从一道高考遗传题看理性思维的考查与培养

从一道高考遗传题看理性思维的考查与培养

从一道高考遗传题看理性思维的考查与培养 山东省阳谷县第二中学（252300） 李明海 山东省冠县第一中学（252500） 王立乾 摘 要 生物学作为一门科学课程，具有注重证据和逻辑的特点。以2016年北京市高考理综卷30题为例，对高考试题中理性思维能力的考查作了具体分析，包括分析和综合能力、归纳和演绎推理能力以及批判性思维能力。对生物学教学中如何培养学生的理性思维提出了具体建议，包括在知识的学习中落实理性思维的培养、理性思维的训练需要生物学情景和实例以及理性思维的训练要梯度有序。‎ 关键词 生物学教学；高考；理性思维；能力培养 文章编号 1005-2259（2017)6-0061-03‎ 哲学家和逻辑学家将理性看作基于逻辑的和推理的加工过程，即理性是逻辑指引下的思考。理性是人类所特有的一种高级的认知加工方式，它甚至比智力或其他认知能力更能影响人们生活的各个方面的结果，包括学业成就、决策的满意度、心理健康，甚至违规或道德行为等等［1］。学生通过生物科学的学习，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，是生物学科教学的基本任务。‎ ‎1 高考遗传题中理性思维的考查 例题 （2016年高考北京理综卷第30题）研究植物激素作用机制常使用突变体作为实验材料，通过化学方法处理萌动的拟南芥种子可获得大量突变体。‎ ‎（1）若诱变后某植株出现一个新性状，可通过____交判断该性状是否可以遗传，如果子代仍出现该突变性状，则说明该植株可能携带___性突变基因，根据子代____，可判断该突变是否为单基因突变。‎ ‎（2）经大量研究，探明了野生型拟南芥中乙烯的作用途径（图1）。‎ 图 1‎ 由图1可知，R蛋白具有结合乙烯和调节酶T活性两种功能，乙烯与______结合后，酶T的活性______，不能催化E蛋白磷酸化，导致E蛋白被剪切。剪切产物进入细胞核，调节乙烯响应基因的表达，植株表现有乙烯生理反应。‎ ‎（3）酶T活性丧失的纯合突变体（1#）在无乙烯的条件下出现______（填“有”或“无”）乙烯生理反应的表现型，1#与野生型杂交，在无乙烯的条件下，F1的表现型与野生型相同。请结合上图从分子水平解释F1出现这种表现型的原因：______。‎ ‎（4）R蛋白上乙烯结合位点突变的纯合体（2#）仅丧失了与乙烯结合的功能。请判断在有乙烯的条件下，该突变基因相对于野生型基因的显隐性，并结合乙烯作用途径陈述理由：______。‎ ‎（5）番茄中也存在与拟南芥相似的乙烯作用途径，若番茄R蛋白发生了与2#相同的突变，则这种植株的果实成熟期会______。‎ 答案 （1）自 显 表现型的分离比 （2）R蛋白 被抑制 （3）有 杂合子有野生型基因，可产生有活性的酶T，最终阻断乙烯作用途径 （4）2#与野生型杂交，F1中突变基因表达的R蛋白不能与乙烯结合，导致酶T持续有活性，阻断乙烯作用途径，表现为无乙烯生理反应，其表现型与2#一致，因此突变基因为显性 （5）推迟 ‎1.1 考查分析和综合能力 分析是把研究对象的整体分解为一个个部分分别加以研究的方法。综合是指把研究对象的各个部分或各个方面联系起来考察，从整体上去认识和把握研究对象的思维方法。分析是综合的基础，综合是分析的发展，二者是相互依存、相互渗透甚至是相互转化的。分析是最基本的思维方法，无论是归纳推理还是演绎推理都离不开分析思维。（2）～（4）题的解答都是在分析乙烯作用途径模型的基础上完成，难度逐渐增大，思维环环相扣。‎ ‎（2）题是分析乙烯的信号传递途径，同时为解答（3）（4）题做好铺垫。将有乙烯条件下和无乙烯条件下的作用途径进行比较，可知乙烯与R蛋白结合后，酶T的活性被抑制，导致E蛋白被剪切，剪切产物进入细胞核，启动乙烯响应基因的表达，植株表现出有乙烯生理反应。‎ ‎（3）题是基于模型分析，运用生物学规律和原理，通过逻辑推理构造科学解释。分析乙烯信号传递途径模型，归纳概括出在无乙烯条件下： ‎ 野生型基因表达→有活性酶T→E蛋白磷酸化→E蛋白无法被剪切→阻断乙烯响应基因表达→无乙烯生理反应；‎ 突变型基因表达→无活性酶T→E蛋白被剪切→剪切产物进入细胞核→启动乙烯响应基因表达→有乙烯生理反应。‎ 综合上述分析，可知F1杂合体和野生型纯合体表达的酶蛋白产物中均含有“有活性的”酶T，因而都能催化E蛋白磷酸化，阻断乙烯响应基因表达，表现出无乙烯生理反应。‎ ‎（4）题是在模型分析的基础上运用演绎推理进行判断。‎ ‎1.2 考查归纳与演绎推理能力 归纳是在个别中发现一般的推理形式和思维方式；演绎是在一般中发现个别的推理形式和思维方式。人们对事物的认识往往从个别开始，然后扩展到一般，再从一般进一步认识个别［2］。高考试题通过一定的生物学情景，考查学生对知识的理解和运用，更多地体现了演绎的思维方法。（1）（4）（5）题重点考查了演绎推理。