“實(shí)驗(yàn)思路”中邏輯思維的結(jié)構(gòu)化分析與表達(dá)

廣西 張 蓓

高考生物實(shí)驗(yàn)從科學(xué)思維、科學(xué)探究等方面考查學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。2019年高考全國(guó)卷生物試題中有多道試題要求“簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論”，這一設(shè)問(wèn)形式綜合考查了學(xué)生對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)能力及科學(xué)表達(dá)能力。例如，2019年高考全國(guó)卷Ⅰ第29題要求學(xué)生驗(yàn)證植物在干旱條件下氣孔關(guān)閉適應(yīng)性表現(xiàn)的直接誘發(fā)因素；全國(guó)卷Ⅲ第29題要求學(xué)生對(duì)農(nóng)作物吸收氮元素形式的偏好性進(jìn)行驗(yàn)證。此類試題依托實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力，要求學(xué)生具備縝密的邏輯思維及較強(qiáng)的語(yǔ)言表達(dá)能力。本文主要通過(guò)對(duì)2019年高考全國(guó)卷Ⅲ第29題“實(shí)驗(yàn)思路”的分析，淺談答題中邏輯思維的建立及表達(dá)。

1.邏輯思維表達(dá)的金字塔結(jié)構(gòu)

人與人之間交流、合作、學(xué)習(xí)的過(guò)程中時(shí)刻伴隨著思考與決策，人們?cè)谙嗷鬟f信息的過(guò)程中需要具備處理信息、解決問(wèn)題的邏輯思維。而影響思維能力的三個(gè)原因分別是想不明白、說(shuō)不清楚、思維不敏捷。在語(yǔ)言的表達(dá)上則表現(xiàn)為不知道從何說(shuō)、不知道說(shuō)什么、不知道怎么說(shuō)。邏輯思維是思考力和表達(dá)力的基礎(chǔ)，而“金字塔原理”則是建構(gòu)邏輯思維的有效方法。

“金字塔原理”是由美國(guó)麥肯錫公司的芭芭拉·明托提出的一種思考與寫作模式。其核心理念是基于中心思想（或問(wèn)題）的歸納和演繹，將自己要表達(dá)的多個(gè)思想依據(jù)一定的邏輯關(guān)系，自上而下地排列出來(lái)，使其形成由中心思想統(tǒng)領(lǐng)的、具有遞進(jìn)關(guān)系的金字塔結(jié)構(gòu)，從而使所想要表達(dá)的思想一目了然（如圖1）。

圖1 金字塔原理中的金字塔結(jié)構(gòu)

運(yùn)用“金字塔原理”時(shí)需要遵循三大原則：結(jié)論先行、自上而下、控制數(shù)量。結(jié)論先行就是抓重點(diǎn)，明確需要研究和解決的問(wèn)題；自上而下的結(jié)構(gòu)就如同作文中“先總后分”的寫作手法。在研究和解決問(wèn)題時(shí)基于核心論點(diǎn)，進(jìn)行歸納，列舉支持該論點(diǎn)的分論點(diǎn)，一層一層地分解論證，完成演繹，形成金字塔；控制數(shù)量，即每一思想下的分論點(diǎn)最好為3個(gè)，最多不超過(guò)7個(gè)。

2.實(shí)驗(yàn)思路的結(jié)構(gòu)化分析與表達(dá)

【例題】（2019年，全國(guó)卷Ⅲ，第29題）氮元素是植物生長(zhǎng)的必需元素，合理施用氮肥可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量?；卮鹣铝袉?wèn)題。

（1）植物細(xì)胞內(nèi)，在核糖體上合成的含氮有機(jī)物是________，在細(xì)胞核中合成的含氮有機(jī)物是_________，葉綠體中含氮的光合色素是______________。

【參考答案】（1）蛋白質(zhì) 核酸 葉綠素 （2）實(shí)驗(yàn)思路：配制營(yíng)養(yǎng)液（以硝酸銨為唯一氮源），用該營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)作物甲，一段時(shí)間后，檢測(cè)營(yíng)養(yǎng)液中剩余量。預(yù)期結(jié)果和結(jié)論：若營(yíng)養(yǎng)液中剩余量小于剩余量，則說(shuō)明作物甲偏好吸收若營(yíng)養(yǎng)液中剩余量小于剩余量，則說(shuō)明作物甲偏好吸收

