王帥帥

摘 要：在《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中明確指出高考應(yīng)具有“導(dǎo)向教學(xué)”的核心立場(chǎng)，故而通過(guò)研究高考題的考查角度來(lái)分析如何培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)就是一種有效的途徑。本文以2022年全國(guó)甲卷和乙卷生物高考題為背景，梳理了其中一些典型的推理型試題，并結(jié)合他們的特征分成了“現(xiàn)象推理”“邏輯推理”和“計(jì)算推理”三個(gè)類別。通過(guò)對(duì)不同類別推理型試題的分析，觀察了高考題要求學(xué)生應(yīng)具備何種的科學(xué)思維核心素養(yǎng)。并以此總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，歸納出對(duì)我們教師在日常教學(xué)中應(yīng)如何培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維核心素養(yǎng)的啟示。

關(guān)鍵詞：高中生物；高考真題；科學(xué)思維；推理能力

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中提出的普通高中生物教學(xué)要以培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)為目標(biāo)，生物學(xué)核心素養(yǎng)包括了生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。其中的“科學(xué)思維”核心素養(yǎng)指的是運(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[1]。從中我們不難看出，達(dá)成對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的構(gòu)建，推理能力的培養(yǎng)必不可少。而我們教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該如何關(guān)注學(xué)生推理能力的培養(yǎng)則是一個(gè)值得研究討論的領(lǐng)域[2]。

如何才能評(píng)價(jià)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的構(gòu)建？《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中所提出的高考“導(dǎo)向教學(xué)”的核心立場(chǎng)就得到了充分的體現(xiàn)[3]。一套高考題的命制必然是需要能用于評(píng)價(jià)考生的學(xué)科素養(yǎng)的，所以筆者以2022年全國(guó)甲卷和乙卷生物高考題為背景，整理了其中的推理型試題并對(duì)題目進(jìn)行了分析研究，以此探究高考題是如何基于對(duì)學(xué)生推理能力的考查來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的科學(xué)思維核心素養(yǎng)，并且基于高考對(duì)教學(xué)進(jìn)行導(dǎo)向的作用，提出教師在日常教學(xué)中應(yīng)該如何培養(yǎng)學(xué)生的推理能力，從而構(gòu)建學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的啟示。

在邏輯學(xué)中，推理是指通過(guò)一個(gè)或多個(gè)已定的前提，經(jīng)過(guò)理性的推敲做出判斷得出結(jié)論的過(guò)程。筆者按照推理形式上的差異將2022年全國(guó)甲卷和乙卷生物高考題分成了“現(xiàn)象推理”“邏輯推理”和“計(jì)算推理”三個(gè)類別。

一、“現(xiàn)象推理”類型題及分析

“現(xiàn)象推理”指的是基于給出的現(xiàn)象結(jié)論，要求學(xué)生對(duì)原因或過(guò)程進(jìn)行推理。該類型的試題現(xiàn)象結(jié)論形式多樣，可以是文字、可以是圖像，也可以是表格。例如：2022年乙卷第30題就以文字的形式對(duì)利用家兔探究甲狀腺激素的合成及調(diào)節(jié)機(jī)制實(shí)驗(yàn)的結(jié)論進(jìn)行了描述。第一組實(shí)驗(yàn)是給家兔腹腔注射放射性碘溶液一段時(shí)間后在甲狀腺中檢測(cè)到了放射性的結(jié)論。第二組實(shí)驗(yàn)是對(duì)甲、乙、丙三組家兔靜脈注射等量生理鹽水、甲狀腺激素溶液和促甲狀腺激素溶液，一段時(shí)間后通過(guò)對(duì)血液中甲狀腺激素含量的測(cè)定得出乙、丙兩組的注射行為對(duì)甲狀腺激素的分泌起到了相應(yīng)調(diào)節(jié)作用的結(jié)論。而第一小題就讓學(xué)生基于第一組實(shí)驗(yàn)結(jié)論推理原因，學(xué)生要能通過(guò)回憶“碘離子參與了甲狀腺激素的合成”這一事實(shí)才能做出相應(yīng)推理。第二小題考查了學(xué)生對(duì)于生理鹽水、甲狀腺激素溶液和促甲狀腺激素溶液對(duì)甲狀腺激素合成與分泌的調(diào)節(jié)作用。學(xué)生要能基于甲狀腺激素分泌的分級(jí)調(diào)節(jié)這一知識(shí)點(diǎn)才能推理出符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因。