（4）题难度较大，演绎推理如下：‎ 具有相对性状的纯合亲本杂交，F1表现出的亲本性状为显性性状［大前提］‎ 突变纯合体2#与野生型杂交，F1表现型与2#一致（无乙烯生理反应）［小前提］‎ 突变性状是显性性状（突变基因为显性基因）［结论］‎ 上述推理形式属于演绎推理中的三段论。完成该推理过程，首先要判断出有乙烯条件下突变纯合体2#与野生型的表现型。‎ 野生型表型：植株表现出有乙烯反应［（2）题答案］；突变纯合体2#表型：植株表现出无乙烯反应。因R蛋白无法与乙烯结合，酶T持续有活性，最终阻断乙烯作用途径。‎ 其次是分析F1表现型，这是推理中的难点。分析乙烯信号传递途径模型，可知植株表现出有乙烯生理反应还是无乙烯生理反应取决于酶T的活性，而酶T的活性受R蛋白的调控（第2题题干信息）。由于F1中突变基因表达的R蛋白不能与乙烯结合，导致酶T持续有活性。基于以上信息推理如下：‎ 如果产生有活性的酶T，那么就会出现无乙烯生理反应［假言判断］‎ 有乙烯条件下，F1能产生有活性的酶T F1表现出无乙烯生理反应［结论］‎ 上述推理形式属于演绎推理中的假言推理。由于解答该小题所用推理形式多样，环环相扣，层层递进，对思维的缜密性和条理性提出了很高的要求，加大了试题难度。‎ 有不少学生认为F1中含有1个野生型基因，那么它表达的R蛋白就能与乙烯结合，因而会出现有乙烯生理反应。出现这种错误认识的原因是分析和综合能力不足。F1是杂合子，表达的R蛋白一部分是正常的，一部分是异常的。虽然正常的R蛋白与乙烯结合后使部分酶T活性被抑制，但突变基因表达的R蛋白不能与乙烯结合，这样一部分酶T持续有活性，这部分有活性的酶T足以催化E蛋白磷酸化，E蛋白剪切产物进入细胞核，阻断乙烯响应基因表达，植株就会表现出无乙烯反应。即1个突变基因所能产生的持续有活性的酶T就能完全保证细胞表现出无乙烯反应，这一点从道理上讲与第3题是相同的。因为在分子水平上，酶不是被当作原料消耗掉的，而是作为工具能够反复发挥作用，所以即使杂合子产生一半量的有功能酶，就足够维持相应的表现型［3］。‎ ‎1.3 考查批判性思维能力 批判性思维是指具有目的性和反思性的判断。批判性思维既包括阐释、分析、推理、评估、解释和自我调整等认知技能，也包括好奇、敏锐、求真等思维习性［2］。批判性思维已经很难和理性思维划出明显的界线。该试题对批判性思维所需的多种技能进行了考查。如根据乙烯作用途径模型，分析从乙烯与受体结合开始到生理效应发生为止的信号传递过程；运用证据和逻辑对1#与野生型杂交子一代的性状表现做出合理地解释；对2#与野生型杂交子一代将表现出何种性状进行推理，判断突变基因的显隐性；根据拟南芥突变体的研究成果评估番茄中相同突变体的生理效应。尤其（3）（4）题要用科学、准确的语言陈述，既检测了学生的语言表达能力，又反映了学生的思维状况和逻辑推理水平，对批判性思维提出了更高地要求。‎ ‎2 如何在教学中培养理性思维能力 ‎2.1 在知识的学习中落实理性思维的培养 科学知识是形成理性思维的前提条件，没有一定的知识基础就无法针对生物学相关问题，运用理性思维方法展开探讨、审视或论证。反之，理性思维技能又是学生获取知识的一个不可缺少的重要条件。因此，组织好以探究为特点的主动学习是培养理性思维的关键。教师应尽可能多地提供让学生亲自参与和实践的机会，有目的、有步骤地组织学生对生物及其相关事物进行观察、描述、提出问题、做出假设、验证假设、思维判断、作出解释，与他人合作和交流等，使学生在自主学习活动中获取理性思维的技能。‎ ‎3.2 理性思维的训练需要生物学情景和实例 让学生置身于真实的生物学问题情景和实例中，通过获取证据、阐述理论和观点，呈现由事实到结论的逻辑推理过程，是训练和培养理性思维的有效途径。生物学情景和实例可以是来自科学史和生物实验，也可以是来自日常生活中与生物学相关的问题，但要经过教师的精选和加工，并与所学的知识内容有机地融合在一起。训练的情景和实例越丰富、越典型，越有利于学生理性思维的培养。通过训练，还可发现理解证据时的思维偏差、推理中的错误、论断的片面性和绝对性、语言表达是否科学严谨等。这样就可引导学生辨析错误，更好地掌握理性思维的技能。‎ ‎3.3 理性思维的训练要梯度有序 理性思维的发展具有阶段性，难以通过一两次训练就能形成，需要在教学中进行合理的梯度安排，由易到难，循序渐进。如一开始选择的实例可针对一个理性思维的技能，然后逐渐增加到针对两个或多个技能。对某一个技能如推理能力，也要设计梯度，分步实施。先提供简单一些的问题情景，让学生掌握推理的基本方法；再呈现复杂的情景，逐渐增加推理的难度和复杂性。通过有计划地训练和持之以恒的坚持，可不断提高学生的理性思维能力。‎ 参考文献 ‎［1］ 冯雪，彭凯平. 技能和风格:理性思维的两种测量途径［J］.心理科学进展,2015(9): 1550-1559.‎ ‎［2］ 吴成军. 基于生物学核心素养的高考命题研究［J］.中国考试，2016(10)：25-31.‎ ‎［3］ 邢万金,莫日根. 遗传学教学中在细胞与分子水平上理解等位基因的显性与隐性［J］.遗传，2015(1):98-108.‎