北京 劉 明

生物課程的核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，長句式作答題型能更準(zhǔn)確地反映學(xué)生的素養(yǎng)，呈現(xiàn)科學(xué)思維過程。在近五年北京卷生物學(xué)試題中，長句式作答題型所占分值比例逐年上升，這對學(xué)生運(yùn)用學(xué)科語言進(jìn)行科學(xué)表述的能力提出了更高的要求。北京卷依托長句式作答題型主要考查學(xué)生“科學(xué)探究”和“科學(xué)思維”兩個維度的學(xué)科核心素養(yǎng)。嚴(yán)謹(jǐn)有序的思維是科學(xué)表述的前提，本文以2020 年北京卷部分試題為例，通過分析不同考查落點(diǎn)的長句式作答小題，構(gòu)建相應(yīng)的思維策略，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展，進(jìn)而提高科學(xué)表述能力。

一、科學(xué)探究

1.設(shè)計(jì)與實(shí)施類

設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究能力的重要組成，是每年北京卷的必考點(diǎn)。由于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)類題型開放性大，因此考查形式一般為選擇題，僅在2017 年第29 題中以長句式作答題型出現(xiàn)，設(shè)問方式為“評價(jià)實(shí)驗(yàn)方案并完善”。無論考查形式如何變化，設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)的思維策略是不變的。其核心步驟依次為分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，找?zhǔn)自變量、因變量→單一自變量處理實(shí)驗(yàn)組→無關(guān)變量相同、適宜原則處理實(shí)驗(yàn)組、對照組→檢測或預(yù)期各組因變量或其指標(biāo)→分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、得出結(jié)論。

【例1】（2020 年，北京卷，第16 題節(jié)選）（題干略）（3）進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，Y 島上單位面積的植物干重及土壤氮、磷含量均低于W 島。研究者選擇Y 島上的若干代表性地塊，通過施肥實(shí)驗(yàn)證明了Y 島植物干重較低是由土壤肥力低所致。支持此結(jié)論的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)為___________。

【參考答案】施肥地塊（實(shí)驗(yàn)組）的植物干重高于未施肥地塊（對照組）。

【分析】該小題要求學(xué)生基于給定的結(jié)論，設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案，并預(yù)測結(jié)果。思維過程為依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論還原實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹膀?yàn)證Y 島植物干重較低是由土壤肥力低所致”，找到自變量（是否施肥）、因變量（單位面積的植物干重）→自變量“施肥”處理實(shí)驗(yàn)組（Y島隨機(jī)均分的一組地塊），“不施肥”處理對照組（Y 島隨機(jī)均分的另一組地塊、W 島的一組地塊）→相同適宜的無關(guān)變量“生長時(shí)間、環(huán)境氣候等”處理實(shí)驗(yàn)組、對照組→預(yù)期支持結(jié)論的各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果“施肥地塊的植物干重高于未施肥地塊，不低于W 島”→結(jié)論：Y 島植物干重較低是由土壤肥力低所致。

本小題學(xué)生在思維過程中的易錯點(diǎn)為將實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪€原為“驗(yàn)證Y 島植物干重較低是由土壤肥力低所致”，進(jìn)而僅設(shè)計(jì)一組對照實(shí)驗(yàn)，即Y 島未施肥組。典型錯答：Y 島施肥地塊單位面積的植物干重高于Y 島未施肥地塊。

2.結(jié)果與結(jié)論類

描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果、歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論是長句式作答題型最常見的考查落點(diǎn)。學(xué)生作答的問題主要為“表述不完整”和“混淆結(jié)果與結(jié)論”。此類問題的思維策略是首先依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼页鋈康淖宰兞?、因變量→緊跟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，描述隨著自變量的變化，因變量檢測指標(biāo)如何變化（描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果）→依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較、整合（分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果）→回扣實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，總結(jié)自變量對因變量的影響（歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論）。

【例2】（2020 年，北京卷，第20 題節(jié)選）（題干略）（2）在愈傷組織生芽過程中，CK 通過ARRs（A）基因和WUS（W）基因起作用。為探討A 基因與W 基因的關(guān)系，將A 基因功能缺失突變體（突變體a）和野生型的愈傷組織分別置于CK 與生長素比例高的（高CK）培養(yǎng)基中誘導(dǎo)生芽，在此過程中測定W 基因的表達(dá)量。圖1 中，野生型的W 基因表達(dá)量與高CK 誘導(dǎo)時(shí)間的關(guān)系是____________。分析圖1 結(jié)果可得出的結(jié)論是在高CK 誘導(dǎo)下A 基因促進(jìn)W 基因表達(dá)，得出結(jié)論的依據(jù)為與野生型相比，_____________。

