原始問題下對(duì)生物習(xí)題設(shè)計(jì)的思考

生物課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)要注重在現(xiàn)實(shí)生活的背景中學(xué)習(xí)生物學(xué)，倡導(dǎo)學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中深入理解生物學(xué)的核心概念，并能運(yùn)用生物學(xué)原理和方法參與公眾事務(wù)的討論和做出相關(guān)的個(gè)人決策。但在現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)生活中，學(xué)生往往不能恰當(dāng)?shù)貙W(xué)習(xí)到的生物學(xué)知識(shí)運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)生活中，在面對(duì)生活原始問題時(shí)，往往表現(xiàn)得束手無策。究其原因，主要是學(xué)生在生物學(xué)學(xué)習(xí)過程中所接觸的問題——生物學(xué)習(xí)題，大部分都是一些抽象問題，即將生活原始問題進(jìn)行專業(yè)加工、簡化、抽象后形成的問題，并沒有或很少呈現(xiàn)原始問題。原始問題是指自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的生物問題，即生活中出現(xiàn)的原汁原味的生物學(xué)問題。這些問題具有已知條件不明顯，需要學(xué)生自己去尋找隱含信息等特點(diǎn)。

1 原始問題的解題思維分析

原始問題的解題思維過程可用圖1表示。

現(xiàn)實(shí)生活中人們所面臨的實(shí)際問題，即原始問題，沒有任何方向性及特定條件。所有的信息都隱藏在客觀的生物學(xué)現(xiàn)象當(dāng)中，問題的解決是一個(gè)開放探索過程。原始問題的解決可以分為以下兩個(gè)大步驟。

1.1 建模

面對(duì)原始問題，對(duì)問題情景進(jìn)行生物學(xué)認(rèn)知，對(duì)問題涉及到的某一方面的生物學(xué)知識(shí)做出判斷，進(jìn)而從復(fù)雜的問題情景中找到關(guān)鍵信息，再聯(lián)系所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)對(duì)問題進(jìn)行簡化編碼，逐步建立問題模型形成抽象問題表征。

1.2 推導(dǎo)

問題模型建立后，原始問題解決跨入理論推導(dǎo)階段，上一步建模過程已經(jīng)找到相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，回憶聯(lián)系相關(guān)理論及推導(dǎo)，最終解決問題。

運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)對(duì)問題進(jìn)行認(rèn)識(shí)、判斷，形成問題表征，然后再進(jìn)行簡化、抽象，這個(gè)過程體現(xiàn)的便是學(xué)生的建模思維，是一個(gè)生物模型的建立過程。教師在生物學(xué)教學(xué)過程中滲透生物模型意識(shí)、強(qiáng)化模型方法訓(xùn)練，不僅可以促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，而且可以幫助學(xué)生構(gòu)建合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和探究能力。在生活中面對(duì)原始問題，學(xué)生只有具備這種建模解決的意識(shí)才能順利地進(jìn)行問題的簡化、抽象化。因此，解決原始問題能力的提升，很大程度上依賴于建模意識(shí)、建模能力的培養(yǎng)。

2 利用原始問題，改進(jìn)生物習(xí)題設(shè)計(jì)

現(xiàn)今大部分生物習(xí)題都是抽象問題，即問題解決沒有涉及生物模型建立的過程，為了便于區(qū)分，將這些習(xí)題稱為傳統(tǒng)生物習(xí)題，將原始問題下設(shè)計(jì)出的習(xí)題稱為原始生物習(xí)題。因此，大量的傳統(tǒng)生物習(xí)題練習(xí)對(duì)于學(xué)生解決原始問題的能力的提升效果不佳，且易于陷入題海之中。為了提升學(xué)生解決原始問題的能力，筆者嘗試從以下三個(gè)方面改進(jìn)習(xí)題，設(shè)計(jì)出具有原始問題特色的原始生物習(xí)題，突破傳統(tǒng)生物習(xí)題束縛，以提升學(xué)生的建模思維、建模意識(shí)及建模能力，進(jìn)而提升解決實(shí)際問題的能力。

2.1 用生活化語言、詞匯替代生物專業(yè)詞匯

原題：

某島嶼棲息著狐和野兔，生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定。后來有人登島牧羊、捕食野兔和狐，狐也捕食羊羔。第五年，島上狐瀕臨滅絕，但野兔的數(shù)量大大超過人登島前的數(shù)量。第六年，野兔種群暴發(fā)了由瘟疫熱病毒引起的瘟疫，其數(shù)量驟減。回答問題：

（1） 人與狐的種間關(guān)系是 " "，兔瘟熱病毒和野兔的種間關(guān)系是 " "。

（2） 畫出由人、羊、狐、野兔和牧草組成的食物網(wǎng)。

（3） 人登島后的第五年，與登島前相比，野兔的種內(nèi)競(jìng)爭強(qiáng)度 " "（增加、減小、不變）。

（4） 一般情況下，被捕食者傳染病的流行程度將隨捕食者種群密度的增加而 " "（增強(qiáng)、減弱、不變）。

改進(jìn)后習(xí)題：

某島上棲息著狐和野兔，后來有人登島牧羊。人登島后島上物種情況與之前相比隨時(shí)間發(fā)生了如下變化：

人登島第三年：人、羊、野兔（數(shù)量增多）、狐（數(shù)量減少）;