2.1 邏輯思維的結(jié)構(gòu)化分析

邏輯思維結(jié)構(gòu)化分析的步驟：搜集信息→尋找因果關(guān)系→歸類分組→設(shè)計(jì)框架，呈現(xiàn)有形結(jié)構(gòu)。

第一步：閱讀試題，從題干中找出實(shí)驗(yàn)研究的目的（主要觀點(diǎn)），統(tǒng)領(lǐng)結(jié)構(gòu)。

第二步：尋找具有因果關(guān)系的要素，縱向延展。實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋仨毻ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以論證，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)論得以解釋。

第三步：把所有可能的因素按相似性分類。實(shí)驗(yàn)方案涉及實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)變量、對(duì)照設(shè)置、檢測(cè)方法等。因變量檢測(cè)后的可能性屬于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的分析屬于實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

第四步：呈現(xiàn)有形結(jié)構(gòu)（如圖2）。

圖2 “實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苯y(tǒng)領(lǐng)下的金字塔結(jié)構(gòu)

在作答上述試題時(shí)，圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康模谩敖鹱炙怼庇缮隙驴v向展開分析，橫向歸類分組，使邏輯結(jié)構(gòu)化、思維可視化、思路明朗化。

2.2 邏輯思維的有效表達(dá)

邏輯思維框架的設(shè)計(jì)是對(duì)觀點(diǎn)“先總后分”的過(guò)程，邏輯思維的有效表達(dá)則是對(duì)有形結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的邏輯關(guān)系“分后再總”、歸納概括的過(guò)程。要做到條理清晰地表達(dá)，應(yīng)從最底部的層次開始，同一組內(nèi)的信息按照邏輯順序整理出內(nèi)在關(guān)系（如圖3）。

圖3 “實(shí)驗(yàn)方案”中各組信息間的關(guān)系

將圖3所示的邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)換成句子，并用專業(yè)術(shù)語(yǔ)完成解釋，表述盡量言簡(jiǎn)意賅。實(shí)驗(yàn)思路可表述為“用以硝酸銨為唯一氮源的營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)作物甲，一段時(shí)間后，檢測(cè)營(yíng)養(yǎng)液中的剩余量”。

實(shí)驗(yàn)方案是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提。因此，基于實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)方案，該實(shí)驗(yàn)預(yù)期產(chǎn)生兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按照假說(shuō)演繹公式“某種條件下，若A，則B”寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。即“若營(yíng)養(yǎng)液中剩余量小于剩余量，則說(shuō)明作物甲偏好吸收若營(yíng)養(yǎng)液中剩余量小于剩余量，則說(shuō)明作物甲偏好吸收。

總之，構(gòu)建思維框架時(shí)采用“自上而下”的策略，羅列與論點(diǎn)相關(guān)的各層級(jí)所需的材料信息。而表達(dá)思維時(shí)采用“自下而上”的方法，用多組信息陳述所要表達(dá)的觀點(diǎn)，找出觀點(diǎn)之間的關(guān)系，根據(jù)關(guān)系得出與中心思想相一致的結(jié)論。

3.答題中的常見(jiàn)錯(cuò)誤類型及應(yīng)對(duì)策略

由于學(xué)生作答“實(shí)驗(yàn)思路”這類試題時(shí)需要耗費(fèi)一定時(shí)間處理信息、理順邏輯、整理思路，且這類試題對(duì)學(xué)生科學(xué)思維及語(yǔ)言表達(dá)能力要求較高，所以學(xué)生對(duì)此類試題往往心存畏懼。在實(shí)際作答中，學(xué)生們科學(xué)規(guī)范的回答非常相近，而錯(cuò)誤的表達(dá)卻各不相同。

