例談國際生物學(xué)奧林匹克競賽試題對學(xué)生科學(xué)思維的考查

馬小明

摘要以25屆IBO試題（理論B-5）第37題為例，分析IBO試題如何考查學(xué)生從新材料中獲取有效信息、大膽推理、嚴(yán)謹(jǐn)分析等理性思維，希望對教學(xué)中如何實現(xiàn)科學(xué)思維的培養(yǎng)和基于“核心素養(yǎng)”考查的試題編寫有些許啟示。

關(guān)鍵詞國際生物學(xué)奧林匹克競賽 試題分析 科學(xué)思維 考查

中圖分類號G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

國際生物學(xué)奧林匹克競賽（簡稱IBO），是面向全世界中學(xué)生的生物學(xué)競賽，旨在培養(yǎng)中學(xué)生對生物學(xué)的興趣、增強(qiáng)學(xué)生自主解決具有一定挑戰(zhàn)性問題的能力，同時為各國學(xué)生交流知識、增長見識、認(rèn)識世界創(chuàng)造了機(jī)會。IBO對中學(xué)生而言不僅是生物學(xué)知識競賽，更是智力、創(chuàng)造力和毅力等綜合素質(zhì)的較量;IBO不僅注重考查選手的知識面，更注重學(xué)生從新材料中獲取有效信息、大膽推理、嚴(yán)謹(jǐn)分析等理性思維和創(chuàng)造性思維的考查。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)包含生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等。其中科學(xué)思維是“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”十八個要點之一，其具體要求為：崇尚真知，能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法;尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度;邏輯清晰，能運用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題、指導(dǎo)行為等。下面以第25屆IBO試題（理論B-5）第37題為例，分析IBO試題如何考查學(xué)生的科學(xué)思維，希望對教學(xué)中如何實現(xiàn)科學(xué)思維的培養(yǎng)和基于“核心素養(yǎng)”考查的試題編制有些許啟示。

1原題呈現(xiàn)

如圖1所示，6個缺失突變的位置被定位到果蠅的染色體上。

已知隱性突變a、b、d、d、e和f位于缺失突變的相應(yīng)區(qū)域，但它們在染色體上的順序未知。當(dāng)純合隱性突變系和純合缺失突變系雜交后，獲得了下面的結(jié)果（表1），其中字母“m”表示突變體表型，“+”號代表野生型。

請指出下面的描述正確與否。

A.突變d位于缺失突變4和6重合區(qū)域內(nèi)

B.突變b所在的缺失位置可以通過缺失突變3、4和5的重合部分推導(dǎo)出來

C.在6個突變中，突變d位于最短的缺失突變中

D.這6個突變在染色體上的順序是a、f、d、b、c、e

2試題解析

該題以基因定位的方法為背景設(shè)題，考查學(xué)生基因與染色體的關(guān)系、一對相對性狀的雜交實驗等。準(zhǔn)確提取表格信息是正確作答的前提，“m”表示突變體表型、“+”號代表野生型表型，所以若突變基因位于缺失突變?nèi)旧w上則會表現(xiàn)出突變性狀，若不在缺失突變?nèi)旧w上則會表現(xiàn)出野生型性狀。以純合隱性突變系aa和純合缺失突變體1雜交為例，若缺失突變體1染色體上有a的等位基因，則純合缺失突變體1基因型肯定是AA，這樣雜交后代基因型Aa表現(xiàn)為野生型，只有突變體1上沒有a的等位基因，才會表型出a控制的性狀，故a在突變體1的染色體缺失部分，同理d、f也在突變體1的染色體缺失部分。以此類推，基因d、f位于突變體2的染色體缺失部位;基因b、d位于突變體3的染色體缺失部位;基因b、c、e位于突變體4的染色體缺失部位;基因b、c、d位于突變體5的染色體缺失部位;基因c、e位于突變體6的染色體缺失部位，然后據(jù)此作圖（圖2）。

由圖2可知，6個突變在染色體上的順序是a、f、d、b、c、e，D選項正確;缺失突變4和6重合區(qū)域內(nèi)沒有突變d，A選項錯誤;通過缺失突變3、4和5的重合部分可以推導(dǎo)出突變b所在的缺失位置，B選項正確;最短的缺失突變?yōu)槿笔蛔?，其上有d、b突變基因，C選項正確。所以，該題答案為A選項錯誤、B選項正確、C選項正確、D選項正確。

3凸出科學(xué)思維的考查

這道題涉及高中生物學(xué)中“基因在染色體上”這一重要知識點。但是與傳統(tǒng)考試試題相比較，考查方式更靈活、深度更深，對學(xué)生的信息挖掘、邏輯推斷、假設(shè)演繹等科學(xué)思維提出更高要求。