人登島第五年：人、羊、野兔（數(shù)量大大超過人登島前）、狐（瀕臨滅絕）;

人登島第六年：人、羊、野兔（種群爆發(fā)瘟疫導(dǎo)致數(shù)量驟減）、狐（瀕臨滅絕）。

問題：請(qǐng)結(jié)合分析人登島后每一階段野兔與狐數(shù)量變化的原因。

原題是一道典型的傳統(tǒng)生物習(xí)題，提供給學(xué)生的問題是關(guān)于種間斗爭模型的問題。在題干中出現(xiàn)了大量專業(yè)詞匯即解題關(guān)鍵詞——生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、捕食、種間關(guān)系、食物網(wǎng)、種內(nèi)競(jìng)爭、被捕食者等，這些關(guān)鍵詞為問題解決指示出了明確的方向。學(xué)生只要能夠回憶起相關(guān)知識(shí)內(nèi)容便可以正確解答，因此這道題的考查在一定程度上反映的僅僅是學(xué)生的記憶能力。改進(jìn)后的原始生物習(xí)題沒有使用生物專業(yè)詞匯，而是運(yùn)用生活化語言代替相關(guān)的專業(yè)詞匯，僅僅是對(duì)生活中現(xiàn)象的客觀事實(shí)描述。學(xué)生對(duì)問題要有一個(gè)認(rèn)知表征，需要能夠認(rèn)識(shí)并判斷出人、羊、野兔和狐之間存在的種間及種內(nèi)關(guān)系，繼而將問題簡化抽象成種間斗爭模型問題的過程，在腦海里中形成抽象問題表征，即需要一個(gè)建立生物學(xué)模型的過程，或是需要有將問題與種間斗爭模型問題聯(lián)系起來的模型意識(shí)及模型思維。 經(jīng)歷這樣的一個(gè)建模思維過程，學(xué)生解題過程由機(jī)械的模仿、理論搬運(yùn)等轉(zhuǎn)化為對(duì)問題的認(rèn)識(shí)、判斷、簡化及抽象的建模過程，從而幫助學(xué)生逐漸脫離題海戰(zhàn)術(shù)，達(dá)到舉一反三的效果。

2.2 情景題設(shè)計(jì)中生活情景原裝呈現(xiàn)

原題：

大米發(fā)酵可產(chǎn)生米酒，其過程如下：

（1） 蒸米飯，攤涼約至30℃;

（2） 拌酒曲;將酒曲和糯米均勻混和;

（3） 發(fā)酵;

（4） 檢查，是否有酒產(chǎn)生，大約發(fā)酵24～48 h，發(fā)酵完成并終止發(fā)酵。

問題：

（1） 步驟（1）為什么要攤涼至30℃？

（2） 均勻拌酒曲的目的是什么？

（3） 發(fā)酵完成后一般會(huì)放入冰箱保存，為什么？

改進(jìn)后習(xí)題：

米酒的制作方法基本步驟如下：

（1） 蒸米飯，涼至不燙手的溫度;

（2） 拌酒曲;

（3） 將容器蓋蓋嚴(yán)，放在適宜的溫度下（30℃左右），如果房間溫度不夠，可以用厚毛巾等將容器包上保溫;

（4） 中間可以檢查，看有無發(fā)熱現(xiàn)象，容器打開后有濃郁的酒香生成即可放入冰箱或是直接入鍋煮熟。

問題：

（1） 步驟（1）為什么要涼至不燙手溫度？

（2） 加入酒曲的作用是什么？拌酒曲操作中有什么要求？

（3） 步驟三中容器內(nèi)發(fā)生了什么生物學(xué)現(xiàn)象？

（4） 米酒生成后，在保存方面要注意哪些問題，并給出你的保存方法。

情境認(rèn)知理論的知識(shí)觀認(rèn)為，知識(shí)是基于社會(huì)情境的一種認(rèn)知活動(dòng)。傳統(tǒng)生物習(xí)題中提供的情境屬于人為設(shè)置且條件控制嚴(yán)格，生物科學(xué)教育情境的真實(shí)性受到一定的破壞，學(xué)生在解答傳統(tǒng)生物習(xí)題與解決原始問題的過程中所需的認(rèn)知及行為是不盡相同的。原題雖然是從生活中取材，但是呈現(xiàn)在學(xué)生面前的素材，已經(jīng)經(jīng)過了習(xí)題設(shè)計(jì)人員自身認(rèn)知的編碼，最終呈現(xiàn)在學(xué)生面前的習(xí)題，已經(jīng)是原始問題經(jīng)過習(xí)題設(shè)計(jì)者自身的認(rèn)知、判斷、簡化及抽象后的產(chǎn)物。原題展示的其實(shí)就是實(shí)驗(yàn)室中典型的發(fā)酵過程，即合適溫度下，利用微生物發(fā)酵。學(xué)生在解決該問題時(shí)，甚至不需要把題目看完，也可以知道需要用到哪些知識(shí)點(diǎn)來解決。改進(jìn)后的習(xí)題展示的是原汁原味的生活中釀酒的現(xiàn)象，學(xué)生需要把其中的各個(gè)操作環(huán)節(jié)和發(fā)酵模型中的各個(gè)步驟及注意事項(xiàng)聯(lián)系起來，即通過生活情境建立符合生活情境的發(fā)酵模型，才能正確地回答問題。

