科学思维类试题的解题策略与备考建议——以2021年全国乙卷生物试题为例

广西 蓝伟东

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是需要学生在生物学课程学习过程中发展起来的、在解决真实情境中的实际问题中表现出来的正确价值观念、必备品格和关键能力，科学思维是其重要组成部分之一。

一、科学思维在高考试题中的考查

(一)科学思维的内涵

“科学思维”是指尊重事实和证据，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。教师在开展课堂教学、考试评价和高考备考的过程中，要关注学生科学思维的养成，培养学生掌握归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法。

(二)2018—2020年真题考查科学思维的试题类型分析

分析2018—2020年的高考试题可以发现，高考试题越来越重视对科学思维的考查。笔者对涉及科学思维考查的部分试题进行了统计和分析，结果如表1所示。

表1

续表

从上述分析，可以发现全国卷对科学思维的考查呈现以下几个特点：

1.基于真实情境

高考试题以真实情境向学生提供新知识或延伸原有知识，要求学生基于情境知识和原有知识进行深入思考，解决问题。情境既有来源于学生熟知的新冠肺炎疫情防控，也有学生在教材和日常练习中经常遇到的果蝇杂交实验、植物杂交实验，还有源于生产和科研实践的情境。真实情境的设置，凸显对学生运用比较、归纳、概括、建模、演绎、推理等方法加工信息的能力要求，最终考查学生运用科学思维解决实际问题的能力。

2.信息种类多样

高考试题以实验数据表、杂交实验及实验数据、曲线图等多种形式呈现信息。科学是基于实证证据的，证据来源于实验、观察和统计等途径，对证据的解读，有助于提出关于自然现象的推论。高考试题中的图表即是证据的呈现形式，学生解读数据即是解读证据的过程，该过程有利于考查学生运用观察、资料收集等方法获取信息的能力。

3.问题形式灵活

高考试题问题仍以文字为主，除基础概念填空外，近年来陆续出现了“理由是”“原因是”“依据是”“优点是”“关系是”等长句表述类问题，在体现学生语言表达能力的同时，更重要的是要求学生将科学思维过程外显，体现对学生思维严谨性的要求。此外，部分试题还要求学生以“示意图”“流程图”的形式作答，如此能够显著减少作答时间，提高作答效率，优化应答表现。

(三)学生科学思维的现状

在新课教学和复习备考中，师生都对基本概念等核心内容、假说-演绎法、实验方法等很重视。但当遇到长句表述类问题时，很多学生仍处于束手无策的状态，或表达缺乏逻辑关联，或表述缺乏科学性，甚至存在部分学生直接放弃作答。可见，形成良好的科学思维是学生思维体系形成的难点，影响着学生学科核心素养的提升。

二、全国卷中科学思维类试题的例析

(一)围绕核心概念，考查归纳与概括能力

【例1】(2021年，全国乙卷，第31题)哺乳动物细胞之间的信息交流是其生命活动所必需的。请参照表中内容，围绕细胞间的信息交流完成表2，以体现激素和靶器官(或靶细胞)响应之间的对应关系。

表2

激素调节是现行教材的核心概念之一，例1考查的是激素作为信息与靶器官(或靶细胞)的响应关系，意在引导学生运用归纳与概括的方法，将不同激素作用于不同靶器官(或靶细胞)等的个别特性、个别方面组合形成一个整体，得出激素通过体液运输、作用于靶器官(或靶细胞)等的共性特征，进而理解稳态与平衡观等生命观念。2019年全国卷Ⅲ第29题曾以类似的形式围绕真核细胞中ATP的合成与细胞质基质、叶绿体的类囊体膜、线粒体等的关系进行了归纳概括。提升学生的归纳与概括能力，可以帮助学生将零散知识系统化，利于学生强化记忆，掌握生物学的基本规律。

(二)基于事实证据，考查演绎与推理能力

【例2】(2021年，全国乙卷，第32题)果蝇的灰体对黄体是显性性状，由X染色体上的1对等位基因(用A/a表示)控制；长翅对残翅是显性性状，由常染色体上的1对等位基因(用B/b表示)控制。回答下列问题：

(1)请用灰体纯合子雌果蝇和黄体雄果蝇为实验材料，设计杂交实验以获得黄体雌果蝇。(要求：用遗传图解表示杂交过程。)

(2)若用黄体残翅雌果蝇与灰体长翅雄果蝇(XAYBB)作为亲本杂交得到F1，F1相互交配得F2,则F2中灰体长翅∶灰体残翅∶黄体长翅∶黄体残翅=________，F2中灰体长翅雌蝇出现的概率为________。

例2考查的是遗传基本规律的应用，以学生熟知的果蝇为实验材料，要求学生基于现有证据信息，使用生物学语言(遗传图解)表示获得特定性状个体的过程，还要求学生推导得出杂交后代的表现型比例或概率。试题中既有学生演绎与推理思维过程显性化的呈现(第1小题)，也有直接呈现演绎与推理思维结果的要求(第2小题)。从试题要求看，在开展演绎与推理要求的能力培养时，不宜追求偏、难、怪试题的解决，要重视遗传图解等推理工具的使用，重视基础内容的假设与推理。

