基于情境的“四層”考查引導高中生物學教學

摘 要：本文基于2023年山東省生物學等級考試第22題，探討了高中生物學教學中的“四層”考查模式，強調了情境化教學、知識聯系和實驗分析，旨在培養學生的科學素養和實踐能力。試題設計關注糖尿病與健康問題，引導學生關注生命健康，培養科學思維和創新精神，為高中生物學教學提供指導。

關鍵詞：“四層”考查模式；試題設計；生命健康

文章編號：1003-7586（2024）06-0069-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

1 原題呈現

研究顯示，糖尿病患者由于大腦海馬神經元中蛋白Tau過度磷酸化，導致記憶力減退。細胞自噬能促進過度磷酸化的蛋白Tau降解，該過程受蛋白激酶cPKCγ的調控。為探究相關機理，以小鼠等實驗動物為材料進行了以下實驗。

實驗Ⅰ：探究高糖環境和蛋白激酶cPKCγ對離體小鼠海馬神經元自噬的影響。配制含有5 mmol/L葡萄糖的培養液模擬正常小鼠的體液環境。將各組細胞分別置于等量培養液中，A組培養液不處理，B組培養液中加入75 mmol/L的X試劑1 mL，C組培養液中加入75 mmol/L葡萄糖溶液1 mL。實驗結果如圖甲所示。

實驗Ⅱ：通過水迷宮實驗檢測小鼠的記憶能力，連續5天測量4組小鼠的逃避潛伏期，結果如圖乙所示。逃避潛伏期與記憶能力呈負相關，實驗中的糖尿病記憶力減退模型小鼠（TD小鼠）通過注射藥物STZ制備。

（1）人體中血糖的來源有________（答出2個方面的來源即可）。已知STZ是通過破壞某種細胞引起了小鼠血糖升高，據此推測，這種細胞是________。

（2）實驗Ⅰ的C組中，在含5 mmol/L葡萄糖的培養液中加入75 mmo/L葡萄糖溶液后，細胞吸水、體積變大，說明加入該濃度葡萄糖溶液后培養液的滲透壓________（填“升高”或“降低”），B組實驗結果可說明滲透壓的變化對C組結果________（填“有”或“沒有”）干擾。圖甲中A組和C組的實驗結果說明蛋白激酶cPKCγ對海馬神經元自噬水平的影響是________。

（3）圖乙中a、b兩條曲線所對應的實驗動物分別是________（填標號）。

①正常小鼠 ②敲除cPKCγ基因的小鼠

③TD小鼠 ④敲除cPKCγ基因的TD小鼠

（4）對TD小鼠進行干預后，小鼠的記憶能力得到顯著提高。基于本研究，寫出2種可能的干預思路：________。

參考答案：（1）食物中糖類的消化吸收、肝糖原分解、脂肪等非糖物質轉化 胰島B細胞或胰島β細胞 （2）降低 沒有 在葡萄糖濃度正常時，蛋白激酶cPKCr對自噬水平無明顯影響；在高濃度葡萄糖條件下，蛋白激酶cPKCr能提高細胞自噬水平 （3）④、③或4、3 （4）抑制Tau磷酸化；提高蛋白激酶cPKCr的活性；降低血糖；提高自噬水平；注射胰島素；等等

2 答案分析

第（1）小題主要考查學生依據已有生物學知識進行分析判斷的能力，涉及血糖的來源和利用、胰島素的生理作用、胰島B細胞的作用等必備知識，要求學生運用“結構與功能觀”及“穩態與平衡觀”理解學科課程標準內容要求，體現考查的基礎性，達到學業質量標準的一、二級水平。

第（2）小題要求學生根據題干信息進行分析推理，通過比較實驗現象得出科學結論；主要考查學生根據實驗結果和實驗現象，運用科學思維中的因果邏輯關系進行推理演繹的能力，體現了對科學思維和規范表達能力的考查，達到學業質量標準的三、四級水平。

第（3）小題的設問是水迷宮實驗的創新情境下，對小鼠的記憶能力檢測結果的分析，要求從四個不同處理的小組入手，分析逃逸潛伏期坐標曲線；主要考查學生的創新性思維和科學探究能力，需要學生綜合運用理解能力、分析推理能力、解決問題能力和創新能力，體現綜合性、應用性與創新性，達到學業質量標準的三、四級水平。

