2018年高考生物试题科学思维素养考查分析及教学启示

申定健

摘要：根据普通高中生物学课程标准（2017年版）采用生物学核心素养水平对学生学业质量水平划分的四级标准，把科学思维素养学业质量水平细化为4个等级，以此分析2018高考生物试题提出培养学生科学思维素养的教学建议.关键词：高考生物试题;科学思维素养;考查水平分析

《2017年版普通高中生物学课程标准》（新课标）[1]将生物学核心素养水平划分了四个等级，以准确刻画学生学业质量和学业成就表现，并以此作为考试命题的重要依据.科学思维作为生物学核心素养重要组成之一，不但是生物学作为理科性质的重要体现，更是高考生物试题注重考查的素养能力.以2018年全国II卷生物试题为例，尝试运用科学思维素养水平进行考查分析，以求把握高考对教学的导向，为培养学生科学思维素养提出教学建议.

1科学思维素养和素养水平等级划分

1.1科学思维素养定义和思维类型

新课标中，科学思维素养定义为尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力.根据学生对待和处理实际生物学问题的不同思维途径方式，，科学思维又可划分为归纳概括、演绎推理、模型建模、批判性思维、创造性思维等5种思维类型，每种思维类型均能体现学生科学思维素养能力发展水平.1.2科学思维能力素养水平等级划分

以新课标中学生科学思维素养的学业质量水平为依据，将科学思维素养划分为四级水平，如表1所示.科学思维素养的每一级水平代表着学生不同发展水平，具体体现在学生面对不同复杂程度的问题情境时，运用不同的思维方式解决实际问题的能力，素养水平分为四级.一、二级水平对学生解决实际问题的能力要求相对较低，三、四级水平则要求较高，四个水平均作为高考的素养考查要求和命题标准.

2基于科学思维素养四个水平的高考实验试题分析实例

2.1一級水平考查

例1（2018年高考全国I卷第3题）神经细胞处于静息状态时，细胞内外K+和Na+的分布特征是（D）

A.细胞外K*和Na+浓度均高于细胞内

B.细胞外K+和Na+浓度均低于细胞内

C.细胞外K*浓度高于细胞内，Na*相反

D.细胞外K+浓度低于细胞内，Na+相反

本题依据神经细胞的“静息电位”基本概念，以K+外流形成神经细胞静息电位状态时，要求学生用已建立起的静息电位这一概念对神经细胞K+和Na在细胞内外分布情况的进行解释，归属于“能用概念解释简单的生命现象”，考查科学思维素养一级水平.2.2二级水平考查

例2（2018年高考全国I卷第29题节选）回答下列问题：

（2）植物的叶面积与产量关系密切，叶面积系数（单位土地面积上的叶面积总和）与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均增加.当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低.

（3）通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度低（填“高”或“低”）.

本题第2小题题干与曲线图给出三个基本概念——“群体光合速率”、“呼吸速率”及“干物质积累速率”，绿色植物在光下同时进行光合作用和呼吸作用的前提下，存在群体光合速率=群体净光合速率+群体呼吸速率的数学关系，其中净光合速率也可以用干物质积累速率表示，故第2空考查学生基于三种速率的概念关系，结合曲线图解释当叶面积系数超过b时群体于物质积累速率降低的原因，归属于“基于简单的生物学概念，用文字正确解释相应的生命现象”，考查科学思维素养二级水平.

例3（2018年高考全国I卷第30题节选）回答下列与蛋白质相关的问题：

（2）通常，细胞内具有正常生物学功能的蛋白质需要有正确的氨基酸序列和空间结构.某些物理或化学因素可以导致蛋白质变性.通常，变性的蛋白质易被蛋白酶水解，原因是蛋白质变性后使肽链暴露，暴露的肽键易与蛋白酶接触，使蛋白质降解.

（3）如果DNA分子发生突变，导致编码正常血红蛋白多肽链的mRNA序列中一个碱基被另一个碱基替换，但未引起血红蛋白中氨基酸序列的改变，其原因可能是遗传密码具有简并性.

本题第2小题给出“蛋白质变性”的基本概念，基于蛋白质变性实质是蛋白质空间结构改变的概念认识，解释“变性的蛋白质易被蛋白酶水解”的生命现象，以及第3小题给出DNA分子突变导致的mRNA上密码子中的一个碱基替换，但相应蛋白的氨基酸序列发生变化，说明前后密码子编码同一个氨基酸，考查遗传密码的“简并性”概念，即可用该概念进行解释该生命现象，第2小题第2空和第3小题归属于“基于简单的生物学概念，用文字正确解释相应的生命现象”，考查科学思维素养二级水平.

