高中生物“基因表達”重要概念學習進階的構建與測量研究

張宏佳　李雪峰

摘要 通過對相關文獻的分析解讀，歸納出高中生物“基因表達”主題下的6個重要概念。結合一線教師的問卷調查情況、學生的訪談結果和該主題的已有研究，編制“基因表達”學習進階的測量工具。測量工具經Rasch模型分析擬合后，依據測量結果建立了高中生物“基因表達”重要概念學習進階圖，為教學實踐提供參考。

關鍵詞 高中生物 基因表達 重要概念 學習進階 測量研究

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

學習進階的研究起源于研究者對美國教育質量評估的關注和對科學教育的反思，其研究主要針對科學教育中內容廣而不深，知識點繁多，沒有連貫的知識框架等現象進行。學習進階描述的是學生在各學段中（不同階段年級）學習某一主題的概念時所遵循的連貫的、典型的學習路徑，呈現為圍繞該主題展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列。

在生物教學領域中，《普通高中高中生物學課程標準（2017年版）》中也明確提出高中生物學習的核心素養、大概念以及重要概念等重要內容，強調生物核心概念要“少而精”的特點。少而精的課程理念和學習進階的相互關聯的概念序列思想，為研究高中生關于生物概念知識的理解和認知發展提供了良好的契機和啟示。

其中學習進階的研究模式主要基于項目反應理論的數據模型，從理論和假設構建、試題的開發、數據的收集與分析、結果與理論假設的比較與解釋，這四大步驟形成了一個較為完整的方法體系理論。

1建立基因表達重要概念維度劃分

“基因表達”描述了基因怎樣翻譯成蛋白質，進而引起機體性狀的產生。通過對初高中的課程標準、教材內容以及已有文獻分析解讀，歸納出“基因表達”主題下的6條重要概念，同時邀請2位資深的一線生物教師和2位大學生物專家進行審核和校正編制的李克特7點給分量表（含效度量表），向廣東多地的一線生物教師發放問卷，調查一線教師的認可情況。發放問卷74份，有效回收率為78.0%。問卷結果經SPSS信度檢驗，系數為0.733（>0.6），說明量表的信度是可信的，結果見表1。

其中概念1是學生構建基因表達的分子遺傳重要基礎；概念2闡明基因怎么行使功能，控制蛋白質的結構，從解釋機制聯系基因與蛋白質之間的聯系；概念3、4闡明蛋白質在基因與性狀之間的重要關系；概念5讓學生明白雖然個體擁有相同的遺傳信息，但是細胞中的基因會進行選擇性表達；概念6補充說明環境因素對性狀的影響。從調查結果看，在滿分7分的認可調查給分中，各維度概念（最低5.13）都大于臨界值4，說明之前通過文獻研究歸納出來的6條基因表達重要概念得到了大多數一線教師的認可。

2構建學習進階假設和開發測量工具

確定“基因表達”進階的重要概念后，分別選取佛山某校高一、高二各的學生進行“基因表達”學習情況的訪談，依據學生的訪談結果并參考美國研究看2017年通過前、中、后不同時期跨度23周的時間對學生在教學干預下，刻畫的學生學習現代遺傳學認知發展中學習進階的發展過程，建立和構建了關于基因表達學習進階的水平劃分。依據進階假設編制基因表達重要概念進階的測量工具。

測量工具包含17個項目，涵蓋了分層有序選擇題（ordered multiple-choice，簡稱OMC）、二階診斷試題和填空做答題這三種題型。其中OMC選擇題題型題目中的選項是以學生認知發展的過程進行命題設計，每個選項代表著不同的認知水平，并以學生完成高中生物學習要求的知識掌握層次作為該題正確選項，減少題目難度對后面學習進階構建的主觀影響。OMC選擇題既保留了傳統選擇題后續統計便捷的優勢，同時也較好地考查出學生的認知發展水平。為了減少OMC選擇題的猜測因素對測試的影響，引入學生主觀作答的信心指數進行校正。

3實施測試

編制的測量工具經一線教師和生物教育專家審閱，工具初測經Rasch模型擬合，符合要求后，進行大規模測試。

大規模測試選取佛山某校高一高二年級各200名學生，發放問卷共400份，回收394份，其中有效問卷共362份，高一級188份，高二級174份，有效率為90.5%。測試情況經Rasch模型擬合后，整體結果見表2。

從表1中，可以發現大規模測試數據基本符合Rasch模型的擬合要求。其中被試者信度為0.63，項目信度為0.99。被試者的標準誤（Error）為0.65，項目的難度估計標準誤為0.14，表明項目測量的精確度較好。被試者和項目的加權擬給殘層均分分別為0.99和1.00都非常接近于1.00，兩者的未加權擬給殘層均分為1.01和1.01也非常接近于1.00，表明被試者和項目的模型數據擬合情況都較為理想。另外17個項目的難度值范圍在-2.30～2.36較為均勻地遞增，整體跨度為4.36個Logit值。各項目模型誤差為0.12～0.18，誤差較小。測試結果滿足分析要求。

4“基因表達”重要概念學習進階構建與分析

將Rasch模型的相關數據與實際各概念的難度進行統計分析，結果見表3。

根據上表基因表達主題下各重要概念的平均難度值，構建如圖1所示的基因表達的學習進階圖。

從圖1中，可以看出6條基因表達重要概念經Rasch模型擬合分析后在難度上呈現出從概念3（-1.160）、概念1（-0.903）、概念4（-0.630）、概念6（-0.245）、概念5（1.053）、概念2（1.067）由簡單到復雜遞增的特點，整體呈現出學生認識和掌握“基因表達”這一主題重要概念所認知的進階過程。

5對于教學實踐的啟示

學生較容易掌握的是概念3“蛋白質是生物體功能的執行者”，較難以掌握和理解的是概念2“遺傳信息擁有一套命令機制指導蛋白質的合成（轉錄、翻譯）”。在6個重要概念中，概念6和概念5的難度分布跨度較大，表明學生在理解和掌握基因表達主題時的困難點，主要分布在學生認識到概念“環境因子會與遺傳信息相互作用影響生物性狀”和“體細胞擁有相同的遺傳信息，但是不同細胞表達的基因不同”之間。這表明在“基因表達”的學習中，學生要完全掌握好基因的轉錄和翻譯，除了先前蛋白質的知識和遺傳信息的層次性做基礎外，教師在教學過程中應該多建立在環境和基因的選擇性表達的宏觀調控現象上，活學活用，以此幫助學生更好地掌握基因的微觀表達機制。

學習進階呈現的是基于實證下確立學生在概念理解的思維節點，其中各節點即“階”是制約學生認知發展的臺階。本研究發現從概念6（-0.245）到概念5（1.053）則是學生發展和掌握基因表達主題一個跨度較大的“腳踏點”。要使學生順利踏過這個臺階，形成一個完整、系統的概念體系，概念教學的實施是非常必要的。學習進階可為概念教學提供有力的證據，以支撐概念學習的完整性。教師在概念教學中應該充分了解學情，圍繞學生的經驗概念或思維定勢，巧妙設置問題，促進學生從表象向本質學習，喚起學生對概念探究的熱情和學習興趣。