素養(yǎng)導向的生物學試題解析模型構建及教學啟示

吳曉凌 邱建衛(wèi)

摘要以往的試題解析較少從學科素養(yǎng)視角展開。依據(jù)新近頒布的高考和課改綱領性文獻等，嘗試以學科素養(yǎng)導向，對典型試題作解答分析，獲得若干解析例證。基于解析例證及分析，初步構建了試題解析模型，并從中獲得一些教學啟示。

關鍵詞 學科素養(yǎng) 試題解析模型 教學啟示

中圖分類號G633. 91文獻標志碼B

新高考改革實施之前，試題解析的常見形式是說明得出答案的推理過程，較少考慮解析應包含的要素、要素涉及信息及處理、處理后信息間關系的存缺、針對缺失關系的推理等。這些新考慮源于生物學學科核心素養(yǎng)，由此嘗試從學科核心素養(yǎng)視角展開試題解析探究。

1解析例證

1.1純言語信息類試題解析

【例1】（2021·江蘇適應性考試）6.端粒學說認為端粒DNA序列在每次細胞分裂后會縮短導致細胞的衰老。端粒長度的維持與端粒酶活性有關，端粒酶以其攜帶的RNA為模板使端粒DNA延伸。下列敘述正確的是（）

A.每條染色體只有一個端粒

B.端粒酶中的RNA與核酶（有催化功能的RNA）作用相似

C.端粒的修復僅發(fā)生在細胞分裂中期

D.端粒酶在人體惡性腫瘤細胞中活性較高

參考答案：D。

解析：（1）情境信息初步提取。①端粒學說：端粒DNA在細胞分裂后縮短，致使細胞衰老；②端粒長度維持：活性端粒酶以其攜帶RNA為模板延伸（即修復縮短的）端粒DNA。

（2）已有知識提取處理。③端粒學說（教科書楷體部分）：細胞衰老機制的假說之一……④染色體復制：復制后的每條染色體包含兩條姐妹染色單體。⑤有催化功能的RNA：酶絕大多數(shù)是蛋白質，少數(shù)是RNA。⑥細胞分裂中期：染色體高度螺旋化，不能復制或轉錄。⑦惡性腫瘤細胞：具無限增殖特性，即細胞不衰老。

（3）情景命題真假推斷：①③④→端粒數(shù)可達染色體數(shù)的2倍→A選項為假命題；②⑤→端粒酶攜帶RNA作用為提供模板，而非起催化功能→B選項為假命題；②⑥→修復縮短的端粒DNA時，染色體應解開螺旋呈染色質形態(tài)→C選項為假命題；①⑦→高活性端粒酶及時修復縮短的端粒，致使惡性腫瘤細胞不衰老→D選項為真命題。

1.2過程示意圖類試題解析

【例2】（2021·南京學情調研）25.（改編）科學研究發(fā)現(xiàn)，在強光照、高氧和低CO2情況下，葉肉細胞在進行光合作用的同時會發(fā)生“光呼吸”作用，過程如圖1所示。該過程中Rubisco酶催化C5與CO2結合生成C3的同時還可以使C5與O2結合，形成一個同樣的C3和一個C2，C2可參與線粒體的有氧呼吸，其部分中間產(chǎn)物經(jīng)ATP和[H]還原轉變成C3參與暗反應。回答以下問題：

已知強光下ATP和[H]的積累會產(chǎn)生O2-（超氧陰離子自由基），而O2-會對葉綠體光合作用的反應中心造成傷害。依據(jù)圖示信息，解釋植物在干旱天氣和過強光照下，光呼吸的積極意義是。

參考答案：干旱天氣和過強光照下，葉片缺水，氣孔部分關閉，二氧化碳吸收減少，低濃度二氧化碳使得光呼吸增強，光呼吸可以消耗多余的ATP和[H]，從而保護葉綠體。

解析：（1）情境信息提取處理。①強光、高氧和低CO2時，伴隨光合作用發(fā)生“光呼吸”。②圖中異形圈內(nèi)包含CO2固定（R酶催化）、C3還原（消耗ATP和[H]）、再生C5等生理過程。③R酶還同時催化C5與O2反應生成C3（與CO2固定生成的C3相同，并參與C3還原）和C2；④C2參與有氧呼吸生成CO2的中間產(chǎn)物（消耗ATP和[H]）也可生成相同的C3，并參與C3還原。⑤強光下，ATP和[H]積累產(chǎn)生相應自由基，損傷葉綠體光合作用反應中心。⑥光呼吸對干旱、強光下植物的生存有積極意義。

