淺談科學(xué)思維類(lèi)試題備考策略
——以2021年全國(guó)卷生物試題為例

安徽 劉 琛

1.引言

近幾年全國(guó)卷生物試題在微觀生物學(xué)術(shù)語(yǔ)、名詞等細(xì)節(jié)上呈現(xiàn)出對(duì)教材中核心概念認(rèn)知水平的考查；在宏觀高中生物學(xué)知識(shí)體系中呈現(xiàn)出對(duì)新情境下科學(xué)思維能力運(yùn)用的考查。試題對(duì)前者的考查已不滿(mǎn)足于通過(guò)識(shí)記、回憶、辨識(shí)和復(fù)述等方式，而是借助后者，即在更貼近真實(shí)應(yīng)用的情境下考查學(xué)生的科學(xué)思維運(yùn)用能力。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，哪怕答案就是教材中的原文，題干也不會(huì)給予教材中的原有認(rèn)知情境，而是通過(guò)創(chuàng)造新情境、構(gòu)建新模型引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維分析情境，并以教材中的核心概念為“抓手”來(lái)答題?？茖W(xué)思維能力的考查貫穿了近幾年高考生物學(xué)試題，師生應(yīng)該給予足夠的重視。

在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》中，科學(xué)思維被定義為尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力。學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，如能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、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(huì)議題。

由此可見(jiàn)，科學(xué)思維本身就是生物學(xué)的一種固有屬性。生物學(xué)是研究生物學(xué)現(xiàn)象及其規(guī)律的學(xué)科。復(fù)雜、龐大、千頭萬(wàn)緒的生物學(xué)現(xiàn)象只有通過(guò)人類(lèi)科學(xué)思維的形成才能建立描述其規(guī)律的理論體系，這既是生物學(xué)建立的過(guò)程，又是學(xué)生解題的過(guò)程。而這正是部分學(xué)生的短板所在，他們往往認(rèn)為生物學(xué)知識(shí)龐雜、試題提問(wèn)方式靈活，無(wú)章法可循，只能死記硬背。這種觀念是對(duì)科學(xué)思維的漠視，根本無(wú)法形成真正的學(xué)科核心素養(yǎng)。高考側(cè)重對(duì)科學(xué)思維的考查是因?yàn)橐x拔真正的生物學(xué)人才。所以在高考備考中，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)是重中之重。

2.2021年全國(guó)乙卷生物學(xué)試題第30題分析

2021 年全國(guó)乙卷生物學(xué)部分主觀題多是構(gòu)建新情境，要求學(xué)生從題干中搜集信息，提煉出核心概念，通過(guò)使用符合該情境下的科學(xué)思維解決問(wèn)題。在對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的考查中，占比最高的還是對(duì)科學(xué)思維的考查。

【例題】（2021 年，全國(guó)乙卷，第30 題）在自然界中，競(jìng)爭(zhēng)是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象?；卮鹣铝袉?wèn)題:

（1）競(jìng)爭(zhēng)排斥原理是指在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境中，兩個(gè)或兩個(gè)以上受資源限制的，但具有相同資源利用方式的物種不能長(zhǎng)期共存在一起。為了驗(yàn)證競(jìng)爭(zhēng)排斥原理，某同學(xué)選用雙小核草履蟲(chóng)和大草履蟲(chóng)為材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選擇動(dòng)物所遵循的原則是_______________。該實(shí)驗(yàn)中需要將兩種草履蟲(chóng)放在資源_______________（填“有限的”或“無(wú)限的”）環(huán)境中混合培養(yǎng)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)____________________________的結(jié)果時(shí)即可證實(shí)競(jìng)爭(zhēng)排斥原理。

（2）研究發(fā)現(xiàn)，以同一棵樹(shù)上的種子為食物的兩種雀科鳥(niǎo)原來(lái)存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，經(jīng)進(jìn)化后通過(guò)分別取食大小不同的種子而能長(zhǎng)期共存。若僅從取食的角度分析，兩種鳥(niǎo)除了因取食的種子大小不同而共存，還可因取食的_________________________（答出1 點(diǎn)即可）不同而共存。

（3）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)和研究，關(guān)于生物種間競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果可得出的結(jié)論是________________________________________________________。

【例題分析】本題對(duì)教材中已存在的種間競(jìng)爭(zhēng)概念予以延伸，創(chuàng)設(shè)競(jìng)爭(zhēng)排斥原理和共存現(xiàn)象的理論情境，構(gòu)建新的問(wèn)題情境考查學(xué)生依據(jù)題干信息和運(yùn)用科學(xué)思維解決問(wèn)題的能力，引導(dǎo)學(xué)生由“解題”向“解決問(wèn)題”轉(zhuǎn)變。