再例如：2022年甲卷第30題以圖像的形式展現(xiàn)了健康人體先后兩次感染同一種病毒后體內(nèi)抗體濃度變化的示意圖。本題對(duì)學(xué)生的要求有所提高，學(xué)生要先能從圖中獲取再次感染后體內(nèi)抗體濃度會(huì)大幅高于初次感染后的濃度這一關(guān)鍵信息。之后第三小題就針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象對(duì)原因進(jìn)行了提問(wèn)，不難看出該問(wèn)的回答是基于體液免疫中二次免疫過(guò)程，學(xué)生只有在明確了記憶細(xì)胞對(duì)同種抗原進(jìn)行識(shí)別后會(huì)迅速增殖分化并產(chǎn)生大量抗體這個(gè)過(guò)程后才能對(duì)圖像中的情況進(jìn)行推理和原因說(shuō)明。

最后一種是基于表格的形式呈現(xiàn)出結(jié)果讓學(xué)生進(jìn)行推理的試題，例如2022年乙卷第37題。其用表格的形式梳理了分別利用葡萄糖、淀粉和制糖廢液作為碳源培養(yǎng)菌株C一段時(shí)間后檢測(cè)細(xì)胞干重和化合物S的產(chǎn)量。該題要求學(xué)生先從表格中獲取數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的挑選、對(duì)比和推理才能回答出第二小題哪種碳源最適合菌株C生長(zhǎng)和最適合菌株C生產(chǎn)S。此外，同樣需要基于對(duì)表格數(shù)據(jù)的分析，抓住以淀粉為碳源時(shí)S的產(chǎn)量為0，同時(shí)題干中有表述S的產(chǎn)量與菌株C所利用的碳源密切相關(guān)，從而推理可得結(jié)論：以淀粉為碳源時(shí)由于S的產(chǎn)量為0，說(shuō)明菌株無(wú)法有效利用淀粉進(jìn)行生長(zhǎng)。

從以上的例子我們不難看出，“現(xiàn)象推理”類型的試題題型多樣，通過(guò)文字描述、圖像或表格的不同形式可以對(duì)學(xué)生的閱讀能力、信息獲取能力、數(shù)據(jù)分析能力進(jìn)行測(cè)試，最終落實(shí)到學(xué)生的推理能力考查上。而評(píng)價(jià)形式也可以采用判斷選擇、原因闡述、過(guò)程演繹等構(gòu)建試題。此外，這種推理類試題出題的角度也非常契合“一核四層四翼”的高考評(píng)價(jià)體系，因?yàn)閷?duì)學(xué)生推理這種關(guān)鍵能力的考查，既需要學(xué)生具備充足和準(zhǔn)確的必備知識(shí)，又需要學(xué)生具備處理分析問(wèn)題的基礎(chǔ)能力。這種層層遞進(jìn)且相互嵌套的試題構(gòu)建模式就是最好的對(duì)學(xué)生科學(xué)思維核心素養(yǎng)的評(píng)價(jià)手段。

二、“邏輯推理”類型題及分析

“邏輯推理”指的是基于對(duì)因素和結(jié)果的表達(dá)，要求學(xué)生推理二者相互之間的邏輯關(guān)系，從而做出判斷。推理因果之間的邏輯關(guān)系是生物學(xué)作為理科學(xué)科一項(xiàng)重要的特征，該類型的試題最常考查的題材就是遺傳題，例如2022年甲卷第32題就以玉米雌雄異株這個(gè)特點(diǎn)為背景進(jìn)行了考查。題干中假設(shè)玉米的性別由兩對(duì)獨(dú)立遺傳的基因控制，B控制雌花花序，T控制雄花花序，bbtt為雌株。給定四種純合體玉米：雌雄同株的甲、雌株的乙與丙、雄株的丁。在第二小題中給出雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果：乙和丁雜交，子一代全為雌雄同株。結(jié)合題干給出的各種因素及雜交結(jié)果讓學(xué)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。該題首先要求學(xué)生通過(guò)不同的表現(xiàn)型對(duì)四種純合體玉米的基因型進(jìn)行推理，結(jié)合純合子乙（雌株，B控制雌花花序，或bbtt）與純合子丁（雄株，T控制雄花花序）雜交后代全為雌雄同株，推理出乙的基因型為BBtt，丁的基因型為bbTT，則后代基因型全為BbTt，邏輯上符合雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，通過(guò)排除法判定丙的基因型為bbtt。則可通過(guò)推理演繹得知子一代自交，子二代中雌株占比為四分之一，子二代中雄株的基因型是bbTt和bbTT。