（2）已有知識提取處理。⑦光合作用包括光反應（產(chǎn)生ATP和[H]，用于C3還原）、暗反應（含CO2固定、C3還原、再生C5等生理過程）；⑧干旱會導致氣孔部分關閉，使葉肉細胞間隙出現(xiàn)低CO2情況；⑨強光會導致光反應產(chǎn)生較多O2、ATP和[H]。

（3）情境問題推理解決。⑦⑧⑨→②①→ATP和[H]積累→⑤→③④→ATP和[H]消耗→⑤損傷減小→⑥。

（4）推理過程邏輯表述。①干旱天氣（“if→then”/產(chǎn)生式/C-A規(guī)則，以下簡作“→”）葉片缺水（→）氣孔部分關閉（→）二氧化碳吸收減少（→）葉肉細胞間隙低CO2情況；②過強光照+Ⅰ（→）ATP和[H]積累（→）光呼吸增強（→）消耗多余ATP和[H]（→）保護葉綠體。

1.3數(shù)學模型圖類試題解析

【例3】（2021·南通、連云港等七市一模）22.（改編）利用濾食性貝類改善水體光照條件，促進沉水植物的擴張與恢復是富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復的重要途徑。研究人員以太湖常見底棲生物河蜆（濾食浮游生物、有機碎屑等）和沉水植物苦草為材料，根據(jù)太湖河蜆的自然豐度，設計了4組河蜆密度處理（對照組、低密度組、中密度組、高密度組）的實驗，研究河蜆對水質和苦草生長的影響，部分結果如圖2、3所示。分析回答：

圖2結果表明，各河蜆處理組中浮游藻類數(shù)量隨時間變化而。結合圖2分析，圖3中苦草相對生長率變化的原因是。

參考答案：減少河蜆清除浮游植物，增大了水體透光度，有利于苦草的生長

解析：（1）情境信息提取處理。①自變量是河蜆（濾食浮游藻類）密度（對照、低中高密度）。②因變量1：浮游藻類葉綠素a濃度。③因變量2：苦草（沉水植物）相對生長率。④圖2顯示的關系：隨時間（自變量2）延長，“實驗組”的因變量1“最終”與對照組變化相反，且有“最終”與自變量1負相關趨勢。⑤圖3顯示的關系：自變量1與因變量2正相關。⑥苦草相對生長率變化可能與水體光照條件改善等有關。

（2）已有知識提取處理。⑦水體富營養(yǎng)化及其危害：水體中N、P等劇增導致表面長出水華等，致使水體中光照條件惡化，進而限制水體中植物的光合作用，最終影響其正常生長。⑧科學探究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)（表格等形式記錄的結果）可轉化為曲線圖、直方圖等數(shù)學模型，其目的在于直觀反映自變量與因變量的關系（結論）。

（3）情境問題推理解決。④②→以“因變量1”作為“浮游藻類數(shù)量”指標→自變量2與因變量1的關系是負相關→具體關系。⑦+Ⅰ→浮游藻類減少，光照條件改善→⑥+⑧①③⑤→因果關系。

（4）推理過程邏輯表述。Ⅰ（→）河蜆清除浮游植物（→）增大水體透光度（→沉水植物光合作用抑制解除，有機物積累增加）→有利于苦草生長。

2要素分析

2.1要素類屬

試題解析的要素應至少有情境信息、已有知識、推理解決和邏輯表述4種；素養(yǎng)視角下，可進一步厘清其類屬。

情境信息一般是新的事實，已有知識是教科書中事實及其支撐的各級概念，兩者最終支撐的是最上位的大概念，即生命觀念。而新事實和教科書中的事實一般來自生物學探究和實踐，屬科學探究的范疇。通常把推理的特定過程稱作思維，基于情境信息和已有知識推理解決特定的情境問題，屬科學思維的范疇；邏輯表述則是為適應紙筆測驗，而將推理解決的隱性過程顯性化。情境問題的來源和解決一般指向社會責任的體現(xiàn)和承擔。