該題的理論背景來(lái)源于生態(tài)學(xué)家高斯經(jīng)典的三個(gè)草履蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)。其一是大草履蟲(chóng)、雙小核草履蟲(chóng)、袋狀草履蟲(chóng)各自單獨(dú)培養(yǎng)均能正常增殖；其二是大草履蟲(chóng)和雙小核草履蟲(chóng)在同等條件下混合培養(yǎng)，大草履蟲(chóng)總是傾向于消失；其三是大草履蟲(chóng)和袋狀草履蟲(chóng)在同等條件下混合培養(yǎng)，二者可以共存，但出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象，大草履蟲(chóng)存在于氧氣濃度高的上層，主要捕食細(xì)菌；袋狀草履蟲(chóng)存在于氧氣濃度低的下層，主要捕食酵母菌，二者雖然仍具有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，但生態(tài)位不完全重疊，出現(xiàn)了食性和棲息環(huán)境的分化，不是完全的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，所以實(shí)現(xiàn)了分區(qū)共存。

上述理論背景中的第三個(gè)實(shí)驗(yàn)在備考中很少被提及，師生更熟悉前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。在高考中面對(duì)這種科學(xué)思維類(lèi)型的題目時(shí)，學(xué)生無(wú)法搜集背景資料進(jìn)行統(tǒng)籌分析。所以，從題干中提煉關(guān)鍵字，進(jìn)行信息的整理、加工，運(yùn)用科學(xué)思維，在新情境中建立競(jìng)爭(zhēng)排斥原理和共存現(xiàn)象的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系，打通題干關(guān)鍵詞和固有知識(shí)核心概念的脈絡(luò)就顯得格外重要。

（1）題中，抓住題干信息“競(jìng)爭(zhēng)排斥”的對(duì)象是“具有相同資源利用方式的物種”，不難推理出選擇動(dòng)物所遵循的原則；抓住題干信息“競(jìng)爭(zhēng)排斥”的環(huán)境資源是“受限制的”，不難推理出兩種草履蟲(chóng)混合培養(yǎng)的環(huán)境資源條件；抓住題干信息“競(jìng)爭(zhēng)排斥”的結(jié)果是“不能長(zhǎng)期共存在一起”，不難推理出“證實(shí)競(jìng)爭(zhēng)排斥原理”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（2）題中，結(jié)合題干提到的研究結(jié)果分析，存在種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的生物可通過(guò)食性分化而實(shí)現(xiàn)共存，題干又強(qiáng)調(diào)“僅從取食的角度分析”，學(xué)生的思考方向就確定為從食物類(lèi)型等角度出發(fā)而實(shí)現(xiàn)食性分化。

（3）題中，題干明確“根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)和研究”，前者強(qiáng)調(diào)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果為排斥，后者發(fā)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果可為共存，學(xué)生分析后不難得出結(jié)論。

綜上所述，本題以生物經(jīng)典理論和實(shí)驗(yàn)研究成果為背景構(gòu)建命題情境，以科學(xué)思維為命題主線，展開(kāi)對(duì)學(xué)生核心概念掌握情況的考查，要求學(xué)生通過(guò)歸納、概括、分析、綜合、比較、推理等方式，運(yùn)用創(chuàng)造性思維等科學(xué)思維解答相關(guān)生物學(xué)問(wèn)題。強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的考查，契合科學(xué)設(shè)計(jì)試題的目標(biāo)達(dá)成對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)考查的導(dǎo)向。

3.培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的備考策略

3.1 知識(shí)點(diǎn)框架化、體系化、層次化

部分學(xué)生認(rèn)為生物學(xué)知識(shí)內(nèi)容猶如一盤(pán)散沙，不成體系，很難掌握。形成這種局面是由于學(xué)生孤立、片面地看待各章節(jié)的知識(shí)內(nèi)容。事物是普遍發(fā)展聯(lián)系的，生物學(xué)知識(shí)更是如此，這里可以借鑒一個(gè)數(shù)學(xué)規(guī)律：“點(diǎn)動(dòng)成線，線動(dòng)成面，面動(dòng)成體”。點(diǎn)就是指核心概念，線就是指核心邏輯，面就是指核心情境，體就是指核心習(xí)題。如以“酶”這一知識(shí)內(nèi)容為例進(jìn)行說(shuō)明，以酶為一級(jí)核心概念可以衍生出二級(jí)核心概念，如“蛋白質(zhì)”“RNA”“活化能”“性狀”“基因”“乙酰膽堿酯酶”等；再衍生出三級(jí)核心概念，如“肽鍵”“氫鍵”“基因突變”“神經(jīng)調(diào)節(jié)”等。只要學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備豐富，便可以持續(xù)衍生。由此，各級(jí)概念間可出現(xiàn)核心邏輯，如“酶的基本單位可以是氨基酸或核糖核苷酸”“乙酰膽堿酯酶活性可影響神經(jīng)調(diào)節(jié)”等。至此，知識(shí)的框架、體系、層次已見(jiàn)雛形。在學(xué)生的備考復(fù)習(xí)過(guò)程中，教師可就重點(diǎn)章節(jié)指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建上述類(lèi)型的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，以使其知識(shí)內(nèi)核框架化、體系化、層次化。這是學(xué)生形成科學(xué)思維的“土壤”，大意不得，備考策略成效如何取決于“土壤”是否“肥沃”，由此才能綻放出學(xué)科核心素養(yǎng)之花。

