遺傳學布魯姆認知階層體系的建立

摘要：遺傳學教學是高校生物學課程的重要組成部分，所以有必要探討通過遺傳學布魯姆認知階層體系提高學生的認知水平。該體系的建立需要將遺傳學知識學習與布魯姆認知技能聯系起來，難點是確定每個學習過程所代表的認知水平。

關鍵詞：遺傳學；布魯姆；認知水平；目標教學

中圖分類號：Q3-0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）28-0055-02

一、布魯姆認知階層體系的含義

布魯姆教學目標系統涵蓋認知領域、情感領域和動作領域，認知領域的教學目標從低到高、從簡單到復雜分別是知道、意會、應用、分析、綜合和評價[1]，轉義為教學應培養的不同水平的認知能力。“知道”停留在對事物的初步辨認層面，其技能表現是列舉、引用、命名、定義等。“意會”涉及淺層的理解，其典型技能是描述和解釋。“應用”有點像“生搬硬套”，其典型技能是圖示、計算和預測。“分析”則指向構成要素、相互關系甚至作用原理，其典型技能是對比和辨別。“綜合”就是要體現創造性，其技能特征是設計、開發、規劃和提議。“評價”就是在融會貫通的情況下指出事物的本質或者明確其特點，其典型技能是證明和辯護。

布魯姆認知階層體系既可以指導平時教學，也可以運用到考試測驗；既可以指導教師，也可以用于學生自測。布魯姆認知階層體系貫穿整個教學過程，從而避免各種錯位的情況下，學生一方面練習了高水平認知技能，另一方面樂于接受高水平認知技能測試，這非常有利于學生認知水平的提高。

二、布魯姆認知水平的確認

建立布魯姆認知階層體系時要注意區分“意會”和“分析”這兩個認知水平，因為它們包含了同樣的技能表現。譬如比較，它會位于其中任何一個水平，這取決于比較的深度。例如，學生通過圖片本身判斷哪條曲線代表DNA鏈有最高的熔解溫度是一個意會水平的問題，而指出哪條曲線代表著最高的GC含量則因需要額外的堿基配對穩定性知識而是一個分析水平的問題。此時的一個有益的做法是找出學生必須知道的每個知識點，例如意會要求學生識別每條曲線的熔解點，分析還要求學生聯想到堿基配對、穩定性、能量等與溫度的關系。

應用水平的技能表現變化幅度較大。例如，普通化學中的應用水平的問題大多數時候在檢查機械記憶和對變量明確的公式的運用。與此同時，生物化學的應用水平的問題往往是應用概念、選擇公式和決定變量，是一個多步驟的過程。有時候，“應用”被進一步分為低水平和高水平應用，并且可以通過兩個不同的認知過程來區分。“執行”，只涉及用程序性知識解決熟悉的問題；“實施”，要求用概念性和程序性知識去面對不熟悉的問題。例如，低水平的應用問題要求學生把已知的數值代入等式去求米氏常數并且作圖，而在高水平應用中學生必須從概念上知道酶抑制劑的類別，然后選擇公式并畫出反應曲線。

認知水平的確定有一個“就高不就低”的原則，譬如一個需要“知道”、“意會”、“應用”和“分析”技能的問題最終應定在分析水平[1]。這個原則與“知道”、“意會”和“應用”的相互包含關系有一定的聯系，因為通常來講回答一個“應用”水平的問題需要前兩個“水平”的認知技能。“知情則降級”的原則說的是，一個需要分析水平相關技能的問題在學生已經知道其答案的情況下也只能代表知道這個水平的認知能力。總之，確定布魯姆認知階層體系的認知能力水平時，必須明白學生為了回答問題要掌握什么或者完成什么。

三、建立遺傳學布魯姆認知階層體系的程序

布魯姆認知階層體系建立始于與特定學科或專門領域的結合，終于反復完善直至高度的穩定性。在前一階段，首先要將認知技能通過專業的測評條目表述出來。譬如，在DNA雙螺旋模型的提出中，沃森和克里克的綜合能力讓人嘆服。這一階段的第二步是表面效度檢測，通常是把認知技能相關的所有測評條目給沒有相關專業知識的新生瀏覽，讓他們評判條目內容與所涉學科或者領域的相關性。最后一步是將初步形成的布魯姆認知階層體系的原型送給擅長布魯姆教育理論的專家并讓其審閱。在第二階段，首先根據原型獨立編碼出不同版本的布魯姆認知階層體系并在實際教學中檢驗其效果。經過反復測試和修改，不同版本之間的百分一致性要達到80%以上，并且卡巴值要大于0.75。如果是跨學科的認知階層體系，還要在不同的學科教學中檢查它的通用性。

