設(shè)計綜合性試題 培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維

李 杰

(廣東省佛山市南海中學(xué) 528211)

系統(tǒng)思維來源于理論生物學(xué)家貝塔朗菲于1945年創(chuàng)立的系統(tǒng)論。系統(tǒng)思維方法重視整體思考，注重在整體的基礎(chǔ)上解決局部的問題[1，2]。高三階段的復(fù)習(xí)，要讓學(xué)生逐步完善知識結(jié)構(gòu)、熟練掌握學(xué)科規(guī)律，并學(xué)會用學(xué)科知識、規(guī)律和方法去解決實際問題。因此，高三教學(xué)不僅要讓學(xué)生系統(tǒng)掌握知識的內(nèi)在聯(lián)系，還要讓學(xué)生掌握適應(yīng)時代所需要的思維方式和思維品質(zhì)。筆者在高三生物學(xué)復(fù)習(xí)時借助原創(chuàng)綜合性試題培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維，下面結(jié)合系統(tǒng)思維的特點進行論述。

1 系統(tǒng)思維的整體性

系統(tǒng)都是由各種成分要素構(gòu)成，在分析處理問題過程中，應(yīng)運用整體思維來思考問題，既要注意系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理性，又要考慮各要素之間的相互聯(lián)系。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)細胞代謝和人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)時，對酶、神經(jīng)遞質(zhì)、激素三者的作用及其異同存在一定的混淆。筆者就設(shè)計了一道題目來幫助學(xué)生對三者進行辨析從而讓學(xué)生建立研究問題的整體觀。

例1 根據(jù)圖1所示，判斷下列說法錯誤的是

圖1 幾種生命物質(zhì)的成分及功能

A.若a為蛋白質(zhì)，則b為某些RNA，c包含性激素，d包含氨基酸

B.b、c、d可以作為信號分子調(diào)節(jié)細胞代謝

C.在神經(jīng)—體液—免疫調(diào)節(jié)過程中，酶、激素和神經(jīng)遞質(zhì)都具有重要作用

D.激素和神經(jīng)遞質(zhì)起作用都需體液運輸并在作用完之后都要被滅活或被轉(zhuǎn)移

試題評析：由于酶的作用是催化，不能作為信號分子。因此答案為B。這道題目涉及高中生物學(xué)知識體系的核心知識點較多，考查學(xué)生對酶、激素、蛋白質(zhì)等核心概念知識的理解程度。考查學(xué)生能否準確理解核心概念的內(nèi)涵，從本質(zhì)、功能、作用途徑等方面準確梳理這些核心概念之間的邏輯關(guān)系。通過該題目的考查能促使學(xué)生更全面地認識問題，有助于建立知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體性，進而建立思維的整體性。

2 系統(tǒng)思維的動態(tài)性

生命系統(tǒng)都是動態(tài)的而不是靜態(tài)的。生命系統(tǒng)的動態(tài)性包含兩方面的意思：其一是系統(tǒng)內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)是隨時間而變化的；其二是系統(tǒng)必定與外部環(huán)境存在著物質(zhì)交換、能量轉(zhuǎn)化和信息的交流。培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維目的之一是讓學(xué)生意識到事物發(fā)展是動態(tài)可變的過程，不可靜止看待事物。因此，教師在平時設(shè)計題目是要注重訓(xùn)練學(xué)生思維的動態(tài)性。

例2 水稻為C3植物，玉米為C4植物，C4植物由于含有PEP羧化酶(對CO2的親和力很高)可利用細胞間隙中很低的CO2進行光合作用。根據(jù)圖2所示回答相關(guān)問題：

圖2 C3、C4植物中CO2的固定

(1)據(jù)圖2分析水稻和玉米固定CO2的場所分別為________和________。

(2)高溫時植物氣孔關(guān)閉，該條件下________(玉米/水稻)具有較強光合作用，其原因為：________。

(3)將葉面積相等的A、B兩種植物的葉片分別放置在相同的、溫度適宜且恒定的密閉小室中，給予充足的光照，利用紅外測量儀每隔5 min測定一次小室中的CO2濃度，結(jié)果如圖3所示。①若A、B兩種植物其中一種為C3植物，一種為C4植物，則為C4植物的是________；若A植物在5 min時光照強度突然降低，C5含量將________。②當CO2濃度為M點對應(yīng)CO2濃度時A、B兩植物凈光合作用強度的關(guān)系為________；30 min后兩條曲線最終不再變化的原因是________。

