科学思维素养视角下对高考生物试题的评析与思考

新高考背景下，高考命题正式进入了“无思维，不命题”的时期。近几年，高考生物试题对学生能力的考查重点已由以识记、理解为标识的低阶思维，上升到以分析、论证、综合为标识的高阶思维。高中教师可以通过高考试题感悟科学思维的内涵和教学策略。高考试题一般对科学思维的考查题目最多，考查力度也最大。灵活多变的情境式命题体现出高阶思维的培育已成为新时代素质教育的育人方向。在设置问题情境时，命题者注重选用真实情境为背景的科学实验结果或生活实例，参照学生的认知水平，进行适当的简化或处理，从而加强对学生的关键能力以及科学思维方式、思维深度等的考查。分析高考试题对下一阶段的教学具有重要的指导意义，也是复习备考的关键步骤。笔者从学业质量水平中科学思维素养各等级的考查角度，对2022年、2023年山东省普通高中学业水平等级考试生物试题进行分析，以充分认识《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》与新高考在“服务选才”中的一致性以及二者在“引导教学”上的功能，提升学生的科学思维素养水平。一、试题主要特点2023年是山东省实施新高考（“3+3”模式）的第四年，山东省第二届使用人民教育出版社2019版《普通高中教科书生物学》的考生参加高考。近两年，山东省普通高中学业水平等级考试生物试题仍然由山东省自主命制。试题贯彻了高考评价体系的理念，落实“五育并举”的命题思路，体现立德树人的总体要求，助推高考综合改革。试题设计以稳定为首要原则，在试卷结构形式、内容组织等维度保持基本稳定，使学生能够顺利作答，体现高考的人文关怀精神。与有难度的2021年山东省普通高中学业水平等级考试生物试题相比，2022年、2023年的山东省生物试题难度有所回落，2023年试题难度回落更明显。试题在体现综合性、應用性、创新性的同时更加突出生物学科的基础性，旨在为学生的全面发展夯实基础。试题情境创设更加科学、合理，取材越来越多元化，考查内容聚焦反映核心价值的生活、学习、实践情境以及科学实验和探究情境，设问方式更具有实用性、开放性和探究性，突出高考的选拔功能。这两年的实验思路设计题都设置在了遗传学大题中，引导学生注重思维的严密性和逻辑性，助力支撑学生终身发展能力的培育。试题立意深远，更加突出对高阶思维能力和学科核心素养的考查，真正实现了“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”。二、课程标准对科学思维质量水平等级的描述及评价要求《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中的高中生物学学业质量水平对学生完成课程学习任务后应表现出的科学思维素养水平等级及评价要求进行了界定（见表1）。表1高中生物学学业质量水平等级划分及评价要求（科学思维部分）■根据表1可以看出，科学思维水平的内涵要求、目标设定、行为实现难度均逐级增加，这是由具有区分与选拔作用的高考的命题规律所决定的。近几年，山东省普通高中学业水平等级考试生物试题的难度系数一般为0.50左右。试题不仅重视基本概念的考查，更注重思维深度的考查，并通过创新情境设计和设问方式引导学生发散思考问题的角度，考查学生的思维灵活度及思考问题的深度。部分试题依据一、二级水平命制，对概念识记、理解等低阶思维进行考查，部分试题依据三、四级水平命制，对推理、分析、综合等高阶思维进行考查。也就是说，四个水平等级都可以命题。三、试题在科学思维素养水平等级上的分布2022年、2023年山东省普通高中学业水平等级考试生物试题都分别由15道单项选择题（每题2分，共30分）、5道不定项选择题（每题3分，共15分）、5道非选择必做题（共55分）组成，满分100分。现从科学思维水平等级角度，以2023年试题为例，按照题型、分值对试题进行分类汇总如表2所示。表22023年山东省等级考试生物试题在科学思维素养水平等级上的分布■两年的试题中，容易题（一、二级水平的试题）∶中档题（三级水平的试题）：难题（四级水平的试题）的分值比例均约为3∶5∶2。两套试题的难度梯度布局合理，能区分不同层次的考生，密切关注生物学课程标准中的学业质量要求和中学教学实际，落实《深化新时代教育评价改革总体方案》，保障基础性，增强灵活性，减少死记硬背和“机械刷题”现象，加强教考衔接，充分发挥了考试的积极导向作用，助力高考综合改革和高中课程改革平稳推进。四、例谈科学思维素养各水平等级的考查（一）科学思维素养水平一的考查例1（2022年第7题）：缺血性脑卒中是因脑部血管阻塞而引起脑部损伤，可发生在脑的不同区域。若缺血性脑卒中患者无其他疾病或损伤，下列说法错误的是（

