生物解题教学中科学思维的渗透与培养

尤佳

摘要：科学思维的实质是通过合理地处理各种科学的思维方法之间的辩证关系，使思维达到最优化。科学思维的主要内容包含归纳与概括、演绎推理、模型建构、批判性思维四个方面。结合教学实践，通过对近年来江苏省高考生物试卷中部分题目的分析，阐述生物解题教学中科学思维的渗透与培养。

关键词：生物解题教学科学思维高考题

当今社会，科学技术不断发展，科学成果日新月异，新知识的出现对于教师和学生来说都是一种挑战。运用已有的知识和方法去思考和检验已有的理论，从而解决问题，进而掌握新知，是新时代学习的迫切要求。这就要求教师在教学中注意培养学生的科学思维。

科学思维，是指形成并运用于科学认识活动、对感性认识材料进行加工处理的方式和途径。其实质是通过合理地处理各种科学的思维方法之间的辩证关系，使思维达到最优化，从而科学地、全面地观察问题、思考问题，得出切合实际的解决问题的方法。科学思维主要包含归纳与概括、演绎推理、模型建构、批判性思维四个方面。本文结合教学实践，通过对近年来江苏省高考生物试卷中部分题目的分析，阐述生物解题教学中科学思维的渗透与培养。

一、归纳与概括

所谓归纳，是指从有限的材料中概括出一般性概念或得出相应的结论的思维方法，强调的是对繁杂内容的梳理，即抓住要点。概括，和归纳密不可分，是指把事物的共同特点提炼出来，简洁扼要地加以阐述。归纳与概括，即要求根据材料进行深度的分析和理性的判断，得出的结论不能浮于表面。在生物课堂中，常要求学生能够基于一些已知的生物学实验或者生物学事实，归纳、概括出相应的结论。

题目1（2016年江苏高考生物卷第28题节选）海带中含有植物生长素（IAA）和脱落酸（ABA）等激素，为研究激素对海带生长的影响，某研究组开展了系列实验。请回答下列问题：

（2）图1为海带中的IAA和ABA与海带生长变化的关系。海带增长率与IAA含量呈（填“正相关”“负相关”或“不相关”），海带在后期生长缓慢，原因是。

（3）已知海带成熟区段各部位ABA的分布无显著差异，则其在成熟区段中的运输方式（填“是”或“不是”）极性运输。某研究组参照11月和5月海带样品的数据，配置了两份IAA+ABA的混合液，研究了在增加紫外光照射条件下，混合液对单细胞绿藻生长的影响，结果如图2，分析可知IAA和ABA对绿藻的生理作用分别是。

若对单一的曲线进行分析，学生是轻车熟路的，但第（2）小题涉及两条曲线和两种柱形图，需要学生综合分析概括出两种激素的作用和相应规律。学生常犯的错误是所述原因浮于表面，仅提到“IAA含量减少”“ABA含量增加”，没有具体叙述后者的生理作用。

为了提升学生对图形的归纳与概括能力，教学时可以“化简为繁”，按照单一变量原则梳理每条曲线和柱形之间的关系，得到如下结论：①柱形有两种，分别表示海带的长度和宽度，11月至5月两者的变化趋势基本一致;且题目没有考查激素对具体长度或宽度的影响，只是笼统地考查对“海带生长”的影响，所以在分析时可以单看一种柱形。随着采样月份的变化，不论长度或宽度，增长率都是在连续下降的。②由IAA曲线可知，IAA含量下降，海带增长率下降，所以IAA含量与海带增长率呈正相关。③同理，由ABA曲线可知，ABA含量与海带增长率呈负相关。④综合来说，IAA和ABA可以说是一种拮抗关系，IAA作用是促进生长，则ABA抑制生长。

第（3）小题以绿藻为材料，新增了紫外光这一自变量，以柱状图的形式，测试学生的归纳与概括能力，学生处理此题的困难之处在于对两个独立的自变量数据的分析。由曲线图可知，11月的IAA含量高于5月的，11月的ABA含量低于5月的，激素剂量为自变量时单看正常培养，11月的绿藻细胞多于5月的，说明IAA促进生长，ABA抑制生长。但此生理作用是由第（2）小题已知的，因此要结合第二个自变量——紫外光的数据——进一步分析。空白组细胞数目明显少于正常培养条件下的细胞数目，可以初步推测紫外线抑制绿藻生长。通过5月的绿藻数量不降反升，可以说明高含量ABA可以明显拮抗紫外线对生长的抑制，由于11月的ABA含量较低，抗紫外线能力作用不明显，所以绿藻数量相较于空白组没有变化。综合以上结论，可以归纳、概括为：IAA促进生长，ABA除抑制生长外还能提高绿藻的抗紫外线能力。