(三)利用图文转换，考查模型与建模能力

【例3】(2021年，全国乙卷，第37题节选)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如图1所示。

图1

回答下列问题：

(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是________。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是________(答出1点即可)。

模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所做的一种简化描述，模型的形式包括物理模型、数学模型和概念模型。例3通过工艺流程图的形式呈现以米曲霉发酵制作酱油的工艺技术，围绕发酵的生物学原理和过程，考查学生对微生物培养的生长条件、代谢特征等的理解与运用。试题要求学生具备对流程图等模型的解读能力，并结合所学知识揭示我国劳动人民的传统智慧。

(四)考查批判性思维

【例4】(2021年，全国乙卷，第29题节选)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：

(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)

批判性思维要求学生基于生物学原理和限定条件，运用正确的生物学方法，对生物学问题或观点提出质疑、评价和矫正，不盲从权威，不偏听偏信。例4以植物甲特殊的CO2固定方式为命题素材，要求学生运用实验探究的方法进行实验验证，在考查学生实验探究能力的同时，还考查了学生能否对一个观点基于限定条件，运用科学的方法进行论证的批判性思维能力。

(五)考查创造性思维

【例5】(2021年，全国乙卷，第30题节选)在自然界中，竞争是一个非常普遍的现象。回答下列问题：

(3)根据上述实验和研究，关于生物种间竞争的结果可得出的结论是________。

例5创设种间竞争现象分析和预测的问题情境，考查学生获取题干信息并解决问题的能力。试题的素材是学生相对陌生的，结论也是高中生物学教材中缺乏直接答案的，学生需要具有创新意识才能大胆地基于现有情境做出合理的推理，创造出新观点，试题的设置符合高考选拔功能的要求，有助于选拔具有创新意识和创新能力的学生。

三、学生科学思维的培养策略

科学思维作为生物学学科核心素养的重要组成部分，在高考试题中占据着重要的作用。教师需要加强对高考试题的分析，明确科学思维的考查要求、呈现形式和答题方向。新课授课时要着重培养包括科学思维在内的学科核心素养，在备考时要重视引导学生加强科学思维的训练。下面以“细胞失水与吸水”为例谈谈在复习过程中对学生科学思维的培养。

(一)考点分析

细胞失水与吸水是物质跨膜运输的重要组成部分，主要内容包括：①由渗透装置总结渗透作用的原理和条件；②动物细胞失水与吸水的实验；③观察植物细胞的质壁分离与复原现象。该考点在2020年全国卷Ⅱ第6题、2017年全国卷Ⅱ第4题中进行了考查，题目均设置了真实的实验情境，辅以曲线图的形式呈现实验数据，重点考查学生的归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学思维。

在该考点的复习中，可以通过设计培养学生的归纳与概括能力、演绎与推理能力、模型与建模能力和批判性思维。

(二)课堂实施

1.问题串回归教材

课堂开篇，问题串提纲指导学生阅读和回归教材内容，由学生自行构建完整的知识网络体系：

(1)请画出渗透装置示意图，标出水分子的流动方向。

(2)根据渗透装置示意图，总结发生渗透作用的条件。

(3)为什么动物细胞可以发生渗透作用？根据渗透作用的条件分析哺乳动物成熟的红细胞在不同条件下水分子的流动方向。

(4)为什么植物细胞可以发生渗透作用和质壁分离与复原？

上述问题串的设计，帮助学生对教材内容有更完整的认识，问题(1)有利于学生建构渗透装置模型，理解渗透作用的条件，并以此为基础推广到动物细胞和植物细胞发生渗透作用的过程当中。在学生自行总结的过程中，培养了学生模型与建模的能力和归纳与概括的能力。

2.渗透原理的应用探究

在学生建构完整的知识网络后，设置真实的实验情境引导学生使用所学知识解决问题：

【例6】某同学欲探究萝卜细胞的细胞液浓度大小，请利用渗透作用的原理，协助他利用以下材料设计一个实验：长度和宽度相同的萝卜细条、不同浓度的蔗糖溶液。

在学生完成探究实验设计后，向学生提供已有的实验数据：

请据图2分析，该萝卜细胞的细胞液浓度相当于实验中________mol·L-1之间的蔗糖溶液浓度。

图2

为了降低探究难度，在问题设置时给予学生适当的提示，如“渗透作用的原理”“萝卜细条”，引导学生运用演绎与推理的思维思考在不同浓度的蔗糖溶液下，萝卜细胞可能发生的变化，进而使学生理解外界溶液浓度与细胞液浓度的关系。探究实验的设计，培养了学生运用所学知识创新性地解决实际问题的能力。展示真实的实验数据后，进一步引导学生收集和分析图表信息，学生的模型与建模能力也得到了培养。