上海 宋潔蓮

新課標(biāo)、新教材背景下的高考，不僅考查學(xué)生對(duì)學(xué)科核心知識(shí)的理解與掌握情況、關(guān)鍵能力的形成情況，同時(shí)還考查學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。其中，對(duì)科學(xué)思維這一學(xué)科核心素養(yǎng)的考查是生物學(xué)高考試題的“基本骨架”，而高階思維能力考查試題是評(píng)價(jià)學(xué)生科學(xué)思維核心素養(yǎng)發(fā)展水平的重要指標(biāo)，在每年的高考題中都有一定比例考查高階思維的試題。

一、高階思維的內(nèi)涵

著名教育家和心理學(xué)家布盧姆從認(rèn)知目標(biāo)分類角度，將思維過(guò)程具體分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造六個(gè)認(rèn)知層次，其中記憶、理解、應(yīng)用為低階思維，而分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造為高階思維。我國(guó)的鐘志賢教授在《促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階思維發(fā)展的教學(xué)設(shè)計(jì)假設(shè)》中提出：高階思維是較高認(rèn)知層次上的心智活動(dòng)或較高層次認(rèn)知能力，主要由問(wèn)題解決、決策制定、批判性思維、創(chuàng)造性思維能力構(gòu)成，因此高階思維能力包括決策力、批判性思維能力、創(chuàng)新能力等。國(guó)際上如PISA測(cè)試、TIMSS測(cè)試等大規(guī)模教育質(zhì)量評(píng)價(jià)項(xiàng)目都非常注重對(duì)學(xué)生高階思維能力的評(píng)價(jià)。生物學(xué)是自然科學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科之一，生物學(xué)試題中測(cè)量學(xué)生的高階思維表現(xiàn)情況時(shí)，應(yīng)主要測(cè)量學(xué)生在真實(shí)、復(fù)雜情境中的分析、推理、判斷、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等高階認(rèn)知行為的表現(xiàn)情況。

二、基于高階思維考查的生物學(xué)試題分析

1.考查推理能力的試題

此類試題的特點(diǎn)是情境真實(shí)且復(fù)雜，是學(xué)生所不熟悉的，學(xué)生在解答時(shí)不能簡(jiǎn)單的通過(guò)理解、記憶等低階思維進(jìn)行答題，必須通過(guò)對(duì)真實(shí)情境中信息的獲取、提煉、分析等高階思維活動(dòng)才能解決問(wèn)題。

【例1】遺傳性腦動(dòng)脈病伴皮下梗死和腦白質(zhì)病(簡(jiǎn)稱乙型H病)是一種神經(jīng)系統(tǒng)遺傳病，一般在35歲左右開始發(fā)病，病情隨年齡增長(zhǎng)逐漸加重。乙家族的11號(hào)和13號(hào)個(gè)體患乙型H病，系譜圖如圖1所示(相關(guān)基因用B/b表示)。

圖1

乙家族的16號(hào)和17號(hào)個(gè)體正在備孕，因雙方父母中均有乙型H病患者，夫婦二人到醫(yī)院做遺傳咨詢。醫(yī)生為乙家族的部分個(gè)體做基因檢測(cè)，用限制酶處理乙型H病相關(guān)基因片段后得到了表1所示的結(jié)果(“√”表示有該長(zhǎng)度的DNA片段)。

表1

根據(jù)圖1和表1中的信息，判斷16號(hào)和17號(hào)所生孩子長(zhǎng)大后不患乙型H病的概率是多少，并說(shuō)明理由。

【答案】16號(hào)和17號(hào)所生孩子長(zhǎng)大后不患乙型H病的概率是1/4。理由是從乙家族的系譜圖可知11號(hào)和13號(hào)患乙型H病，12號(hào)和14號(hào)不患該??；從基因檢測(cè)結(jié)果可知，酶切片段長(zhǎng)度為80和160的堿基對(duì)與乙型H病致病基因有關(guān)，酶切片段長(zhǎng)度為240的堿基對(duì)對(duì)應(yīng)的是正常基因，得出11號(hào)為雜合子，13號(hào)為純合子，由于11號(hào)和13號(hào)均患該病，可推知該病為顯性遺傳病。若為伴X染色體顯性遺傳病，父親患病，則女兒一定患病，由15號(hào)未患病可知，該病為常染色體顯性遺傳病。從而得出16號(hào)和17號(hào)基因型均為Bb，由于不患乙型H病的基因型為bb，故16號(hào)和17號(hào)所生孩子長(zhǎng)大后不患乙型H病的概率為1/4。