）A.损伤发生在大脑皮层S区时，患者不能发出声音B.损伤发生在下丘脑时，患者可能出现生物节律失调C.损伤导致上肢不能运动时，患者的缩手反射仍可发生D.损伤发生在大脑时，患者可能会出现排尿不完全分析：此题考查生物学课程标准中的次位概念“分析位于脊髓的低级神经中枢和脑中相应的高级神经中枢相互联系、相互协调，共同调控器官和系统的活动，维持机体的稳态”“简述语言活动和条件反射是由大脑皮层控制的高级神经活动”。涉及的知识点有：大脑皮层言语区的功能；缩手反射为非条件反射；大脑皮层是最高级中枢，可以对低级中枢脊髓的活动起调整作用。要求学生认识、理解生物学概念并利用其内涵解释简单的生命现象，进而判断生命现象是否与概念相符。S区发生障碍时，患者不能讲话，即不能用词语表达思想，但与讲话有关的肌肉和发声器官正常，能发出声音，A错误。此题考查了科学思维水平一。这类考查层次的试题常以生物学基本知识为前提，通常体现的是问题的表象，要求学生根据试题情境结合所学知识概括出一般原理。（二）科学思维素养水平二的考查例2（2022年第21题第2问）：强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有______、______（答出2种原因即可）；氧气的产生速率继续增加的原因是______。分析：此题以“光抑制现象”为情境，主要考查光合作用的过程和影响因素。对应生物学课程标准中的次位概念“说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的過程中，转换并储存为糖分子中的化学能”。要求学生用相关生物学概念及其内涵解释强光照射后短时间内苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加的原因及氧气的产生速率继续增加的原因。学生只有深入理解核心概念，才能在面对新情境试题时准确把握试题展现的生物学问题，迅速实现知识迁移并快速解决问题。这是对科学思维水平二的考查。这类考查层次的试题常以一定的问题情境为前提条件，要求学生通过推导得出结论，考生可以依照演绎与推理的思维方法作答。（三）科学思维素养水平三的考查（题中图表略）例3（2022年第23题第3问）：研究人员对图中抗炎过程进行了相关实验，实验分组及结果见表。通过腹腔注射脂多糖（LPS）可使大鼠出现炎症，检测TNF-α浓度可评估炎症程度。据图分析，若丙组的A处理仅在肠巨噬细胞内起作用，推测A处理的3种可能的作用机制：______；______；______。分析：此题以科学实验为情境，考查学生利用所学的生物学实验知识、方法和掌握的实验技能，基于事实和证据，运用演绎和推理、归纳和总结等方法分析A处理的3种可能的作用机制以及对实验结果的分析能力。科学实验情境来自真实的生物学研究，涵盖研究材料、方法、步骤、结果等，以这些内容设置情境命题，有助于学生在真实的情境中分析问题、推理分析、得出结论，能测评学生的科学思维是否达到水平三。这类考查水平的题目旨在培养学生独立思考、实事求是、勇于探索的科学精神，引导学生学会批判与质疑，树立科学意识，以实现科学实验情境的育人价值。（四）科学思维素养水平四的考查（题中图表略）例4（2023年第22题第4问）：据表推断，该志愿者的基因e位于______染色体上。现有男、女志愿者的精子和卵细胞各一个可供选用，请用本研究的实验方法及基因E和e的引物，设计实验探究你的推断。①应选用的配子为：______；②实验过程：略；③预期结果及结论______。分析：本题考查遗传病的遗传方式、基因定位等必备知识，考查信息获取能力、逻辑思维能力和综合运用能力，综合考查学生的遗传学素养。学生需要透彻理解基因定位，在试题考查范围内利用遗传学观点进行发散性思考，进而整理实验思路、预期结果并得出结论，且作答要有理有据。这是对学生高阶思维（水平四）的考查。这类题目往往具有很高的综合性，对学生的逻辑推理、实验探究等关键能力的要求较高，要求学生运用生物学基本概念和各种技能，创造性地解决问题。五、全面提升学生科学思维素养体系的重要性及措施（一）在建构概念中发展科学思维生物学概念包括各种生物学原理、定律和规律。建构概念即建构生物学的知识结构体系是高中生物学教学的中心环节。建构概念的过程要用到各种科学思维方法，从而抽取生命现象的本质并形成认识。在教学过程中，教师应引导学生根据事实或证据建构概念，进而使学生在建构概念的过程中深入地理解次位概念、重要概念及大概念，并从中提升思维能力。（二）在情境教学过程中训练科学思维在高中生物学教学过程中，教师应恰当地提供试题情境，例如人类健康与疾病、生命科学