基于高考题对生物教学中的创新思维能力进行培养

任智安

【摘  要】高考题考查创新思维是试卷体现区分度的重要特征，创新思维是社会向前发展的动力。创新思维是高阶思维能力，本文通过分析考查创新思维的高考题，提出坚实的学科基础、尊重学生的好奇心和想象力，发展多种基础科学思维方式培养学生的创新思维。

【关键词】生物高考题;创新思维;科学思维

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》在“课程理念——教学过程重实践”和“学科核心素养——科学思维”两部分内容阐释中，提出“培养创新精神”和“运用创造性思维”的观点。在新课程理念下发展学生学科核心素养是教学的中心，是实现立德树人这一教育根本任务的关键。创新思维属于思维中的高阶思维，在教学中培养创新思维能力存在一定的难度，但只要掌握创新思维的本质和发展规律，在教学实践中是能做到抓得住、见实效的。以下通过高考题对创新能力的考查，浅析创新思维发展的途径和要素。

一、新高考与创新思维

新高考指的是在2017版课程标准和与之对应的新教材背景下，进行选课走班教学后的高考形式，由于除语数外三科外，其余学科根据学生不同的选择进行学科等级赋分，同时结合综合素质评价作为录取的重要参考，也称为等级性考试。创新思维是指以新颖独创的方法解决问题的思维过程，通过这种思维能突破常规思维的局限，从超常规甚至反常规的方法、视角去思考问题，提出与众不同的解决方案，从而产生新颖的、独到的、有社会意义的思维成果。自2019年起，北京高考生物试卷将考试能力体系调整为新的四个维度，分别是理解、应用、思辨和创新。能力体系的调整与新课标、新高考理念保持一致。孙鹏、臧铁军等人在发表于2019年第四期《課程·教材·教法》的文章《构建基于核心素养的生物学科能力测评框架》中提出，高考的四层能力可划分为9个要素，其中创新能力包括假设和设计两个要素：“假设”要素的内涵是“在对生物学现象或已有研究结果进行分析与综合的基础上，结合所学科学知识，提出科学问题或作出科学假设。”如：（题略）“科研人员可在另一组实验中进一步证实该假设。若酶b的苹果酸结合位点的精氨酸替换为甘氨酸，请在图中用虚线补充证实该假设的预期结果曲线”;“设计”要素的内涵是“提出或完善用于回答科学问题或检验科学假设的研究方案，预期研究结果;提出解决实际问题的合理设想”。如：（题略）“在产量低的甲品系水稻中发现了A、B基因的等位基因A3、B3（广亲和基因），含有广亲和基因的杂合子，雌雄配子均可育。请写出利用甲品系培育出育性正常的籼-粳杂交稻的流程__________。（用文字或图示作答均可）。”

二、创新思维需要坚实的学科基础

2020年高考生物北京卷第21题考查了我国科学家对杂交水稻育种的创新设计，其中最后一个小题的问题是：“请写出利用甲品系培育出育性正常的籼-粳杂交稻的流程。（用文字或图示作答均可）”。这个小题的设问正是对创新能力要素“设计”的考查，从设问要求和标准答案分析可知，学生用文字或图示写出正确的育种流程，至少需要掌握以下知识块：“遗传图解的正确书写”“育种的种类及各种育种的过程和方法”“杂交、回交、自交等概念的理解应用”和“杂种优势”。同时还需要掌握以下能力：“题干中从已知图解获取关键信息”“根据已有条件进行推理过程”和“遗传学知识在具体情境中的迁移应用”。学生拥有上述知识块和能力才能提出1个或2个合理的育种方案，可见，创新思维的发展或创新的实现必须具备坚实的基础，否则思维都跳不出解决问题的正常范围，更谈不上进行创新了。作物育种设计所需学科基础见图1。扎实的学科知识基础是生成能力的必要条件，否则，能力发展就是无本之源。对于高阶思维而言，只有拥有了扎实基础和系统的低阶思维，具备了解决问题的全部基础要素后，才能得到发展和应用。否则，离开基础谈创新就是空谈。可以简单概括为：结构化的学科知识在解决情境中的问题时，发展低阶能力。在复杂情境中，经过知识和低阶思维能力的迁移应用，发展出高阶的设计、假设、论证、思辨和创新能力。

三、高考复习过程中尊重学生的好奇心和想象力

高考复习离不开适量的习题训练，并且需要重复递进式的训练。高强度的习题过程枯燥又有压力感，在面对高阶思维能力训练时，机械式的刷题作用有限，在真实科研情境的高考题中，缺乏解决问题的原动力和元认知。不妨尝试在科研情境高考题训练中，给予课堂一定的宽裕度，将学生的思维带入真实的情境中，在枯燥和乏味中激发学生的好奇心和想象力，通过具身认知，发展创新思维。