圖1

【參考答案】隨著高CK 誘導(dǎo)時(shí)間的增加而增加經(jīng)高CK 誘導(dǎo)后，突變體a 中W 基因表達(dá)量明顯低

【分析】本小題要求學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析、描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第一個小空側(cè)重“描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果”，基于給定的自變量、因變量，直接描述為“隨自變量（高CK 誘導(dǎo)時(shí)間）延長，因變量（野生型的W 基因表達(dá)量）增加”。第二個小空側(cè)重“分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果”。思維過程為分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論，找出自變量A 基因、因變量W 基因的相對表達(dá)量、無關(guān)變量高CK 誘導(dǎo)時(shí)間→描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果“高CK 處理4 天，無A 基因（突變型）W 基因表達(dá)量低于有A 基因（野生型）；高CK 處理8 天，無A 基因（突變型）W 基因表達(dá)量低于有A 基因（野生型）→分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果“與野生型相比，無論高CK 處理時(shí)間長短，突變型W 基因的相對表達(dá)量低”→得出結(jié)論：高CK 誘導(dǎo)下A 基因促進(jìn)W 基因表達(dá)。

二、科學(xué)思維

1.推理歸因類

推理歸因主要指學(xué)生“基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理等方法，闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律”的過程。2017—2019 年北京高考試題中，幾乎每道大題均有一個小題需要學(xué)生用長句式的形式作答，呈現(xiàn)邏輯思維過程，闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律。此類問題的思維策略是抓住思維的起點(diǎn)（已知條件）和落點(diǎn)（待解釋的問題）→依據(jù)試題情境信息、具備生物學(xué)概念依次尋找中間點(diǎn)（邏輯證據(jù)）→利用“起點(diǎn)、中間點(diǎn)、落點(diǎn)”完整的邏輯關(guān)系給出合理歸因。

【例3】（2020 年，北京卷，第18 題節(jié)選）（題干略）（3）②另有研究發(fā)現(xiàn)，f 能抑制吞噬細(xì)胞的功能。試從分子與細(xì)胞水平解釋實(shí)驗(yàn)組的感染率低于對照組的原因。

【參考答案】S 刺激小鼠產(chǎn)生S 抗體，抗體與f 表面的S 特異性結(jié)合，減弱了f 對吞噬細(xì)胞的抑制，更多的Pf被吞噬，感染減輕，故實(shí)驗(yàn)組的感染率低于對照組。

【分析】本小題要求學(xué)生能基于事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用穩(wěn)態(tài)與平衡觀，利用免疫重要概念，通過歸納與概括、演繹與推理，解釋生命現(xiàn)象。依據(jù)思維策略，首先通過待解釋的問題“實(shí)驗(yàn)組的感染率低于對照組”，確定起點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)組與對照組的區(qū)別“實(shí)驗(yàn)組在前38 天、前29 天兩次注射噬菌體f 的表面蛋白S”，再依據(jù)試題情境信息、免疫學(xué)概念依次尋找中間點(diǎn)（邏輯證據(jù)）。具體思維過程見圖2。

圖2

本小題涉及的免疫學(xué)概念屬于必備的核心主干知識，學(xué)生在思維過程中的難點(diǎn)在于將免疫學(xué)概念1 與試題情境信息1 有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而推理得到中間點(diǎn)1。由于本題的情境非常新穎，Pf為被噬菌體f 侵染的Pa 菌株，二者呈現(xiàn)出共生的種間關(guān)系。而病毒和細(xì)菌又是學(xué)生非常容易混淆的兩類生物。因此學(xué)生很難理順噬菌體f、Pa 菌株和小鼠之間的關(guān)系。準(zhǔn)確獲取關(guān)鍵信息是科學(xué)思維的前提，學(xué)生不僅要具備快速閱讀的能力，還要能甄別出重要信息，并對其進(jìn)行仔細(xì)分析。

2.評價(jià)論證類

評價(jià)論證主要指學(xué)生“基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、批判性思維等方法，審視或論證生物學(xué)新問題”的能力。評價(jià)論證類問題基本上都需要用長句式作答。評價(jià)論證類問題的思維策略與推理歸因類問題相似，均需要找到解決問題的起點(diǎn)和落點(diǎn)，均需要依據(jù)“試題情境信息、具備生物學(xué)概念”依次尋找中間點(diǎn)（邏輯證據(jù)）。但評價(jià)論證類問題的起點(diǎn)和落點(diǎn)一般較為隱蔽，需要將待解決問題進(jìn)行轉(zhuǎn)化。其次，評價(jià)論證類問題的邏輯證據(jù)鏈通常不止一條，這要求學(xué)生必須全面地獲取題目信息。

【例4】（2020 年，北京卷，第19 題節(jié)選）（題干略）（3）若從物質(zhì)和能量的角度分析，選用高溫響應(yīng)的啟動子驅(qū)動psbA 基因表達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是___________。