二、演绎推理

归纳是由个别事例推导出一般规律，与之相对的演绎则往往要依赖前者提供的一般性知识，运用到特殊事件，对科学假说做出分析、判断，同时利用实验来验证假说。具备良好演绎推理能力的学生能够在新的情境下，熟练运用已有的方法原理，去解释新的事实，获取新的规律。教学中，教师可通过创设问题情境，激发学生的探究热情，促使学生在解决问题的过程中深化思考，将新知内化入自己的知识体系，提升演绎推理能力。

题目2（2014年江苏高考生物卷第28题节选）某研究者进行了一系列“诱导早期卵母细胞成熟的物质”实验，结果如下：

由实验一可得出推论：含有可以诱导卵母细胞成熟的物质。

由实验二可得出推论：这种诱导早期卵母细胞成熟的“促成熟因子”的化学成分是;孕酮在实验二中的作用是。

按照实验一的两组相互对照，注射成熟卵细胞的细胞质才能使早期卵母细胞发育为成熟卵细胞，因此很容易推测出成熟卵细胞的细胞质含有诱导卵母细胞成熟的物质。这个推论可以作为实验二的大前提。小前提是孕酮是性激素的一种，其化学本质为固醇，能促进生殖器官的发育以及生殖细胞的形成，得到的结论是：孕酮能夠诱导早期卵母细胞合成某种蛋白质，这种蛋白能促进卵细胞成熟。

这道高考题是一道典型的“三段式推理”题目。这类题目往往需要学生以材料分析为主，以教材的相关原理为辅，按照题目已知的背景，推断出新的结论，对学生的演绎推理能力要求较高。

三、模型建构

人教版高中生物教材在必修一中将模型分为三类，即概念模型、数学模型和物理模型。如：达尔文的自然选择学说就可借助概念模型来解释，有助于梳理知识间的内在联系;基因分离与自由组合定律可利用数学比例式构建数学模型，以数量关系描述生命现象的本质和规律;物理模型如构建DNA分子双螺旋结构，除了能体会科学家的思维方法和探索精神外，還可以培养创新思维及合作能力。建构模型的过程是一个科学探究的过程，蕴含着勇于假设、谨慎求证的科学思维。教学中，教师要提供丰富素材，培养学生通过模型建构解决问题。

题目3（2018年江苏高考生物卷第8题）：花药离体培养是重要的育种手段。图3是某二倍体植物花药育种过程的示意图，下列叙述正确的是（）

A.为了防止微生物污染，过程①所用的花药需在70%乙醇中浸泡30 min

B.过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化

C.过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体

D.过程④应将炼苗后的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上图3

这道题中的示意图是典型的概念模型，以文字、符号等抽象概念代替文字叙述，展示植物组织培养在二倍体育种中的应用，直观、清晰地呈现出每个操作步骤。这类题目的解题技巧在于找准“题眼”，快速地进行知识迁移，判断未知部分的具体所指。这道题的“题眼”就是“愈伤组织”，据此可以推测出①～④分别是植物组织培养中的“外植体消毒”“脱分化”“再分化”“试管苗移栽种植”四个步骤，各步骤的操作注意点就可以对号入座了。至于C选项，由于题干已知外植体为二倍体植物花药，所以秋水仙素诱导处理后的细胞中有两个染色体组。问题迎刃而解。

四、批判性思维

批判性思维并非指一味地否决，而是基于实证和逻辑对已知内容进行质疑。生物学是一门自然科学，很多结论都有大量的实验数据做支撑。教学中，教师应鼓励大胆提问和“标新立异”，以培养学生的批判性思维。

例如，人教版高中生物选修3《基因工程的基本操作程序》一节的“思考与探究”第3题：“利用大肠杆菌可以生产出人的胰岛素，联系前面有关细胞器功能的知识，结合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？”这是一道开放性问题，没有固定的标准答案，教学时可以要求学生各抒己见，突破思维定式。

而2015年江苏高考生物卷第32题，则是此开放性问题解决方案的一种实例，其中第（5）小题用概念模型描绘了大肠杆菌生产胰岛素的具体流程（如图4）。教师可以将该图在“思考与探究”之前作为课外知识展示给学生，着重提示加工步骤，其他讲解则点到为止，适当“留白”。这样，学生在回答时容易联想到此例，但并没有过多的提示。针对大肠杆菌是原核细胞，肽链加工在体外完成，教师除了带领学生提炼关键信息外，还要鼓励他们不局限于已知方案，大胆构想，发现诸如改变受体细胞的种类、改造目的蛋白等解决措施。

参考文献：

[1] 刘恩山，曹保义.普通高中生物学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2] 胡卫平，罗来辉.论中学生科学思维能力的结构[J].教育学报，2001（2）.

[3] 杨裕前.关于归纳与概括[J].初中生数学学习，2004（Z2）.教材教法