“实验思路”中逻辑思维的结构化分析与表达

广西 张 蓓

高考生物实验从科学思维、科学探究等方面考查学生的学科核心素养。2019年高考全国卷生物试题中有多道试题要求“简要写出实验思路、预期结果和结论”，这一设问形式综合考查了学生对生物学实验方案的设计能力及科学表达能力。例如，2019年高考全国卷Ⅰ第29题要求学生验证植物在干旱条件下气孔关闭适应性表现的直接诱发因素；全国卷Ⅲ第29题要求学生对农作物吸收氮元素形式的偏好性进行验证。此类试题依托实验方案的设计考查学生实验探究能力，要求学生具备缜密的逻辑思维及较强的语言表达能力。本文主要通过对2019年高考全国卷Ⅲ第29题“实验思路”的分析，浅谈答题中逻辑思维的建立及表达。

1.逻辑思维表达的金字塔结构

人与人之间交流、合作、学习的过程中时刻伴随着思考与决策，人们在相互传递信息的过程中需要具备处理信息、解决问题的逻辑思维。而影响思维能力的三个原因分别是想不明白、说不清楚、思维不敏捷。在语言的表达上则表现为不知道从何说、不知道说什么、不知道怎么说。逻辑思维是思考力和表达力的基础，而“金字塔原理”则是建构逻辑思维的有效方法。

“金字塔原理”是由美国麦肯锡公司的芭芭拉·明托提出的一种思考与写作模式。其核心理念是基于中心思想（或问题）的归纳和演绎，将自己要表达的多个思想依据一定的逻辑关系，自上而下地排列出来，使其形成由中心思想统领的、具有递进关系的金字塔结构，从而使所想要表达的思想一目了然（如图1）。

图1 金字塔原理中的金字塔结构

运用“金字塔原理”时需要遵循三大原则：结论先行、自上而下、控制数量。结论先行就是抓重点，明确需要研究和解决的问题；自上而下的结构就如同作文中“先总后分”的写作手法。在研究和解决问题时基于核心论点，进行归纳，列举支持该论点的分论点，一层一层地分解论证，完成演绎，形成金字塔；控制数量，即每一思想下的分论点最好为3个，最多不超过7个。

2.实验思路的结构化分析与表达

【例题】（2019年，全国卷Ⅲ，第29题）氮元素是植物生长的必需元素，合理施用氮肥可提高农作物的产量。回答下列问题。

（1）植物细胞内，在核糖体上合成的含氮有机物是________，在细胞核中合成的含氮有机物是_________，叶绿体中含氮的光合色素是______________。

【参考答案】（1）蛋白质 核酸 叶绿素 （2）实验思路：配制营养液（以硝酸铵为唯一氮源），用该营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中剩余量。预期结果和结论：若营养液中剩余量小于剩余量，则说明作物甲偏好吸收若营养液中剩余量小于剩余量，则说明作物甲偏好吸收

2.1 逻辑思维的结构化分析

逻辑思维结构化分析的步骤：搜集信息→寻找因果关系→归类分组→设计框架，呈现有形结构。

第一步：阅读试题，从题干中找出实验研究的目的（主要观点），统领结构。

第二步：寻找具有因果关系的要素，纵向延展。实验目的必须通过实验方案来验证，通过实验结果加以论证，通过实验结论得以解释。

第三步：把所有可能的因素按相似性分类。实验方案涉及实验材料、实验方法、实验变量、对照设置、检测方法等。因变量检测后的可能性属于实验结果，与实验结果对应的分析属于实验结论。

第四步：呈现有形结构（如图2）。

图2 “实验目的”统领下的金字塔结构

在作答上述试题时，围绕实验目的，利用“金字塔原理”由上而下纵向展开分析，横向归类分组，使逻辑结构化、思维可视化、思路明朗化。

2.2 逻辑思维的有效表达

逻辑思维框架的设计是对观点“先总后分”的过程，逻辑思维的有效表达则是对有形结构呈现的逻辑关系“分后再总”、归纳概括的过程。要做到条理清晰地表达，应从最底部的层次开始，同一组内的信息按照逻辑顺序整理出内在关系（如图3）。