3.1 常見(jiàn)錯(cuò)誤類型舉例

學(xué)生作答1：取兩只潔凈的培養(yǎng)基注入等量的培養(yǎng)液，并用長(zhǎng)勢(shì)相同的綠色植株放入培養(yǎng)基中，將其貼上標(biāo)簽并移至相同條件下，其余條件不變。在一組培養(yǎng)基中注入清水，過(guò)一段時(shí)間同時(shí)對(duì)兩組培養(yǎng)基進(jìn)行檢測(cè)營(yíng)養(yǎng)液中和的濃度。若營(yíng)養(yǎng)液中的濃度減少，則說(shuō)明這一植物對(duì)的吸收具有偏好性。

從生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性來(lái)分析，上述兩種回答均存在無(wú)視試題限定條件，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)方案中實(shí)驗(yàn)材料的選擇、對(duì)照的設(shè)置、因變量的檢測(cè)等方面出現(xiàn)錯(cuò)誤的問(wèn)題。同時(shí)，上述兩種答案的結(jié)果和結(jié)論的預(yù)測(cè)分析中均缺少對(duì)兩種離子含量的對(duì)比。

若從邏輯表達(dá)的角度來(lái)看，作答1和作答2的共同問(wèn)題為邏輯關(guān)系混亂、結(jié)構(gòu)不清晰，作答1的問(wèn)題還表現(xiàn)為用詞不準(zhǔn)確、語(yǔ)句不簡(jiǎn)潔。如果用“金字塔原理”對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)，不難發(fā)現(xiàn)上述作答的癥結(jié)在于答題前沒(méi)有構(gòu)建思維框架，信息間的因果關(guān)系不成立，所以表達(dá)時(shí)出現(xiàn)信息不完整、信息與結(jié)論不對(duì)應(yīng)，信息之間缺少邏輯關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象。

3.2 應(yīng)對(duì)策略

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是搜集科學(xué)事實(shí)、檢驗(yàn)科學(xué)假說(shuō)、形成科學(xué)理論的實(shí)踐基礎(chǔ)。而實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的科學(xué)思維和歸納、演繹推理以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析等都需要通過(guò)富有邏輯的、科學(xué)規(guī)范的表達(dá)呈現(xiàn)出來(lái)。解決這些問(wèn)題的有效途徑就是幫助學(xué)生構(gòu)建邏輯表達(dá)的金字塔結(jié)構(gòu)，養(yǎng)成利用金字塔結(jié)構(gòu)自上而下整理信息、組織思維，自下而上組織語(yǔ)言、陳述觀點(diǎn)的習(xí)慣。

首先，教師可引導(dǎo)學(xué)生用金字塔結(jié)構(gòu)對(duì)試題進(jìn)行分析，如以高考真題為例，示范建構(gòu)邏輯思維表達(dá)金字塔的方法及操作步驟，讓學(xué)生理解金字塔結(jié)構(gòu)在解題中的作用和原理。在原因分析題及實(shí)驗(yàn)探究題的作答時(shí)，要求學(xué)生運(yùn)用“金字塔原理”進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析，使他們厘清邏輯結(jié)構(gòu)中各種信息之間的內(nèi)在聯(lián)系，養(yǎng)成用圖形整理信息、分析問(wèn)題和思考的習(xí)慣，并最終能熟練運(yùn)用和操作這一方法。

其次，強(qiáng)化語(yǔ)言表達(dá)訓(xùn)練。在日常教學(xué)和復(fù)習(xí)備考過(guò)程中把科學(xué)探究作為重要的學(xué)習(xí)方式和教學(xué)方式，提高測(cè)試中原因類試題、實(shí)驗(yàn)探究型試題的比例及訓(xùn)練量，讓學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)厥褂蒙飳W(xué)術(shù)語(yǔ)答題，養(yǎng)成認(rèn)真審題、規(guī)范書寫的習(xí)慣。同時(shí)，讓學(xué)生構(gòu)建有形結(jié)構(gòu)，從看得見(jiàn)的內(nèi)容開始遣詞造句、謀篇布局，用生物學(xué)專業(yè)術(shù)語(yǔ)將圖形復(fù)制、轉(zhuǎn)化成文字。