2.3三级水平考查

例4（2018年高考全国亚卷第31题）某小组利用某二倍体自花传粉植物进行两组杂交实验，杂交涉及的四对相对性状分布是：红果（红）与黄果（黄），子房二室（二）与多室（多）.圆形果（圆）与长形果（长），单-花序（单）与复状花序（复）.实验数据如下表.

回答下列问题

（1）根据表中数据得出的结论是：控制甲组两对相对性状的基因位于非同源染色体上.依据是F，中两对相对性状表现型的分离比为9：3：3：1;控制乙组两对相对性状的基因位于一对（填“-对”或“两对”）同源染色体上，依据是F2中每对相对性状表现型比符合3：1，而两对相对性状表现型的分离比不符合9：3：3：1.

（2）某同学若用“长复”分别与乙组的两个F进行杂交，结合表中数据分析，其子代的统计结果不符合1：1：1：1的比.

本题给出四对相对性状的四组杂交实验的F，和F2表现型和性状分离比，需要基于相对性状的显隐性关系和性状分离比分析，以符合自由组合定律的9：3：3：1性状分离比和分离定律的3：1性状分离比作为标准参照，判断控制4对相对性状的基因位置关系，这就要求学生从杂交实验事实出发，运用归纳的方法概括出4对相对性状的F和F2表现型和性状分离比，运用两大遗传定律分析该遗传实验过程，从而判断控制相对性状的基因位置和阐述判断依据，属于“能够基于事实和证据，运用归纳的方法概括出生物学规律，运用生物学规律和原理，对可能的结果作出解释，并能够选择文字、图示或模型等方式进行表达并阐明其内涵”，考查科学思维素养三级水平.

此外，上述“例2"2018年高考全国III卷第29题第3小题给出“植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时”条件，即处于为光补偿点时，比较阳生植物和阴生植物需要的光照强度大小，考查学生基于补偿点的理解和认识，运用光合作用原理，比较阳生植物和阴生植物需要的光照强度差异，对可能的结果作出预测，同样考查科学思维素养三级水平.

2.4四级水平考查

例5（2018年高考全国III卷第32题节选）图2是某农业生态系统模式图据图回答下列问题：（2）根据生态系统中分解者的作用，若要采用生物方法处理生活垃圾，在确定处理生活垃圾的方案时，通常需要考虑的因素可概括为3个方面，即待分解垃圾的性质，引进的分解者生物的种类，处理环境的理化条件.

本题第2小题给出“根据生态系统中分解者的作用，若要采用生物方法处理生活垃圾”新的问题情境，考查学生“在确定处理生活垃圾的方案时需要考虑的因素”，这就要求学生能够面对生活中与生物学相关的新问题情境中，基于事实和证据，采用创造性思维方法思考在确定处理生活垃圾的方案时需要考虑的因素，并选用文字进行表达、阐明其内涵，考查科学思维素养四级水平.

3基于科学思维素养水平培养的教学启示

3.1教学应充分挖掘教材中的思维训练

教材是教学一手资料，也是高考命题的重要资料.教师无论在新课还是在复习课中，都要充分挖掘教材中的科学思维内容，针对科学思维的5种思维方式进行专项训练.

3.1.1归纳与概括思维

教材中需要总结归纳的基础知识比比皆是，如细胞学说、真核与原核细胞的统一性、氨基酸结构特点、生物膜系统、生物膜的功能、酶的概念和特性、呼吸作用和光合作用反应式基因的定义、基因的表达稳态概念植物激素概念等等，教师要充分挖掘教材中归纳总结的内容，以问题形式培养学生此项思维能力.例如，对于酶的特性学习，可利用“比较过氧化氢在不同条件下的分解”教材实验，让学生比较加酶与加FeCl3无机催化剂实验现象的异同，概括酶的高效性;利用教材“学科交叉”资料，让学生比较“淀粉在淀粉酶和蔗糖酶以及在无机酸的催化下分解”现象，概括酶的专一性等.

3.1.2演绎与推理思维

教材中需要运用演绎推理法理解的知识也很多，如孟德尔从豌豆杂交实验中发现两大遗传定律，摩根尔根据果蝇杂交实验提出果蝇眼色性状的伴性遗传，魏斯曼根据亲子代体细胞染色体数目恒定推导出的减数分裂，沃森和克里克基于DNA分子双螺旋模型预测出DNA半保留复制方式等.盂德尔正是运用假说演绎法才发现了分离和自由组合定律，为高中生物教学中培养学生演绎与推理思维提供了典型范例.遗传杂交实验分析也就成了演绎与推理思维培养的良好途径，教师在教学过程中要利用好教材中的遗传杂交实验，以问题串联演绎与推理过程，循序渐进地培养学生演绎推理思维能力.

