關系、《課程標準》的概念體系，通過構建思維導圖的形式訓練學生的邏輯化思維方式來更好地落實學科核心素養(yǎng)，從而達到《課程標準》的要求。