2.3 問答中兼顧理論與實(shí)際策略的考查

習(xí)題設(shè)計(jì)示例：

水痘是由水痘帶狀孢疹病毒引起的一種傳染病，其傳染形式有三種：（1） 呼吸道傳染;（2） 接觸傳染;（3） 帶狀孢疹病毒接觸感染。假如你的室友不幸感染了水痘，在照顧他的過程中，你要采取哪些措施盡量避免被感染，并說明這樣做的生物學(xué)原理依據(jù)。

學(xué)生回答設(shè)想：

戴口罩、避免皮膚接觸、對(duì)室友的衣物餐具等日用品單獨(dú)洗滌消毒存放等（要避免被感染，則要切斷病毒的傳染途徑，戴口罩是從切斷呼吸道感染著手;避免皮膚接觸是因?yàn)椴《揪哂薪佑|傳染特性;另外，病人的接觸品上也會(huì)存在殘留病毒的情況，因此對(duì)日用品也要進(jìn)行滅菌）。

學(xué)生解決生活原始問題能力較弱，主要是因?yàn)槊鎸?duì)原始問題時(shí)無從下手即找不到對(duì)應(yīng)的生物學(xué)模型。在不能自己建立生物模型的情況下，有些問題學(xué)生可能利用無意識(shí)的生活經(jīng)驗(yàn)渾水摸魚;也有可能給出正確的解決辦法，但卻不知曉其中蘊(yùn)含的生物學(xué)原理。為了加強(qiáng)建模思維的練習(xí)，教師可以要求學(xué)生給出問題解決策略的同時(shí)，講述出其中隱含的生物學(xué)原理。通過這樣的設(shè)計(jì)，學(xué)生在解決問題時(shí)會(huì)對(duì)問題進(jìn)行生物專業(yè)化的認(rèn)知、判斷、簡化及抽象即要經(jīng)歷建模過程，以此找到對(duì)應(yīng)生物理論體系，給出有理有據(jù)的問題解決策略。

3 總結(jié)與思考

鑒于傳統(tǒng)生物習(xí)題要么直接呈現(xiàn)生物學(xué)模型，要么取材于生活，卻又會(huì)將原始問題進(jìn)行簡化抽象成生物學(xué)模型形式，將學(xué)生建模過程“越俎代庖”地完成。傳統(tǒng)生物習(xí)題的練習(xí)對(duì)于學(xué)生生活中原始問題的解決能力的提升存在著一定的不足。原始問題的解決過程中最為核心的一步便是建模過程，設(shè)計(jì)具有原始問題特色的原始問題習(xí)題對(duì)于習(xí)題練習(xí)來說尤為重要。當(dāng)然，利用原始問題改進(jìn)習(xí)題設(shè)計(jì)中也存在值得關(guān)注的一些問題。

3.1 習(xí)題設(shè)計(jì)原則

運(yùn)用原始問題改進(jìn)習(xí)題設(shè)計(jì)，重點(diǎn)不在于習(xí)題形式、題材的出新立異，而在于能恰當(dāng)呈現(xiàn)原始問題，減少出題者對(duì)原始問題的加工，將認(rèn)識(shí)、判斷、簡化、抽象的建模過程交予學(xué)生完成，達(dá)到鍛煉學(xué)生建模思維、建模意識(shí)及能力的培養(yǎng)，最終達(dá)到提升學(xué)生在生活中解決原始問題的能力。

3.2 習(xí)題練習(xí)及講解

利用原始問題改進(jìn)而設(shè)計(jì)出的原始問題習(xí)題，主要目的是要鍛煉學(xué)生的建模思維，因此教師在評(píng)價(jià)及習(xí)題講解過程中也更應(yīng)該關(guān)注學(xué)生建模的過程，而并非最終結(jié)果。

3.3 注重原始生物習(xí)題與傳統(tǒng)生物習(xí)題之間的平衡

教師在強(qiáng)調(diào)原始問題生物習(xí)題的同時(shí)，也不能忽略了傳統(tǒng)生物習(xí)題的教學(xué)效果，兩類習(xí)題各有各的特色和作用。教師應(yīng)該根據(jù)教學(xué)需求合理選用習(xí)題，同時(shí)發(fā)揮兩種習(xí)題的優(yōu)勢(shì)。

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