除了常染色體的遺傳以外，“邏輯推理”型試題還可以結(jié)合伴性遺傳進(jìn)行考查。例如2022年乙卷第6題就以雞的蘆花和非蘆花性狀的伴性遺傳為背景進(jìn)行了考查。題干中說(shuō)明雞的蘆花和非蘆花性狀受一對(duì)等位基因控制，以蘆花雞和非蘆花雞進(jìn)行雜交，雜交結(jié)果為：正交結(jié)果中子代蘆花雞與非蘆花雞比例相等，反交結(jié)果中子代均為蘆花雞。結(jié)合題干給出的各種因素和正反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果要求學(xué)生對(duì)蘆花與非蘆花性狀的遺傳方式、親代雌雄雞的基因型、正反交子對(duì)雌雄雞的基因型及雜交演繹等進(jìn)行邏輯推理。首先，該題中所談及的性狀和情境來(lái)源于舊人教版高中生物必修二遺傳與進(jìn)化一冊(cè)教材，若學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握扎實(shí)，其能夠直接回憶出雞的蘆花與非蘆花性狀為ZW的伴性遺傳，且蘆花性狀由顯性基因（假定位B基因）控制，非蘆花性狀由隱性基因（假定位b基因）控制。則其就可直接對(duì)試題中所提及的情境進(jìn)行推理。而若學(xué)生無(wú)法直接回憶出該對(duì)性狀的遺傳方式，本題也留下了足夠的因素可用于推理。但對(duì)應(yīng)的，學(xué)生在考場(chǎng)上所需花費(fèi)的時(shí)間就會(huì)較長(zhǎng)。所以可見(jiàn)該題對(duì)學(xué)生的考查十分立體，能夠有效甄別不同學(xué)生的層次。其次，回到試題本身。該題要求學(xué)生先能從“正反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同”推理出該對(duì)性狀為伴性遺傳。且雞的性別決定為ZW性別決定機(jī)制，顯性雄雞ZBZB與隱性雌雞ZbW雜交，子代雌雄全為顯性。而隱性雄雞ZbZb與顯性雌雞ZBW雜交，子代雄雞全為顯性，雌雞全為隱性。以此推理出蘆花與非蘆花性狀的顯隱性關(guān)系。通過(guò)這個(gè)突破點(diǎn)即可以推理出親本的基因型，正交為ZBZB×ZbW，反交為ZbZb×ZBW，以此本題最核心的推理點(diǎn)即得到了解決。

