基于生物学科核心素养“科学思维”的试题命制与教学分析

　　《普通高中生物学课程标准（2017年版2021年修订）》中对“科学思维”的定义为：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。学生应该在学习过程中逐步发展科学思维，能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。

　　从“科学思维”的概念可以看出，“崇尚真知”是科学思维的基础，“尊重事实和证据”是科学思维的依据，“运用科学的思维方法”是科学思维的途径，“认识事务、解决实际问题的思维习惯和能力”是科学思维的目的。

　　一、“科学思维”的考查维度与考查水平

　　基于“科学思维”的试题分为四类考查维度，每个维度可以分为三个水平进行考查。

　　在归纳与概括维度，考查水平一为描述生物学概念，考查水平二为概括生物规律和原理，考查水平三为揭示新情境中的生物学规律。

　　在演绎与推理维度，考查水平一为分析生物学概念，考查水平二为解释生命现象，考查水平三为预测和论述生命现象。

　　在模型与建模维度，考查水平一为用文字或图式表示生物学概念，考查水平二为解读模型内涵，考查水平三为构建新的模型。

　　在批判性思维维度，考查水平一为提出明确观点或找出相关问题，考查水平二为解释观点或分析问题所在，考查水平三为提出创新性论点或解决方案。

　　二、试题命制与教学分析

　　1.“归纳与概括”试题命制与教学分析

　　题目简述：科学家们找到了与马相似的动物的骨骼化石，他们认为这些动物是现代马的祖先。科学家们同时也已经能够确定化石中的种类生存的时期。根据提供的三种化石和现代马的信息（动物名称、生存的时期、腿的骨骼），请回答“什么信息是现代马从其他三种动物演化过来的最强有力的证据”。

　　答案：马腿骨结构大部分相同但有慢慢变化；在5500万年到200万年的时间里，马的足趾融合起来了（或马足趾的个数减少了）。

　　分析：此题提供马在演化过程中腿的骨骼的变化，要求考生归纳出现代马是从其他三种动物演化过来的依据。此题考查学生对所给信息的分析、归纳和概括能力，以简答题的方式进行考查，对学生要求相对较高，属于水平三的考查。

　　2.“演绎与推理”试题命制与教学分析

　　题目简述：已知果蝇的伊红眼对紫眼为完全显性，由一对等位基因A、a控制，长翅对残翅为完全显性，由另一对等位基因B、b控制，两对等位基因均位于常染色体上。现有纯合伊红眼长翅果蝇和纯合紫眼残翅果蝇杂交，所得F1雌雄个体相互交配，多次重复实验，统计F2的表现型及比例都近似如下结果：伊红眼长翅∶伊红眼残翅∶紫眼长翅∶紫眼残翅＝66∶9∶9∶16；上述亲本的反交实验结果也是如此。有人针对上述实验结果提出了假说：控制上述性状的两对等位基因位于一对同源染色体上，F1通过减数分裂产生的雌配子和雄配子各有4种，且基因型和比例都是AB∶Ab∶aB∶ab＝4∶1∶1∶4。为验证上述假说，请设计一个简单的杂交实验，并给出预期实验结果。

　　答案：将两纯合亲本杂交得到的F1雌雄个体分别与纯合紫眼残翅的异性果蝇杂交，观察并统计子代的表现型及比例。预期实验结果为正反交所得子代均出现四种表现型，其比例为“伊红眼长翅∶伊红眼残翅∶紫眼长翅∶紫眼残翅＝4∶1∶1∶4”。

　　分析：此题思维度较大，学生错误率较高，主要原因是学生没有充分理解发生交叉互换后的遗传规律。建议在教学过程中根据学生学习水平对相关知识内容进行适度拓展（如交叉互换率的计算）。

　　3.“模型与建模”试题命制与教学分析

　　题目简述：某实验小组用细菌甲（异养生物）作为材料探究不同条件下种群增长的特点，设计了三个实验组，每组接种相同数量的细菌甲后进行培养，培养过程中定时更新培养基，三组的更新时间间隔分别为3h、10h、23h，得到a、b、c三条种群增长曲线（a为J型增长曲线，C为S型增长曲线，b曲线介于两者之间），请分析培养基更新时间间隔为10h和23h时，种群增长会不会出现J型增长阶段？

　　答案：在培养初期，培养基中的营养和空间条件都是充裕的，此时种群增长均会出现J型增长。

　　分析：此题以微生物培养为背景考查种群数量增长曲线的数学模型，建议在教学中加强对学生模型建构和模型解读能力的培养。

　　4.批判性思维类试题

　　题目简述：光合作用是地球上最重要的化学反应，发生在高等植物、藻类和光合细菌中。研究发现，原核生物蓝藻（蓝细菌）R酶的活性高于高等植物，有人设想通过基因工程技术将蓝藻R酶的S、L基因转入高等植物，以提高后者的光合作用效率。研究人员将蓝藻S、L基因转入某高等植物（甲）的叶绿体DNA中，同时去除甲的L基因。转基因植株能够存活并生长。检测结果表明，转基因植株中的R酶活性高于未转基因的正常植株。这个实验能否得出“转基因植株中有活性的R酶是由蓝藻的S、L组装而成”的推论？请说明理由。

　　答案：不能。转入蓝藻S、L基因的同时没有去除甲的S基因，无法排除转基因植株R酶中的S是甲的S基因表达产物的可能性。

　　分析：此题中给出有科学漏洞的结论让学生进行分析，旨在考查学生的批判性思维能力。建议在教学中鼓励质疑，培养学生的问题意识和思辨能力，进而培养学生的批判性思维能力。

　　三、教学反思与建议

　　1.创设情境，为学生进行科学思维提供必要的事实与证据

　　科学思维的落足点是基于事实与证据，这就要求教师在教学中提供足够的事实和依据或证据进行情境创设，通过问题导向，引导学生结合事实和证据展开深度学习和探究。教师要多维度、多角度地提供事实和证据，展开论证式教学，启发学生多方面进行思考和讨论，进而形成科学客观的判断，避免利用单一事实或证据得出相关结论。

　　2.问题导向，引导学生展开科学思维的深度探究和深度学习

　　科学思维通过问题启动，并通过进一步的问题来推进。情境的创设就是为问题的创设服务的，教学中关键问题的设置与解决是科学思维体现的重要策略，为此，教师要结合提供的情境，采取问题导学的方式，引导学生逐步深入理解所学知识。

　　教师在教学中创设问题要有角度，最好有明确的指向性，以免学生的思维过于分散，导致探究和讨论趋于表面，同时，问题设置还应有一定的梯度，能为学生的思维搭建脚手架，引导学生“跳一跳，摘得到”，此外问题的设置还应有一定的综合性，要避免过于简单的问题（尤其是判断式或填空式的问题），导致学生科学思维的质量不高，弱化对所学知识的理解。

　　3.迁移应用，提升学生应用科学思维认识事务和解决问题的能力

　　教师在教学中应引导学生从课本知识走向学科应用，结合生活实践或生产实际中的真实情境，通过试题命制和解题训练，培养学生运用科学思维认识事物本质和解决问题的能力。特别是在相关试题的命制上，不能停留在识记水平的记忆性知识考查，而要通过证据分析、实验设计、方案修正、结论归纳、原理概括、问题解决等切入点，考查学生运用知识在复杂情境中解决问题的能力，提升学生科学思维的水平和素养。

　　责任编辑黄博彦

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