基于科学思维培养的教材课后习题分析--以人教版《生物学·必修1·分子与细胞》为例

2021年第4期
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教材解读咖贏_基于科学思维培养的教材课后习题分析
—以人教版《生物学•必修1 •分子与细胞》为例
安徽省合肥工业大学附属中学(230000) 王启雨
安徽省六安市霍邱县第二中学(237400) 吴孝良
摘要人教版高中生物学教材的每一章节后面都附有“练习与应用”或“复习与提高”。

从科学思 维的角度对习题进行梳理，基于深度学习相关理论和实践提出教学建议，以期提高课堂教学效率。

关键词教材习题;科学思维;课堂效率；深度学习
文章编号 1005 -2259(2021)4 -0041 -03
人民教育出版社2019年出版的教材《生物 学•必修1 •分子与细胞》（以下简称“新教材”）课后练习题包括两种形式:每节的“练习与应用”和每章后的“复习与提高”。

与2004版的教材相 比，新教材习题进行了大幅度的更新和删改，这是 新教材的一大亮点。

课后练习的价值主要表现在 巩固已学知识、提高应用能力、激发学习兴趣、拓展 学习思维及培养疋确的情感态度与价值观[1]。

《普 通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订）》(以下简称“课标”）提到高中生物学课程目标之一 是形成科学思维的习惯，能够运用已有的生物学知 识、证据和逻辑对生物学议题进行思考或展开论 证[2]。

本文依此对新教材必修1模块部分章节习 题进行梳理，谈谈教材习题所蕴含的科学思维目标 以及如何利用它培养学生的科学素养。

1教材习题蕴含的科学思维分析
1.1 注重逻辑思维方法的训练
逻辑思维是学习、科学研究和日常生活中必不 可少的思维工具，而逻辑思维方法是我们准确地表 达、论证观点和思想的必要保障。

在科学思维中，经常用的逻辑方法有比较、分类、模拟、归纳与演 绎、分析与综合、论证与反驳等，即课标提出的归纳 与概括、演绎与推理、模型与建模等。

新教材习题 注重逻辑思维方法训练。

例如，P.8“概念检测”中的第1题“判断下列事实或者证据是否支持细胞是 生命活动的基本单位”注重论证，这道题既能检测 和促进学生对核心概念“细胞是生物体结构与生命 活动的基本单位”的理解[2]，也是高中阶段引导学 生注重证据的第一道习题。

1.2 关注拓展性思维
新教材习题“拓展应用”中很多题目可以发展 学生的拓展性思维，进而提升学生的创新思维，但 是需要教师挖掘这些题目的拓展性和延伸性。

例 如,新教材P. 19习题“将细胞内含有的各种物质配 齐，并按照它们在细胞中的比例放在一个试管中，能构成一个生命系统吗？为什么？”可延伸出一个 实验探究活动—
—分析一粒小麦的物质组成:找证 据（自然引人初、高中教材中的实验:如何证明小麦 种子含有水？怎样检测蛋白质、无机盐、淀粉、油脂 等的存在?）；继续拓展:将一粒小麦碾碎后小心收 集起来，然后种植在适宜条件下，看能不能发芽？1.3 关注批判性思维
新教材习题注重批判性思维的训练。

例如，新 教材P.36“拓展应用”中的题目“随着生活水平的 提_，人们对营养保健品日益关注，一些厂家在核 酸保健品的广告中用到类似的宣传语:一切疾病都 与基因受损有关;基因是核酸片段;补充某些特定 的核酸，可增强基因的修复能力”。

要求学生对上
基金项目：本文系安徽省教育教学“十三五”规划课题“高中生物教学中促进深度学习的策略研究”研究成果，编号:jKI9004。

作者简介:王启雨（1965—），男，大学本科学历,正高级教师，E -mail:944857587@
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---------------教材解读
述3段广告用语进行分析，指出存在的逻辑漏洞，
并对广告宣传者进行回应。