而“邏輯推理”型試題不單單只能通過(guò)遺傳題的形式來(lái)構(gòu)建，生物學(xué)作為一門理科學(xué)科，其實(shí)還有很多題材可用于考查學(xué)生的科學(xué)思維能力。例如2022年甲卷第5題就是一道非常巧妙的結(jié)合種群變化規(guī)律來(lái)考查學(xué)生邏輯推理能力的優(yōu)秀試題。該題以魚池中投放的一批魚苗進(jìn)行養(yǎng)殖為背景，題干呈現(xiàn)了一幅曲線圖，其中包含甲、乙、丙三條曲線，甲曲線為先上升后下降，乙曲線為先上升后保持穩(wěn)定，丙曲線為持續(xù)保持下降。三條曲線需要學(xué)生根據(jù)變化規(guī)律來(lái)推理圖中表示種群數(shù)量、個(gè)體重量、種群總重量的曲線分別是什么，給定的四個(gè)選項(xiàng)分別是：A.甲、丙、乙；B.乙、甲、丙；C.丙、甲、乙；D.丙、乙、甲。本題對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力要求非常高，學(xué)生要能從曲線的變化趨勢(shì)結(jié)合對(duì)種群數(shù)量、個(gè)體重量、種群總重量三個(gè)概念的理解進(jìn)行邏輯推理。在該題的A和C兩個(gè)選項(xiàng)中，乙曲線均表示種群總重量，也即是上升之后保持穩(wěn)定的一個(gè)趨勢(shì)。而甲和丙無(wú)論哪個(gè)表示種群數(shù)量和個(gè)體重量，都會(huì)發(fā)現(xiàn)有一段相同的時(shí)間內(nèi)兩者均在下降，而這個(gè)結(jié)果從邏輯上與曲線乙的種群總重量上升并穩(wěn)定相違背，故學(xué)生要能基于此推理排除A和C兩個(gè)選項(xiàng)。此外，B選項(xiàng)中乙和甲分別表示種群數(shù)量和個(gè)體重量，而兩條曲線均有一段時(shí)間為上升趨勢(shì)，從邏輯上來(lái)說(shuō)，在該時(shí)間段內(nèi)種群的總重量應(yīng)該是上升的，但丙曲線卻是整體下降的趨勢(shì)，同樣在邏輯上不合理，故以此學(xué)生應(yīng)該排除B選項(xiàng)。而D選項(xiàng)中丙所表示的種群數(shù)量呈下降趨勢(shì)，乙所表示的個(gè)體重量呈上升趨勢(shì)，甲所表示的種群總重量呈先上升后下降的趨勢(shì)，三條曲線所描述的情況符合事實(shí)的推理演繹，無(wú)不合理之處，故而學(xué)生應(yīng)判斷本題選D。

綜上分析我們可以看出“邏輯推理”型試題可以借用不同的生物學(xué)情境，通過(guò)構(gòu)建邏輯上因素與結(jié)果之間的關(guān)系讓學(xué)生進(jìn)行推理，從而對(duì)學(xué)生的推理與演繹這項(xiàng)關(guān)鍵能力進(jìn)行考查。結(jié)合“四層”的遞進(jìn)關(guān)系，這類型的試題也能對(duì)學(xué)生科學(xué)思維核心素養(yǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

三、“計(jì)算推理”類型題及分析

“計(jì)算推理”指的是基于給定的條件，學(xué)生能通過(guò)某些既定的規(guī)律或公式對(duì)結(jié)果進(jìn)行推理計(jì)算。這種類型的試題在高中生物學(xué)當(dāng)中最常見(jiàn)的出題角度就是遺傳規(guī)律板塊的計(jì)算。例如2022年乙卷第32題就以某種植物的花色遺傳為情境考查了學(xué)生的科學(xué)思維，其中就包含了結(jié)合遺傳規(guī)律的計(jì)算設(shè)問(wèn)。本題題干中記敘了某種植物的花色有白色、紅色、紫色三種，三種色素的合成變化途徑是原始的白色色素在酶1的作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色色素，紅色色素在酶2的作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)樽仙亍Ｃ?和酶2分別由基因A和基因B控制，且兩對(duì)基因獨(dú)立遺傳。第一小題設(shè)問(wèn)若用紫花植株AaBb與紅花雜合子植株雜交，子代的白花植株中純合子所占的比例是多少？本題就是一道典型的遺傳計(jì)算題，考查的就是學(xué)生的計(jì)算推理能力。該題需要學(xué)生先基于題干中不同色素之間的合成變化關(guān)系推理出設(shè)問(wèn)中的“紅花雜合子植株”基因型為Aabb。而后將其與基因型為AaBb的紫花植株進(jìn)行雜交。學(xué)生則可通過(guò)計(jì)算得出在子代的白花植株（aaBB和aaBb）中純合子占二分之一。