【參考答案】高溫時(shí)，高溫響應(yīng)的啟動子驅(qū)動psbA基因高水平表達(dá)，補(bǔ)充高溫造成的D1 不足，修復(fù)PS Ⅱ，提高植物光能利用率；非高溫時(shí)低水平表達(dá)，避免不必要的物質(zhì)和能量消耗。

【分析】本小題要求學(xué)生能基于事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用物質(zhì)與能量觀，利用光合作用概念，運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、批判性思維等方法進(jìn)行論證。依據(jù)思維策略，首先通過待論證的問題“高溫響應(yīng)的啟動子驅(qū)動psbA 基因表達(dá)的優(yōu)點(diǎn)”，在物質(zhì)與能量觀這一生命觀念的指導(dǎo)下，確定思維起點(diǎn)為“高溫條件下外源psbA 基因表達(dá)，常溫條件下不表達(dá)”，落點(diǎn)為“高溫響應(yīng)的啟動子驅(qū)動psbA 基因在合理利用物質(zhì)與能量方面優(yōu)于普通的啟動子”。具體思維過程見圖3。

圖3

本小題的思維難點(diǎn)在于將待解決問題的起點(diǎn)和落點(diǎn)進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)化。學(xué)生容易將起點(diǎn)僅落在“高溫條件下外源psbA 基因表達(dá)”，接下來只強(qiáng)調(diào)高溫下仍能進(jìn)行光合作用，而忽略“在常溫下不表達(dá)”的優(yōu)勢，最終導(dǎo)致論證不全面。

3.遷移創(chuàng)新類

遷移創(chuàng)新主要指學(xué)生“基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用創(chuàng)造性思維等方法，解決生物學(xué)新問題”的能力。此類問題開放性程度大，要求學(xué)生具備高水平的科學(xué)思維能力，并能進(jìn)行長句式的科學(xué)表述。遷移創(chuàng)新類問題的主要思維策略是分析待解決問題，將其轉(zhuǎn)化為待解決的問題串→依次找到與問題串關(guān)聯(lián)的試題情境信息→依據(jù)生物學(xué)概念，理解試題情境信息→將試題情境信息合理遷移到待解決問題中→給出解決問題的完整思路。

【例5】（2020 年，北京卷，第21 題節(jié)選）（題干略）（3）③在產(chǎn)量低的甲品系水稻中發(fā)現(xiàn)了A、B 基因的等位基因A3、B3（廣親和基因），含有廣親和基因的雜合子，雌雄配子均可育。請寫出利用甲品系培育出育性正常的秈-粳雜交稻的流程。（用文字或圖示作答均可）

【參考答案】用甲品系（A3A3B3B3）與粳稻（秈稻）雜交獲得F1，F(xiàn)1與粳稻（秈稻）連續(xù)多代回交、篩選基因型為A2A3B2B3（A1A3B1B3）的植株，最終獲得A2A3B2B3（A1A3B1B3）粳稻（秈稻）。通過自交、篩選獲得A3A3B3B3的粳稻（秈稻），再與秈稻A1A1B1B1（粳稻A2A2B2B2）雜交，得到育性正常的秈-粳雜交種（A1A3B1B3/A2A3B2B3）。或

【分析】本小題要求學(xué)生能在新的問題情境中，利用遺傳與變異重要概念，運(yùn)用創(chuàng)造性思維，解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題。首先依據(jù)試題信息將待解決問題“利用甲品系培育出育性正常的秈-粳雜交稻”轉(zhuǎn)化為問題1“如何利用甲品系解決秈-粳雜交稻育性低的問題”。以解決問題1 為突破點(diǎn)，引出問題串，展開邏輯思維（如圖4）。

圖4

本小題思維容量大，思維難點(diǎn)在于準(zhǔn)確獲取試題情境信息1，將問題遷移轉(zhuǎn)化為“獲得A3A3B3B3基因型的粳稻或A3A3B3B3基因型的秈稻”。其次要求學(xué)生能熟練應(yīng)用雜交、回交、自交等育種方法。

縱觀以上長句式作答的思維策略，科學(xué)探究類問題的思維策略更程序化，這是由科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的固定模式?jīng)Q定的；科學(xué)思維類問題的思維策略更靈活多變，這是由問題情境的復(fù)雜性、思維方法的多樣性決定的。破解科學(xué)思維類問題的重中之重是結(jié)合生物學(xué)概念、準(zhǔn)確獲取試題情境信息。學(xué)生可在思維策略的指導(dǎo)下，以典型的長句式作答例題為抓手，認(rèn)真梳理每道小題的思維過程，逐漸養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)有序的思維習(xí)慣，進(jìn)而提高科學(xué)表述能力，呈現(xiàn)高水平的學(xué)科核心素養(yǎng)。