【解析】此題在解答的過(guò)程中，不能運(yùn)用遺傳病類型判斷口訣進(jìn)行判斷，也不能通過(guò)簡(jiǎn)單的推理等思維活動(dòng)進(jìn)行解答，需要學(xué)生選擇性地甄別真實(shí)情境中的信息，提煉出“一般在35歲左右開始發(fā)病，病情隨年齡增長(zhǎng)逐漸加重”，且對(duì)表中11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)、14號(hào)的酶切片段長(zhǎng)度等信息進(jìn)行綜合分析，推理出與乙型H病致病基因有關(guān)酶切片段長(zhǎng)度和正?；虻拿盖虚L(zhǎng)度。根據(jù)酶切長(zhǎng)度和表現(xiàn)型，推斷出乙型H病是常染色體顯性遺傳病。同時(shí)根據(jù)表中的酶切片段正確寫出16號(hào)和17號(hào)的基因型，計(jì)算16號(hào)和17號(hào)所生孩子長(zhǎng)大后不患乙型H病的概率。

2.考查發(fā)散性思維能力和創(chuàng)造性思維能力的試題

此類試題在情境內(nèi)容、題干給予的信息、解決的方法和試題的答案等方面都具有一定的開放性。一般答案不唯一，通常有多種解決方案。此類試題需要學(xué)生根據(jù)已學(xué)的生物學(xué)原理結(jié)合題干中的信息，運(yùn)用發(fā)散性思維和創(chuàng)造性思維回答多種可能性的問(wèn)題。

【例2】現(xiàn)有轉(zhuǎn)BT基因抗蟲棉品種甲和乙及非轉(zhuǎn)基因棉品種丙。在花蕾期對(duì)葉片中色素、凈光合速率日變化(圖2)、胞間CO2濃度日變化(圖3)進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)合圖2和圖3，推測(cè)圖中陰影所示區(qū)段影響轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種乙凈光合速率的因素可能有哪些？

圖2

圖3

【答案】光照強(qiáng)度下降，光合速率下降，引起凈光合速率下降；溫度下降，光合速率比呼吸速率下降得更快，引起凈光合速率下降；雖然胞間CO2濃度基本不變，但氣孔導(dǎo)度有可能下降，固定CO2酶的活性下降，造成暗反應(yīng)速率下降，光合速率下降，引起凈光合速率下降等等。

【解析】例2的情境來(lái)自真實(shí)的科研成果，學(xué)生根據(jù)情境中的內(nèi)容思考“在12:30—13:30期間，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉乙胞間CO2濃度基本不變，凈光合速率下降”的原因。此題聚焦了影響光合作用的因素以及凈光合速率=光合速率-呼吸速率的關(guān)系。由于試題給出了部分信息，因此要求學(xué)生多角度、開放式地思考問(wèn)題，采用發(fā)散性思維去回答多個(gè)可能性的問(wèn)題，答案是多樣的、開放的，可以測(cè)評(píng)學(xué)生高階思維能力中的發(fā)散性思維能力和創(chuàng)造性思維能力。

3.考查批判性思維能力的試題

此類試題往往呈現(xiàn)某一生物學(xué)的觀點(diǎn)和結(jié)論，要求學(xué)生根據(jù)試題中提供的信息和已有的生物學(xué)知識(shí)，對(duì)某一問(wèn)題或觀點(diǎn)進(jìn)行分析、判斷，并做出正確的、客觀公正的判斷。