在編寫遺傳學布魯姆認知階層體系的過程中，我們首先認真學習了多本遺傳學教材，做到了基本把握遺傳學知識架構、對經典的遺傳學發展軌跡了然于胸。然后，我們列出遺傳學知識測試條目，并精心地為它們確定對應的認知技能，最終賦予它們不同的認知水平。我們為每堂課設置了六個代表不同認知水平的問題，并且為了形成即時性評價，這些問題在相關的講解之后馬上用于測驗。我們制定的遺傳學認知階層體系也用于指導考試，從而通過教考對比調整知識點的時間和精力分配以及將教學維持在高水平認知。

四、建立遺傳學布魯姆認知階層體系的維度

我們嘗試從三個維度編寫遺傳學布魯姆認知階層體系。

一是問題類型。標注圖表至多是應用水平的認知技能，填空和判斷題至多可測試分析能力[1]。簡答和論述題可測試所有水平的認知技能。多選題可用于綜合水平之外的所有認知技能的測試，“知道”和“意會”水平的多選題的顯著區別是有無干擾項。

二是從題目設計入手編制遺傳學布魯姆認知階層體系。同樣是計算題，“知道水平”的設計是觀察等式兩邊數值的變化，“意會水平”的問題是指出等式的變量，“應用水平”的計算是選擇等式或者變量，“分析水平”的計算是指出等式或者變量的生物學意義，“綜合水平”的問題是提出新的等式，“評價水平”的計算題設計為問題解決的數學方案的優勢和不足[1]。同樣是考察對哈-溫平衡定律的理解，“知道水平”的問題是已知一個等位基因的頻率求出另一個等位基因的頻率，“意會水平”的問題是說出該定律的前提條件，“應用水平”的設計是已知隱性等位基因的頻率求出攜帶者的人群比例，“分析水平”的問題設計成判斷一個群體是否處于哈-溫平衡狀態，“綜合水平”的問題是寫出包含三個等位基因的哈-溫平衡公式，“評價水平”的問題設計是對哈-溫數據進行統計檢驗。

最后是學生活動。“知道水平”的活動有標注圖表、列舉特征、辨別結構、卡片測驗、分類配對、抄寫定義等[1]。“意會水平”的活動有用自己的話復述以及舉出一個新的例子。“應用水平”的活動主要是思考增加或剔除一個系統成分或者形狀及過程改變的后果。“分析水平”的活動有解釋原始數據、辨別前提和原理、比較思想或者概念、概念作圖。“綜合水平”的活動有提出假設、設計實驗、建立模型、聯系事實與概念。“評價水平”的活動有寫出他人作品的特點和不足。以上是學生個人的活動，針對不同水平的認知也設計了小組活動。小組活動的基本模式是相互檢查和批判，但是在“知道水平”可以把他人的卡片拿來一起做測驗，在“應用水平”可以輪流給組員講述一個生物學過程，在“綜合水平”可以匯總他人的結果最終形成一個新的模型。

從以上三個維度出發，在兼顧學科知識完整性的同時，我們在實際教學中建立了遺傳學布魯姆認知階層體系。大腸桿菌操縱子是微生物適應環境而調控基因表達的重要機制，教科書中常見的是乳糖操縱子和色氨酸操縱子，我們從問題類型、題目設計和學生活動對其教學建立了布魯姆認知階層體系。認知水平從知道—意會—應用—分析—綜合—評價幾方面進行測評，測評條目分別為：知道——a.從乳糖操縱子圖片中識別操縱基因，b.大腸桿菌色氨酸操縱子已知的兩種調控機制是（）和（）；意會——a.調節蛋白與（）結合后β-半乳糖苷酶幾乎不轉錄；與（）結合后不再阻止RNA聚合酶，b.說出調節蛋白在缺乏色氨酸時的行為；應用——a.調節蛋白多于異乳糖時β-半乳糖苷透析酶的活性高還是低？b.如果衰減子的1區和2區之間的距離加大，衰減作用是增強還是減弱？分析——a.概念作圖將乳糖操縱子和色氨酸操縱子聯系起來，b.色氨酸合成酶的轉錄會下降70—700倍，為什么降幅變化如此大？綜合——a.畫出調節蛋白基因無義突變時對乳糖的反應曲線，b.設計組氨酸的衰減子；評價——a.調節基因是乳糖利用的關鍵因素，b.乳糖操縱子和色氨酸操縱子沒有共同點。

總之，為了提升學生的認知能力，有必要在遺傳學教學中運用布魯姆認知階層體系。布魯姆認知階層體系有較為明確的實施步驟和注意事項，因而容易改編、穩定性強。我們初步制定了遺傳學布魯姆認知階層體系，這必將推動學科知識的傳承、提升學生的認知水平[2]。

參考文獻：

[1]Crowe A，Dirks C，Wenderoth MP.Biology in bloom：implementing bloom's taxonomy to enhance student learning in biology[J].CBE Life Sci Educ，2008，7（4）：368-81.

[2]李貴生.布魯姆認知理論在遺傳學教學中的應用[J].教育教學論壇，2016，（33）：140-141.