再如，P. 32“拓展应
用”第1题“民间有一种‘吃什么补什么’的说法，
如吃鱼能明目，喝虎骨酒能壮筋骨。

请你运用本节
所学的知识对这种说法作出评价”。

上述两例都很
好地体现了对学生批判性思维这种高阶思维能力
的训练，这也是深度学习的体现。

2利用习题培养学生科学思维的策略
2. 1通过论证培养科学思维的逻辑性
实证是判断的尺度，逻辑是论辩的准绳。

培养 学生的科学思维就是要学生能尊重事实和证据，有
实证意识和严谨的求知态度，并运用逻辑思维解决
问题。

教师可通过新教材中的习题培养学生的实
证意识和逻辑思维能力。

例如，P. 89“概念检测”
第4题“离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载
体蛋白，它在跨膜运输物质时离不开ATP的水解。

下列叙述不正确的是”，学生能正确解答此题，但绝
大多数学生不能回答为什么“C.动物一氧化碳中
毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率”选项正确。

所以，笔者帮助学生梳理解决此类问题的逻辑:一
氧化碳与血红蛋白的亲和力比氧气与血红蛋白的
亲和力大300倍，故一氧化碳占用了大量血红蛋
白,致使血携氧能力下降。

另外，一氧化碳与血红蛋
白结合后的离解速度仅为氧合血红蛋白的1/3600,
阻碍了氧的释放，导致机体缺氧（找准起点）—氧
气参与有氧呼吸，在有氧呼吸第三阶段释放出大量
的能量,机体缺氧时只能进行无氧呼吸释放少量能
量（关键关系）—离子泵跨膜运输是主动运输，需
要能量供给，而机体缺氧只能提供少量能力，所以
跨膜运输离子的速率会降低（落点准确）。

归纳成
一句话:一氧化碳中毒抑制了细胞的能量供应而降
低离子泵跨膜运输离子的速率。

上述思路分析除
了注意事物之间的逻辑关系外，所有的分析都是基
于事实即证据。

课标要求学生“能够基于生物学事
实和证据阐释生命现象”，前提是学生要掌握或知
道基本的生物学事实。

2.2挖掘习题，培养思维的拓展性
教师应挖掘习题蕴含的隐性知识，以培养学生 的拓展性和原创性思维。

例如，P.38非选择题第3
题“多糖和核酸都是由许多单体组成的多聚体，试
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从组成二者单体种类的角度分析，为什么核酸是遗 传信息的携带者，而多糖不是? ”这一问题蕴含着结 构与功能观以及拓展遗传物质——核酸的发现史。

学生解答此题时，教师可引导学生通过结构与功能 相适应的观点分析问题:从结构与功能上分析，构 成多糖的基本单位是葡萄糖，无论多少个葡萄糖构 成多糖，它的排列顺序没有变化;而构成核酸的核 苷酸，无论是脱氧核苷酸还是核糖核苷酸，都各含 4种碱基,且核酸是由核苷酸连接而成的长链，核 酸分子中4种脱氧核苷酸（或核糖核苷酸）在数量、排列顺序上千差万别，从而能够承担起携带遗传信 息的功能[3]。

因此说核酸是遗传信息的携带者，而 多糖不是。

教师可联系此题通过下面的问题拓展 学生的思维：（1)分析已学生物学知识（如细胞、糖 类、脂肪、蛋白质）的结构与功能之间的联系；为什 么能量充足的情况下糖类大量转换为脂肪储存? 为什么都是由葡萄糖为基本单位构成的多糖，其功 能却不相同？（2)推测或猜想若一个核酸由5个或 1〇个核苷酸分子连接而成，理论上能形成多少种 核酸？（3)你还能提出哪些问题？通过问题1引导 学生梳理已学知识中蕴含的结构与功能观(如细胞 结构和功能之间的关系），并通过分析脂肪和糖类 的结构理解其功能，帮助学生建构结构与功能观。