【例3】甲、乙兩位學(xué)生從溫暖的空調(diào)房來(lái)到寒冷的戶外，覺(jué)得非常寒冷。其中甲同學(xué)認(rèn)為從溫暖的空調(diào)房來(lái)到寒冷的戶外，機(jī)體產(chǎn)熱增加；乙同學(xué)認(rèn)為在寒冷環(huán)境中機(jī)體通過(guò)減少汗液分泌、收縮皮膚血管等機(jī)制減少散熱，為了確保體溫恒定，產(chǎn)熱必須等于散熱，因此產(chǎn)熱也將減少。兩人為此展開了辯論，你認(rèn)為誰(shuí)的主張正確？請(qǐng)指出錯(cuò)誤的一方錯(cuò)在何處，并說(shuō)明理由。

【答案】甲同學(xué)的觀點(diǎn)正確。乙同學(xué)錯(cuò)在認(rèn)為在寒冷環(huán)境中機(jī)體產(chǎn)熱減少。當(dāng)由溫暖環(huán)境來(lái)到寒冷環(huán)境時(shí)，由于機(jī)體與環(huán)境間的溫差加大，導(dǎo)致散熱增加，下丘腦-垂體-甲狀腺的分泌活動(dòng)加強(qiáng)，增加產(chǎn)熱才能繼續(xù)維持體溫恒定(合理均可)。

【解析】例3需要學(xué)生根據(jù)已有的人體體溫維持相對(duì)穩(wěn)定的機(jī)理解釋生活中的實(shí)際問(wèn)題。人體體溫維持相對(duì)穩(wěn)定的機(jī)理是產(chǎn)熱和散熱達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在寒冷環(huán)境下，人體通過(guò)骨骼肌戰(zhàn)栗、甲狀腺激素和腎上腺素分泌增加來(lái)增加產(chǎn)熱；通過(guò)立毛肌收縮、皮膚血管收縮減少散熱，從而維持體溫相對(duì)穩(wěn)定。在炎熱環(huán)境下，人體通過(guò)汗液分泌增加、皮膚血管舒張等增加散熱途徑而維持體溫相對(duì)穩(wěn)定。根據(jù)人體體溫維持相對(duì)穩(wěn)定的機(jī)理，可以推測(cè)寒冷情況下，機(jī)體與環(huán)境間的溫差加大，導(dǎo)致散熱增加，下丘腦-垂體-甲狀腺的分泌活動(dòng)加強(qiáng)，產(chǎn)熱量也會(huì)增加，所以答案為甲同學(xué)的觀點(diǎn)正確，乙同學(xué)觀點(diǎn)錯(cuò)誤。例3可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生高階思維中的批判性思維進(jìn)行測(cè)評(píng)。

4.考查評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ脑囶}

考查評(píng)價(jià)能力的試題一般要求學(xué)生根據(jù)真實(shí)的情境，對(duì)問(wèn)題的觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)學(xué)生的思路是否清晰、表達(dá)是否全面、表達(dá)的理由是否支持相應(yīng)的觀點(diǎn)等對(duì)學(xué)生進(jìn)行考查?？疾樵O(shè)計(jì)能力的試題同時(shí)測(cè)評(píng)著學(xué)生的高階思維能力。

【例4】科研人員以甜瓜為對(duì)象，探究溫度和CO2濃度對(duì)甜瓜光合速率(光合作用合成有機(jī)物的速率減去呼吸作用消耗有機(jī)物的速率)的影響，結(jié)果如圖4。依據(jù)圖4中的研究結(jié)果，有人提出兩種可能的控制方案以提高甜瓜產(chǎn)量：方案一，CO2濃度設(shè)定為1.4～1.6 mL/L，溫度設(shè)定為30℃；方案二，CO2濃度設(shè)定大于1.6 mL/L，溫度設(shè)定為26℃。你認(rèn)為這兩種方案各自的合理和局限之處是什么？