遺傳類的“計(jì)算推理”類型題也可以設(shè)置在選擇題中，例如：2022年甲卷第6題就是一道難度較高的遺傳計(jì)算題。題干中談到某種自花傳粉的植物基因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的花粉僅一半可育?；駼/b控制花色，基因B控制紅花性狀，基因b控制白花性狀。兩對(duì)基因獨(dú)立遺傳。若以基因型為AaBb的植株自交，要求學(xué)生推理計(jì)算親代中不同種類雄配子的數(shù)量關(guān)系和子代中紅花植株和白花植株的比值及基因型aabb所占的比。本題對(duì)學(xué)生推理計(jì)算這種關(guān)鍵能力的要求比較高，同時(shí)也要求學(xué)生對(duì)性狀遺傳有比較深刻的理解。首先從雄配子的角度來(lái)推理計(jì)算，AaBb可產(chǎn)生AB、Ab、aB、ab四種類型的雄配子，而含有基因a的花粉僅有一半可育，從數(shù)量關(guān)系上則要求學(xué)生能推理計(jì)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選項(xiàng)。同時(shí)，含B的可育雄配子1AB、1/2aB數(shù)量上與含b的可育雄配子1Ab、1/2ab相等，即D選項(xiàng)。此外，從雜交子代的角度來(lái)推理計(jì)算，由于控制花色的B、b基因與控制育性的A、a基因獨(dú)立遺傳，故僅討論子代花色比值的話則要求學(xué)生能理解可以只計(jì)算雜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的倍數(shù)確實(shí)為3倍，即A選項(xiàng)。而若要討論自交后代中aabb的占比則需要學(xué)生理解在單獨(dú)計(jì)算Aa自交后代中時(shí)配子a由于僅有一半的育性，則可育的雄配子a換算為所有雄配子中占比1/3，故aa占比為1/6。而bb基于對(duì)A選項(xiàng)的計(jì)算可知占比為1/4，則aabb占比應(yīng)為1/24，即B選項(xiàng)錯(cuò)誤。由此可看出本題對(duì)學(xué)生的計(jì)算推理能力和對(duì)遺傳規(guī)律的掌握及應(yīng)用要求較高，本題可以深入考查到學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。

而除了常規(guī)的在遺傳板塊出“計(jì)算推理”類型題以外，利用生物學(xué)科的其他板塊也能夠組建試題考查學(xué)生的推理計(jì)算能力。例如：2022年乙卷第31題就以空中拍照技術(shù)這個(gè)非常新穎的方法用于調(diào)查草原上的某種哺乳動(dòng)物種群數(shù)量為情境，在第二小題題干中定義了調(diào)查區(qū)域總面積為S，樣方面積為m，樣方內(nèi)平均個(gè)體數(shù)為n，要求學(xué)生寫出計(jì)算該區(qū)域種群數(shù)量的數(shù)學(xué)式。在該題的求解過(guò)程中要求學(xué)生利用類比推理的能力，同樣方法的思維來(lái)進(jìn)行推理計(jì)算，不難推導(dǎo)出（S/m）×n的數(shù)學(xué)式。本題雖在難度上不算高，但是創(chuàng)新的方法和獨(dú)特的理念仍舊能對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維能力進(jìn)行有效的考查。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上2022年全國(guó)甲卷和乙卷生物高考題的分析不難看出，生物學(xué)作為一門理科學(xué)科確實(shí)要求學(xué)生有較高的科學(xué)思維核心素養(yǎng)，而多種推理型試題的考查正是對(duì)學(xué)生推理與演繹這種關(guān)鍵能力的直接測(cè)試，同時(shí)也對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維核心素養(yǎng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)合高考所具備的“導(dǎo)向教學(xué)”功能，這也就啟示我們教師在日常教學(xué)中一定要關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生的推理能力。一方面是在組卷出題、布置作業(yè)等環(huán)節(jié)中可以效仿高考卷，有意識(shí)加入更多“現(xiàn)象推理”“邏輯推理”和“計(jì)算推理”的試題，訓(xùn)練學(xué)生的推理演繹能力。另一方面，在備課、授課過(guò)程中也需要結(jié)合“一核四層四翼”的高考評(píng)價(jià)體系深入挖掘教材內(nèi)容、細(xì)致研究高考真題，讓我們的教學(xué)真正貼合學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的構(gòu)建。

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