通过问题2初步引导学生应用数学知识建模，使学 生对数学建模在研究中的作用有初步了解。

通过 问题3启发学生的思维，了解学情。

如果有时间，教师可以给学生拓展核酸发现的科学史故事。

教材习题具有科学性和原创性，能给一线教学 提供大量可以挖掘的素材。

例如，新教材P. 106 “概念检测”的第3题“根据光合作用的基本过程 填充下图（图1)”。

此题与2020年全国I卷的第 29题“真核细胞的膜结构具有重要功能。

请参照 表中内容完成下表（表1)”相关性较大，在教学中 教师可把这两道试题放在一起让学生完成。

其中，第5空的参考答案为“叶肉细胞进行光合作用时，光能转化为化学能的过程发生在类囊体的薄膜 上”。

这个问题看似简单，但要求学生理解教材上 的基础知识，并从结构与功能相适应等生命观念的 角度人手，分析并得出答案。

教材解读一——
光反应阶段
暗反应阶段
图1
表1
结构名称
突触
高尔基体
(1)
叶绿体的 类囊体膜功能(2)一(3)一
控制物质 进出细胞
作为能 量转换的 场所
膜的主要成分
(4)功能举例
在缩手
反射中参 与兴奋在 神经元之 间的传递
参与豚
鼠胰腺腺 泡细胞分 泌蛋白的 形成过程
参与K + 从土壤进人 植物根细胞 的过程
(5)
2.3拓展教材习题，强化高阶思维的培养
教师可拓展教材习题，在逻辑思维基础上，培 养学生的辩证思维、批判性思维等高阶思维。

(1)
培养逻辑思维品质。

思维的品质是衡量
思维优劣的标准，思维的品质包括思维的广阔性、 深刻性、灵活性、敏捷性等。

例如，新教材P . 67“拓 展应用”第2题“温度变化会影响水分通过半透膜 的扩散速率吗？请你提出假说，并设计检验该假设 的实验方案”。

这道题较上一版教材中同一题目 “低温环境会影响物质的跨膜运输吗？为什么？” 问题设计更加巧妙，更加具有针对性和操作性。

教 师在学生完成这道题后，可结合学生的答题情况进 行拓展:实验装置（即渗透装置）如何设计？设计 的实验方案可以做哪些改进？然后教师引导全班 学生进行交流和讨论，同时也给学生提供相关文献 中的实验改进，以提升学生思维的广阔性、灵活性 和敏捷性。

(2)
养成辩证思维、批判性思维。

从生命观念
的形成和关键能力人手培养学生的批判性思维。

例如，通过习题加强学生对结构与功能观、局部与 整体相统一、生物进化与适应观、唯物主义自然观 与科学的世界观等的理解，提高其采集和处理实验
材料及实验操作、生物绘图等能力。

例如，新教材 P . 106拓展应用题“在玻璃瓶底部铺一层潮湿的土 壤，播下一粒种子,将玻璃瓶密封，放在靠近窗户能 照到阳光的地方，室内温度保持在30 t 左右。

不 久，这粒种子萌发长成幼苗。

你能预测这株植物幼
苗能够生存多长时间吗？如果能，请说明理由。

如 果不能,请说明你还需要哪些关于植物及其环境因 素的信息”。

这是一个开放的实验题，内容包括对 实验条件的假设和实验结果的预期、实验的评价和 完善，是一个能体现学生科学思维的发散性和创新 性的科学探究实验。

教师可通过此题先引导学生 分析植物为什么能生长。

但是能生存多长时间涉 及的问题比较多，分析起来比较繁杂，学生不一定能 考虑到所有的影响因素。

教师可以让学生先把自己
的分析写下来，全班讨论交流后再设计实验方案，然 后每个人都动手实施自己设计的实验方案。

实验结 束之后,全班再进行一次实验结果的交流与讨论。

这样这道题目就成为一次主题探究活动，在此活动 过程中就能培养学生的辩证思维和批判性思维。

3
教学建议与反思
教材中的习题是基础知识的延伸和应用，要准 确回答这些问题，需要教师引导学生充分养成科学
思维的习惯，师生共同努力寻找证据——查找、收 集和归纳整理资料，并以分组讨论的方式培养科学
思维。

教师应充分利用教材中的习题，培养学生的 科学思维，提高学生的思维品质和高阶思维能力。

当然，教师要对教材课后习题进行深入分析，挖掘 其蕴含的隐性知识，训练学生思维的逻辑性、批判 性、广阔性、深刻性、灵活性和敏捷性等。

本文对习 题的分析还处于开始阶段，我们应该研究和挖掘教 材中的每道习题，使其发挥应有的价值并发展学生 的科学思维。

但是如何挖掘习题来发展学生的科 学思维是一个比较复杂的问题，需要进一步研究。

参考文献
[1] 罗玲.谈高中生物学教材课后练习中拓展题的价值及
有效使用[J]_生物学教学，2013(5) :30 -31.
[2] 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年修订[M ].北京:人民教育出版社， 2020:6.
[3] 朱正威，赵占良.普通高中教科书教师教学用书:生物
学:必修1分子与细胞[M ].北京:人民教育出版社，
2020.
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