2.2要素地位

試題解析要素有一般呈現(xiàn)順序，但要素地位與呈現(xiàn)順序并不一致，應基于“情境問題推理解決”厘清要素地位。

從類比視角，已有知識是“骨架”要素、情境信息是“關節(jié)”要素、推理解決是“聯(lián)結”要素、邏輯表述是推理解決的附生要素；“聯(lián)結”的前提是有“關節(jié)”成分，“聯(lián)結”的藍圖是固有“骨架”結構。從素養(yǎng)視角，科學思維的前提是已有科學探究提供的事實和下位概念等，科學思維需以生命觀念為藍圖，指向驗證生命觀念并解決與社會責任相關的問題，甚至通過新探究，形成新觀念，解決新問題。此外，在不同類型的例證中，要素涉及內(nèi)容的比重也有差異。當前強調以情境為考查載體，情境信息比重有增加態(tài)勢，由此引發(fā)其余要素內(nèi)容也相應增加。

2.3關鍵聯(lián)結

據(jù)分析，要素地位與“聯(lián)結”密切相關，可從教科書知識認知和問題解決兩個維度，進一步明確“聯(lián)結”與“關鍵聯(lián)結”。

（1）已有知識的結構化。從教科書知識認知結果的視角看，已有知識應是“聯(lián)結”正確的結構化知識體系。若從解決問題的視角，它既是順暢推理的知識基礎，又是情境信息“聯(lián)結”的技能基礎。

（2）情境信息的結構化。從解決問題視角來看，情境信息應形成“聯(lián)結”準確的結構化信息系統(tǒng)，能被已有知識體系同化或順應。而在同化或順應，特別是順應中，會出現(xiàn)知識與信息“聯(lián)結”空隙。

（3）空隙填補最為關鍵。據(jù)上分析，“聯(lián)結”空隙（問題空隙/缺失關系）的填補是完整推理中最關鍵環(huán)節(jié)。例如，各例證中“情境問題推理解決”處的加粗文字，正是它們的存在，才使推理鏈得以建立。

3模型構建

基于例證及要素分析，參考奧蘇伯爾的問題解決模型，構建生物學試題解析模型如圖4所示。

4教學啟示

生物學試題的解析一般屬補償教學環(huán)節(jié)，從減少補償教學、提高課堂教學效益視角，可獲取相應啟示。

4.1應教結構化的知識

課程標準以生命觀念為核心，使課程內(nèi)容結構化；新版教材以主題為引領，使課程內(nèi)容情境化。學科核心素養(yǎng)導向的教學不應再只重視單一的知識點或技能點的教學，而應更重視通過情境化的單元教學，實現(xiàn)高中生物學相關知識內(nèi)容的結構化，促使學生更為系統(tǒng)地分析與探究新知識，進而構建更大、更完善的生物學知識體系，架起知識轉化為素養(yǎng)的橋梁。

4.2多練信息的結構化

從新的情境中獲取信息，并明確信息間的關系，是當前學生的薄弱之處，也是課堂教學效益提升的關鍵門檻之一。學科核心素養(yǎng)導向的教學不僅要重視教結構化的知識，更應重視通過深度學習，來實現(xiàn)學生習得的產(chǎn)生式系統(tǒng)等在新情境中的遷移。

深度學習實質上是結構性與非結構性知識意義的建構過程，也是復雜的信息加工過程，必須對先前知識進行激活，并和所獲得的知識進行有效和精細的深度加工。因此，在新情境中多練信息的結構化，是促進技能遷移的有效途徑。

4.3著重練關系的推理

在已有知識和情境信息間建立聯(lián)系，明確并設法填補問題空隙，是當前學生的最弱之處，更是課堂教學效益提升的終極門檻。學科核心素養(yǎng)導向的教學應特別重視科學思維的培育，通過單元教學和深度教學，在結構化知識體系的構建學習、新情境信息的結構化訓練中，促使學生習得歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等科學思維方法；著重訓練關系推理的顯性化表述，促進學生從不能表述推理，到能表述一兩步推理，再到能表述完整的推理過程。

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