圖3 實驗結(jié)果

參考答案：(1)葉肉細胞葉綠體；維管束鞘細胞葉綠體和葉肉細胞葉綠體 (2)玉米；氣孔關(guān)閉，植物體內(nèi)CO2濃度降低，玉米為C4植物含有PEP羧化酶，相比水稻可在CO2濃度較低條件下固定更多CO2進行光合作用 (3)①B植物；降低 ②A

試題評析：該題要求學(xué)生能夠靈活運用所學(xué)知識解決實際問題。特別是第(3)小題，當生命系統(tǒng)的外界環(huán)境條件改變(CO2濃度降低、光照強度減弱)的時候，要求學(xué)生能夠運用動態(tài)的思維來解決問題。例如，學(xué)生要準確理解小室中CO2濃度單位時間內(nèi)降低所代表的含義，借助M點曲線的斜率來判別A、B兩植物凈光合作用強度是A

3 系統(tǒng)思維的有序性

生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次性及動態(tài)的方向性體現(xiàn)系統(tǒng)具有有序性。系統(tǒng)越有序，它的組織程度越高，穩(wěn)定性也越好。 思維的有序性體現(xiàn)了對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的深入了解。 結(jié)合高中生物學(xué)教學(xué)，有序性主要體現(xiàn)在兩個方面，即思維的有序性和表達的有序性。

例3 金釵石斛具有很高的觀賞價值，金釵石斛的開花需要低溫(4℃)誘導(dǎo)(春化作用)一段時間，生產(chǎn)中常采用冷庫或高山基地進行低溫處理，但成本高。為了探究細胞分裂素類似物TDZ是否可以在常溫下替代低溫處理誘導(dǎo)金釵石斛開花，研究人員設(shè)計了下列實驗。選取長勢相同、枝葉完全展開的植株，分甲、乙、丙組進行表1的處理：

表1 甲、乙兩組實驗處理方法

30 d后所有材料移至溫室培養(yǎng)，日溫20℃～26℃，夜溫12℃～18℃，觀察記錄其開花情況。

(1)該實驗的自變量有________；選取長勢相同、枝葉完全展開的植株進行實驗，其目的是________。

(2)乙組中*的處理為________；丙組中*的夜溫為________。

(3)請預(yù)期甲、乙、丙組實驗的開花情況，并寫出相應(yīng)的結(jié)論：________。

參考答案：(1)TDZ的有無和溫度；控制無關(guān)變量，防止由于植株長勢不同等造成實驗誤差，使結(jié)論更可靠 (2)等量清水噴灑葉片；4℃ (3)①甲組和丙組普遍開花，乙組不開花，則TDZ能代替低溫處理誘導(dǎo)金釵石斛開花； ②丙組普遍開花，甲組和乙組不開花，則TDZ不能代替低溫處理誘導(dǎo)金釵石斛開花。

試題評析：探究性實驗題目是高考常見的試題類型，其可以考查學(xué)生對比、分析、計算、表達等多方面的能力。該題目設(shè)計雙因子變量，可訓(xùn)練學(xué)生思維的有序性。學(xué)生首先要根據(jù)實驗?zāi)康耐瞥隹瞻讓φ杖绾卧O(shè)置(*處為4℃)，然后根據(jù)單一變量原則通過甲組和乙組、丙組和乙組的對比分析推理出*的處理應(yīng)該為等量清水噴灑葉片，再根據(jù)實驗?zāi)康牡倪_成情況反推理出各組的開花情況。該題目的第(3)小題的設(shè)計目的之一就是訓(xùn)練學(xué)生表達有序性，當然表達有序性是建立在思維有序性基礎(chǔ)之上的，學(xué)生前面的推理合理有序，才能夠具有邏輯性的準確全面表達出實驗的結(jié)論。

系統(tǒng)思維與生物學(xué)科的思想特性本質(zhì)上是一致的，教師進行原創(chuàng)試題編制時要有意識在培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維方面進行設(shè)計。一方面有利于教師深刻理解教材內(nèi)容、課程標準和考綱，促進教師專業(yè)發(fā)展；另一方面可以幫助學(xué)生建立高中生物學(xué)知識體系，更好理解生命系統(tǒng)動態(tài)的發(fā)展過程。同時促進學(xué)生形成系統(tǒng)思維等高階思維能力，促使學(xué)生以系統(tǒng)論的觀點認識和解決問題。