例如，就本文列举的生物育种问题，在教学实践中笔者就遇到过这样的情况，在诱变育种的教学中，需要学习射线处理种子或幼苗导致基因突变而改变性状的知识。课堂中就有学生特别好奇，提出了“能不能用实验室超净台紫外线照一下小麦种子，然后观察小麦发芽和幼苗生长情况”的想法。对于学生的这种好奇心，课堂必须给予鼓励和支持。学生在充分准备了小麦种子、培养盘后，设计了紫外线照射种子和幼苗的实验，教师带领学生在确保安全的前提下，将四盘小麦浸泡种子分别用紫外灯照射24 h、48 h、72 h，另一组进行常态培养。实验结果令全班同学惊奇，三天后所有实验组别都放在常态下进行培养。结果显示，小麦的发芽率、幼苗的长势、叶片颜色、根的生长情况都差别非常明显。受实验室条件限制，虽然不能进一步探究遗传物质发生了什么样的变化，但实验过程已经取得了巨大的成功。实验满足了学生强烈的好奇心，而且这种教师“给予”的满足播种了更多的好奇心，也收获了学生想继续进行科学探究的种子。

好奇心和兴趣是学生思维放飞的源泉和动力，也是学生进行自主探索和实践的内驱力。这一点对于小学生、初中生适用，对于高中生同样适用。在好奇心和兴趣的驱动下，学生可能会进行自主阅读，参与很多实践互动，会关注跨学科知识和冷门知识，学生的思维也因此更加发散。能自主支配自己学习和兴趣的学生，还会接触到各类艺术作品或者课程。跨学科的综合知识、来自艺术的熏陶和身心放松，往往会给学生带来思考问题和解决问题的灵感。当然，学生有好奇心、想象力和灵感不代表就有创新思维能力，还需要寻找问题、思考问题和解决问题的动机和能力，需要有与身心相适应的社会责任感。

四、在复习教学中发展多种科学思维

创新不是想象力，而是一种高阶科学思维方式，是一种基于多种基础思维形式的综合思维方式。制约创新思维发展的主要障碍是思维定式，思维定式的惯性使人的思维进入死胡同，钻入牛角尖，深不可拔。那么，在真实情境中要创造性地解决复杂问题，打破思维定式就是一种必然，这需要拥有求异思维。就如生活中遇到难题，我们常常要另辟蹊径。在本文列举的高考题中，根据题中的图解信息和题干信息，利用甲品系得到育性正常的籼-粳杂交稻，很容易得出杂交育种的思路，这就是思维定式。采用杂交育种的方法解决这个问题是合适的，但是思路复杂，容易因写不全流程而丢分。如果从求异思维角度出发，根据题中的信息还可以抓住“甲品系拥有A、B广亲和基因”这句话，通过转基因方法结合题中的籼粳杂交稻育种图解最终解决育种问题，转基因育种的角度简化了解决这个难题的过程。

對于内涵相近的概念可以通过比较分类的方法进行教学和学习。例如，育种的方式通常有杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程育种和细胞工程育种六种方式，这就需要对这些育种方式在育种原理、育种过程、优缺点方面进行比较分类，从而形成结构化的知识块，具体知识比较见表1。

在具体情境中，根据目标和要求，就能精准确定采用哪种育种方式解决具体问题了。上述实例中，既有比较思维的训练，又有逆向思维的应用。如果在一个未知的、复杂的情境中选择育种方式，可以根据情境中的信息，利用发散思维的方式提出各种育种方式，再加以比较分析，提出最优育种方式。每种育种方式都有固有的优点和缺点，当需要选择最优的育种方案时，还需要用批判性思维看待问题，在批判中选择最优的育种方式。

综上分析，一道育种方面的情境题尚且如此，其实在生物学科中，有诸多类似的知识群，同样可以采取多种思维方式进行训练发展，为创造思维发展打好基础。例如，“种群密度的调查”“遗传系谱的分析”“变异的种类”等。

五、总结和反思

总之，高考中考查创新思维能力已是试卷体现区分度的重要特征，在日常教学和复习备考中，以创新能力的两个要素“假设”与“设计”为抓手，根据以上策略，科学发展创新思维能力。高阶的思维能力发展存在一定的难度，不能一蹴而就，也不能望而生畏，需要较长时间的反复训练，更需要坚定的方向引领和科学的训练方法。发展创新思维首先要尊重学生的好奇心和想象力，让他们有不断思考和探索的内驱力，保持追求创新的元认知。其次，在具体领域或学科中解决复杂情境问题时，必须先拥有坚实的学科或领域的系统基础知识和基础能力要素。最后，在教学中重视对求异思维、比较思维、发散思维、逆向思维和批判性思维的训练与应用。创新思维绝非一朝一夕就能形成，也不是单靠哪一个学科就能独立完成，应该是每个学科教师持之以恒的追求。只要方向正确，方法科学，那么创新思维发展是指日可待的。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020修订版）[S].北京：人民教育出版社，2018：5.

[2]孙鹏，臧铁军，管旭，等.构建基于核心素养的生物学科能力测评框架[J].课程·教材·教法，2019（4）：

97-103.