3.2 知識(shí)點(diǎn)情境化、問(wèn)題化

上述內(nèi)容提到的“線動(dòng)成面，面動(dòng)成體”是最接近實(shí)戰(zhàn)的狀態(tài)，也是科學(xué)思維能力的生長(zhǎng)區(qū)。借助優(yōu)質(zhì)習(xí)題構(gòu)建典型情境，將核心概念和核心邏輯情境化，并以問(wèn)題的形式引導(dǎo)學(xué)生思考，可以提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。

以“探究植物細(xì)胞的吸水和失水實(shí)驗(yàn)”為例，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考這樣幾個(gè)情境化的問(wèn)題：“如何鑒別細(xì)胞死活？”“可否利用質(zhì)壁分離狀態(tài)測(cè)定某細(xì)胞的細(xì)胞液濃度？”“可否利用質(zhì)壁分離及復(fù)原狀態(tài)鑒別外界溶液種類(lèi)？”“合理灌溉和細(xì)胞吸水、失水有無(wú)關(guān)系？”“保存食物為何要糖漬、鹽漬處理？”“生理鹽水、5%葡萄糖溶液有何作用？”這些問(wèn)題猶如一個(gè)個(gè)思想的“種子”，埋入學(xué)生構(gòu)建的框架化、體系化、層次化的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)“土壤”之中，等待著結(jié)出學(xué)科核心素養(yǎng)之果。

3.3 重視課本，重視過(guò)程

秉承上述備考策略，教師在實(shí)施的過(guò)程中要特別注意，不要急于求成，揠苗助長(zhǎng)。知識(shí)點(diǎn)的問(wèn)題化、情境化不意味著拋開(kāi)課本，追求習(xí)題。恰恰相反，課本是綱領(lǐng)，復(fù)習(xí)的任何階段都不能脫離課本。課本是核心概念的原產(chǎn)區(qū)，原汁原味的生物學(xué)術(shù)語(yǔ)都是來(lái)自于課本，高考也從來(lái)不吝嗇于考查課本中的原文。課本內(nèi)容是形成科學(xué)思維的基礎(chǔ)，備考過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)都不能忽視，尤其是課本中經(jīng)典科學(xué)實(shí)驗(yàn)，無(wú)不滲透著科學(xué)家的科學(xué)思維軌跡，若將這些內(nèi)容進(jìn)行深化、改造、延伸，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；提出問(wèn)題；嘗試思考、解答問(wèn)題并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，可以鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，對(duì)發(fā)展學(xué)生批判性思維和創(chuàng)造性思維有很大幫助，進(jìn)而提高復(fù)習(xí)備考的實(shí)際效果。

在備考復(fù)習(xí)過(guò)程中，要格外注重教學(xué)過(guò)程，不可一味以結(jié)果為唯一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，使學(xué)生形成完善的科學(xué)思維體系。引導(dǎo)學(xué)生成為一個(gè)能動(dòng)的探索者，面對(duì)題目或老師的設(shè)疑，展現(xiàn)其利用科學(xué)思維的思考過(guò)程，從而增強(qiáng)在實(shí)際問(wèn)題情境中的應(yīng)用科學(xué)思維的能力。在教學(xué)中不要追求完全一致的答案，有些問(wèn)題本身就是具有開(kāi)放性的，比如“請(qǐng)你在高中生物學(xué)知識(shí)中找到可以證明生物可能起源于共同祖先的證據(jù)”這種問(wèn)題就不是考答案，而是考思維，突破思維定式，開(kāi)闊思維領(lǐng)域，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的價(jià)值極大。

總之，對(duì)科學(xué)思維類(lèi)試題的備考是一項(xiàng)系統(tǒng)化、遞進(jìn)化的教學(xué)活動(dòng)，必須遵循科學(xué)、有序的復(fù)習(xí)策略，調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生的主觀能動(dòng)性，深挖教材、習(xí)題等客觀資源的邏輯性，多角度、多層次、多維度地培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)和證據(jù)、崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度、運(yùn)用科學(xué)思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力，最終以提高學(xué)生科學(xué)思維能力實(shí)現(xiàn)備考復(fù)習(xí)的有效性。