3.1.3模型与建模思维

教材中呈现的模型包括数学模型、物理模型和概念模型3种类型，如原核和真核细胞模式图、DNA和tRNA的结构模型、生态缸的制作等属于物理模型;有氧呼吸和无氧呼吸反应式、光合作用过程图、细胞分裂图解、遗传信息传递图解和血糖调节过程模拟等属于概念模型;酶活性的温度和pH影响曲线、光合速率影响曲线、种群增长曲线、人体细胞主要元素比例图、生态系统稳定性曲线等属于数学模型.例如，为帮助学生准确理解分离和自由组合规律的细胞学基础，教学中可要求学生把基因定位到染色体.上理解喊数分裂过程，画出2N=4的细胞减数分裂示意图，并在图中染色体.上标注出AaBb两对等位基因，对画出的物理模型再进行修正和展示交流，促进学生模型与建模思维能力的养成.

3.1.4批判性思维

教材同样包含了训练学生批判性思维的生物学问题，如细胞的体积能否越小越好？生物自发突变频率很低，而且大多是有害的，突变为什么还能够作为生物进化的原材料？内环境稳态是绝对不变吗？免疫系统的防卫功能是不是越强大越好呢？等问题，这些问题都创设了一定的知识情境，都是为培养学生批判性思维做准备的.此外，实验评价也是培养批判性思维的良好途径，教学可利用实验素材让学生在真实情境中判断信息是否真实、论证是否严谨、证据是否充足、结论是否正确等方面来促进学生批判性思维的养成，例如探究生长素在胚芽鞘中的极性运输方向实验评价就是教材实验素材的典型.

3.1.5创造性思维

思考是创造性思维的前提，任何科学发现或创造无不都是从提出问题开始.学生通过教材知识的学习，将新旧知识进行衔接融合，尝试思考建构新的知识体系.教学中，学生要在实际生物学情境中提出研究问题，并作出合理的假设，沿着科学探究路径解决实际问题.教师要鼓励学生敢于质疑、勇于提问，促进学生创造性思维的养成.例如，当学生学习酶的内容后，联系化学催化剂的相关知识，可以提出以下问题：酶作为催化剂，如何验证酶分子在化学反应前后是否发生变化？如果将酶应用于嫩肉粉或洗衣粉等日常生活用品，有哪些注意事项需要在包装袋上说明？等等.教学中应注意创设学生创造性思维培养的良好氛围，让学生学而有思，思而有问.

3.2教学促成思维素养应注意素养水平递进关系

教学要促成学生科学思维素养能力的形成，准确刻画学生思维素养水平是前提，需要把科学思维素养按照学业质量发展水平划分为四个等级，素養的一、二水平是三、四级水平发展基础，因此，教学应注重学生思维能力水平发展的递进关系.依据高考考查素养水平标准和要求，将思维素养能力细化为四个等级，准确把握素养水平的递进关系，有助于在教学中更加科学和准确评价学生素养能力水平，从而提高教学的针对性和实效性.

3.3教学应为学生科学思维培养创设真实的情境

科学思维是学生排除生物学知识之后剩下的关键素养之一.有研究表明，真实科研素材中需要运用科学思维进行分析，选取恰当的研究素材，创设真实的生物学问题情境，是促进学生科学思维养成的良好途径2.对于高考考查科学思维素养能力而言，试题素材大部分来源于教材，试题创新了考查问题情境，实际的生物学问题分析才能有效提升学生思维素养能力.在教学创设问题情境时，教师可从教材多个实验中的研究背景、目的意义、材料选取、方法运用、步骤解析、现象结果、结论交流等多个方面进行有选择的情境创设，使得学生在实际的生物学情境中发展思维素养能力，使用相应的概念、方法和原理来解决实际问题.

3.4教学应注重学生自主建构知识体系以强化思维训练

2018年高考生物学考试大纲呈现的必修和选修教材考点内容就有100多个，这就要求学生抓住生物学主于知识，将知识进行纵横对比，理清知识主线，应用五种科学思维方式使知识层次化、系统化，可以采用学科思维导图、概念关系图、过程示意图、模型示意图等多种形式建构个人独有的知识体系.这样，不但可以夯实学生的知识基础，更能有效促进学生科学思维素养能力的养成.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017.

[2]吴成军.基于生物学核心素养的高考命题研究[J].中国考试2016，（10）：25-31.