圖4

【答案】從圖4可以發(fā)現(xiàn)方案一甜瓜的光合速率最大，有利于提高甜瓜的產(chǎn)量。但只根據(jù)圖4難以判斷30℃是否是甜瓜生長(zhǎng)的最適溫度，還需進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；方案二溫度設(shè)定為26℃，為甜瓜生長(zhǎng)的較適宜溫度，隨著CO2濃度增高，直到大于1.6 mL/L，有可能甜瓜的光合速率繼續(xù)增大，有利于提高甜瓜的產(chǎn)量。但只根據(jù)圖4難以判斷當(dāng)CO2濃度設(shè)定大于1.6 mL/L時(shí)，甜瓜生長(zhǎng)是否進(jìn)一步增加，需進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。此題無(wú)論學(xué)生答方案一還是方案二，只要支持觀點(diǎn)的理由闡釋正確，表達(dá)清晰、有邏輯，答案就是正確的。此題考查了學(xué)生分析數(shù)據(jù)、闡釋自己觀點(diǎn)的語(yǔ)言表達(dá)能力，同時(shí)測(cè)評(píng)了學(xué)生的高階思維能力。

【解析】例4要求學(xué)生根據(jù)已有的光合作用和呼吸作用的知識(shí)結(jié)合圖中提供的信息，寫出支持方案中各觀點(diǎn)的理由，以及在此基礎(chǔ)上方案中的局限之處。

【例5】“洛陽(yáng)紅”牡丹，花大色艷，但花期較短?？蒲腥藛T為了明確遮光對(duì)“洛陽(yáng)紅”牡丹花期與花色的影響，進(jìn)行了探究實(shí)驗(yàn)。表2顯示了向葉片噴施蔗糖后“洛陽(yáng)紅”牡丹還原糖和花苷素的含量。已知花苷素含量越高，“洛陽(yáng)紅”牡丹花色越濃；遮光可使“洛陽(yáng)紅”花期延長(zhǎng)，在50%遮光條件下“洛陽(yáng)紅”的花期更長(zhǎng)。請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究在何種條件下可以保證“洛陽(yáng)紅”自然花色不受影響且花期更長(zhǎng)，并闡述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。

表2

【答案】在50%遮光左右設(shè)置不同的遮光比例梯度若干組，施加70%濃度的蔗糖溶液，其他條件保持一致,選取花期最長(zhǎng)的遮光比例；在70%蔗糖溶液濃度左右設(shè)置不同的蔗糖濃度梯度若干組，施加50%遮光,其他條件保持一致，選取花期最長(zhǎng)的蔗糖濃度，同時(shí)施加選取的遮光比例和蔗糖濃度驗(yàn)證其是否最長(zhǎng)，若低于單獨(dú)條件施加的花期長(zhǎng)度則需要進(jìn)一步選取不同的遮光比例與蔗糖濃度組合，重復(fù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

【解析】例5的試題情境素材來(lái)自科學(xué)研究的文獻(xiàn)。在解答時(shí)，學(xué)生需要閱讀、提取題干中有利于解題的信息，進(jìn)一步明確探究(探索)什么、研究的對(duì)象是什么、怎樣的步驟去展開等。此題需提取“花苷素含量越高，‘洛陽(yáng)紅’牡丹花色越濃”以及“50%遮光條件下洛陽(yáng)紅的花期更長(zhǎng)”的有用信息，結(jié)合對(duì)表中數(shù)據(jù)的解讀，尋找解題的線索。解答時(shí)，首先要通過(guò)分析得到在50%遮光并向葉片噴施0.7 mol/L蔗糖溶液的情況下，花期更長(zhǎng)、花色更濃的結(jié)論。然后根據(jù)獲得的結(jié)論，進(jìn)一步探究在何種條件下保證洛陽(yáng)紅自然花色不受影響下，花期更長(zhǎng)的問(wèn)題，最后闡述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。此題考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)能力、表達(dá)能力、創(chuàng)造性能力等高階思維能力。