图3 “实验方案”中各组信息间的关系

将图3所示的逻辑关系转换成句子，并用专业术语完成解释，表述尽量言简意赅。实验思路可表述为“用以硝酸铵为唯一氮源的营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中的剩余量”。

实验方案是实验结果的基础，实验结果是实验结论的前提。因此，基于实验目的和实验方案，该实验预期产生两种实验结果，按照假说演绎公式“某种条件下，若A，则B”写出实验结果对应的实验结论。即“若营养液中剩余量小于剩余量，则说明作物甲偏好吸收若营养液中剩余量小于剩余量，则说明作物甲偏好吸收。

总之，构建思维框架时采用“自上而下”的策略，罗列与论点相关的各层级所需的材料信息。而表达思维时采用“自下而上”的方法，用多组信息陈述所要表达的观点，找出观点之间的关系，根据关系得出与中心思想相一致的结论。

3.答题中的常见错误类型及应对策略

由于学生作答“实验思路”这类试题时需要耗费一定时间处理信息、理顺逻辑、整理思路，且这类试题对学生科学思维及语言表达能力要求较高，所以学生对此类试题往往心存畏惧。在实际作答中，学生们科学规范的回答非常相近，而错误的表达却各不相同。

3.1 常见错误类型举例

学生作答1：取两只洁净的培养基注入等量的培养液，并用长势相同的绿色植株放入培养基中，将其贴上标签并移至相同条件下，其余条件不变。在一组培养基中注入清水，过一段时间同时对两组培养基进行检测营养液中和的浓度。若营养液中的浓度减少，则说明这一植物对的吸收具有偏好性。

从生物学实验的科学性、严谨性来分析，上述两种回答均存在无视试题限定条件，导致实验方案中实验材料的选择、对照的设置、因变量的检测等方面出现错误的问题。同时，上述两种答案的结果和结论的预测分析中均缺少对两种离子含量的对比。

若从逻辑表达的角度来看，作答1和作答2的共同问题为逻辑关系混乱、结构不清晰，作答1的问题还表现为用词不准确、语句不简洁。如果用“金字塔原理”对上述问题进行检测，不难发现上述作答的症结在于答题前没有构建思维框架，信息间的因果关系不成立，所以表达时出现信息不完整、信息与结论不对应，信息之间缺少逻辑关联的现象。

3.2 应对策略

科学实验是搜集科学事实、检验科学假说、形成科学理论的实践基础。而实验过程中的科学思维和归纳、演绎推理以及对实验结果的分析等都需要通过富有逻辑的、科学规范的表达呈现出来。解决这些问题的有效途径就是帮助学生构建逻辑表达的金字塔结构，养成利用金字塔结构自上而下整理信息、组织思维，自下而上组织语言、陈述观点的习惯。

首先，教师可引导学生用金字塔结构对试题进行分析，如以高考真题为例，示范建构逻辑思维表达金字塔的方法及操作步骤，让学生理解金字塔结构在解题中的作用和原理。在原因分析题及实验探究题的作答时，要求学生运用“金字塔原理”进行结构化分析，使他们厘清逻辑结构中各种信息之间的内在联系，养成用图形整理信息、分析问题和思考的习惯，并最终能熟练运用和操作这一方法。

其次，强化语言表达训练。在日常教学和复习备考过程中把科学探究作为重要的学习方式和教学方式，提高测试中原因类试题、实验探究型试题的比例及训练量，让学生科学、严谨地使用生物学术语答题，养成认真审题、规范书写的习惯。同时，让学生构建有形结构，从看得见的内容开始遣词造句、谋篇布局，用生物学专业术语将图形复制、转化成文字。