3.1信息提取是考查的基本要素

有效獲取題干和圖表信息是學(xué)生正確作答該題的前提，也是其他科學(xué)思維能力得以深入進(jìn)行的前提。該題涉及基因定位的方法在高中教學(xué)中并沒有涉及，對學(xué)生而言似乎顯得陌生，但是又似曾相識，因為基因突變、染色體結(jié)構(gòu)變異是高中重點的知識點。所以，面對已經(jīng)學(xué)過的知識點重構(gòu)的考題，學(xué)生首先要提取關(guān)鍵信息，才能有的放矢。例如，分析該題會發(fā)現(xiàn)題干涉及兩大類變異：基因突變（點突變）和染色體結(jié)構(gòu)變異（缺失）。基因a、……f為隱性突變，則對應(yīng)的野生型顯性基因為A、……F。只有從題干中提取這些，才能準(zhǔn)確對表格進(jìn)行分析，才能進(jìn)一步確定基因在染色體上的位置。在教學(xué)中，教師應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生提取信息的能力。例如，平日上課時，讓學(xué)生帶著問題閱讀科學(xué)史、帶著問題分析圖表等。

3.2基本原理方法是考查的核心

在準(zhǔn)確提取信息的基礎(chǔ)上掌握相關(guān)原理是有效作答的根本，也是考查“科學(xué)思維”要點中“能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法”要求的具體表現(xiàn)。例如，該題中利用基因突變系與缺失突變系雜交，分析后代表現(xiàn)型從而確定基因在染色體上的位置。準(zhǔn)確作答該題，考生需要對基因與染色體的關(guān)系，以及雜交過程（涉及減數(shù)分裂、受精過程）中染色體的變化等要相當(dāng)熟悉。這是該考題考查的核心部分，也是考生能力發(fā)揮的源泉。所以，在平常的教學(xué)中，教師要加大對基本原理方法的重視程度，可以一再強(qiáng)調(diào)和考查。

3.3科學(xué)的思維方式是有效作答的保證

靈活運用提取的信息和掌握的基本原理方法，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐茢唷⒓僭O(shè)演繹進(jìn)行綜合分析是準(zhǔn)確作答的保證。例如，該題中需要先通過雜交結(jié)果推斷每種缺失突變含有的基因，進(jìn)而對比不同缺失突變系含有的基因，判斷各個基因之間的位置關(guān)系。這是考查考生科學(xué)思維的主場地，也是能展現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維的舞臺。做對一道題可以有很多種方法，但是選擇恰當(dāng)?shù)姆椒梢允掳牍Ρ叮?jié)省許多時間。在日常教學(xué)中，教師要承認(rèn)刻苦的學(xué)習(xí)精神，但也要引導(dǎo)學(xué)生使用科學(xué)合理的思維方式方法去思考問題、解決問題。

4啟示

核心素養(yǎng)培養(yǎng)是新一輪教學(xué)改革的核心任務(wù)，日常教學(xué)必須以提升學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)。生物學(xué)核心素養(yǎng)中“科學(xué)思維”是其他三個要點的基礎(chǔ)，只有具備“科學(xué)思維”，才能更深刻理解“生命觀念”，才能進(jìn)行有效的“科學(xué)探究”，才能切實履行“社會責(zé)任”。

所以，教師應(yīng)該積極培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維：

①積極關(guān)注社會熱點問題，從中提取與高中生物學(xué)相關(guān)聯(lián)知識點，并以此為材料編制或改編試題。這樣既可以檢測學(xué)生學(xué)習(xí)效果，也可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會熱點，同時也是培養(yǎng)學(xué)生信息提取能力的好素材。

②重視基本原理和方法的教學(xué)，它是學(xué)生思考并解決問題的根本源泉。

③鼓勵或組織學(xué)生對疑惑問題、熱點問題進(jìn)行辯論。這是培養(yǎng)邏輯推斷、分析綜合以及批判性思維的良好措施。

“考試”是檢驗核心素養(yǎng)培養(yǎng)成效的手段，“試題”是指導(dǎo)教師如何教、教什么的指揮棒。為切實提升科學(xué)思維，就需要具有一定比例的試題來促進(jìn)科學(xué)思維培養(yǎng)。對于試題選擇或編制，教師需要注意以下3點：

①試題背景來源可靠，與考查知識點具有直接關(guān)系，且簡練不累贅。

②試題要體現(xiàn)社會熱點，試題中加入新發(fā)現(xiàn)、新理論、新技術(shù)等，促使學(xué)生關(guān)注科學(xué)前沿，拓寬學(xué)生視野。

③試題要源于課本而不拘泥于課本，適當(dāng)增加試題考查的深度，促使學(xué)生深度思考，從而實現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維的提升。