第（4）小題是開放性設問，考查學生的發散性思維、結構化思維、批判性思維和創新性思維，達到學業質量標準的四級水平。

3 試題特點及啟示

3.1 創設情境載體，落實高考評價體系精神

《中國高考評價體系》要求高考全面推行情境命題，豐富材料，加強情境的新穎性、靈活性、探究性和開放性，強化高考的價值引領作用，促進學生德智體美勞的全面發展。試題素材應貼近學生生活實際，以真實問題情境組織命題，注重考查學生綜合運用所學的知識和技能解決問題的能力。

本題中糖尿病患者由于大腦海馬神經元中蛋白Tau過度磷酸化，導致記憶力減退，試題情境的研究選取自Zheng（2022）的研究。^［1］試題將復雜的專業性詞匯和圖表進行加工處理，將科學研究復雜的實驗過程刪繁就簡，將實驗結果轉化為高中學生能讀懂的柱形圖與曲線圖，符合高中生對實驗分析的認知水平。試題明確了探究高糖環境和蛋白激酶cPKCγ對離體小鼠海馬神經元自噬的影響的實驗目的，引導學生關注糖尿病對人類健康的影響，養成積極健康的生活方式，樹立珍愛健康、遠離疾病的生命觀念，實現了基于情境的“四層”考查。

試題通過對實驗設計和實驗結果的分析，考查學生的科學思維和科學探究能力以及用科學規范的語言表達自己思維觀點的能力。對糖尿病記憶力減退模型鼠進行干預，檢測學生解決問題的科學創新能力，體現了試題立德樹人、服務選才、引導教學的核心功能。

3.2 落實必備知識，重視生物學概念教學

生物學課堂應該把握基礎，落實概念教學，從知識性生物學概念入手，歸納總結，理解事實性的生物學概念，形成次位概念，進一步建立重要概念與大概念，最終指向生命觀念。學生高中階段學習的知識儲備中的基礎性、通用性知識，是學生終身學習所必須掌握的。第（1）小題設問人體中血糖的來源，調節血糖的激素和對應的胰島細胞，考查學生對血糖來源和利用途徑的掌握情況，胰高血糖素和胰島素的功能和其對應的分泌細胞胰島A細胞和胰島B細胞。由此引導學生推測，藥物STZ通過破壞胰島B細胞引起小鼠血糖升高。

3.3 培養關鍵能力，加強科學思維訓練

“四層”考查要求中的關鍵能力指學生對所學知識的運用能力，強調獨立思考、分析問題、解決問題、交流合作等學生適應社會至關重要的能力。試題提供了復雜但新穎、真實的情境，考查學生知識獲取能力群、實踐操作能力群、思維認知能力群。第（2）小題第一空從實驗結果角度設問，學生必須具有獲取題干信息及邏輯推理的能力，從而確定細胞吸水膨脹是培養液滲透壓降低導致的；第二空通過比較B組實驗結果與C組結果，說明了滲透壓的變化為無關變量，對C組結果沒有干擾；第三空綜合性更強，考查了學生的識圖能力、獲取信息能力、分析問題能力和解決問題能力，要求學生結合題干信息找到題目中實驗的變量與無關變量，厘清實驗思路，并能夠科學規范、準確全面地組織語言表達。學生結合第一空和第二空提供的依據，形成自己的判斷進而推測最終實驗的結論： 在葡萄糖濃度正常時，蛋白激酶cPKCγ對自噬水平無明顯影響；在高濃度葡萄糖條件下，蛋白激酶cPKCγ能提高細胞自噬水平。

3.4 培養學科核心素養，改進課堂教學方式

學科核心素養要求學生具有扎實的學科觀念和寬闊的學科視野，能夠在不同情境下綜合利用所學知識和技能處理復雜任務。第（3）小題從四個不同處理的小組入手，分析逃逸潛伏期坐標曲線。通過與正常小鼠進行比較，可以得出d線對應①正常小鼠，c線對應②敲除cPKCγ基因的小鼠，敲除cPKCγ基因的TD小鼠細胞自噬水平降低，大腦海馬神經元中蛋白Tau過度磷酸化，導致記憶力減退加劇，推測神經細胞a線對應④敲除cPKCγ基因的TD小鼠，b線對應③TD小鼠。

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學習逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。例題的問題設置對學生科學思維的深度提出了更高的要求。教師應有意識地主動引導學生進行必備知識的構建和關鍵能力的訓練，以培養學科核心素養為宗旨改進課堂教學方式。

3.5 彰顯核心價值，體現立德樹人目標

第（4）小題是開放性設問，考查學生的發散性思維、結構化思維和創新性思維。對TD小鼠進行干預后，小鼠的記憶能力得到顯著提高。教師可以將實驗結果結構化為內因干預和外因干預。內因干預包括抑制Tau磷酸化、提高蛋白激酶cPKCγ的活性、促進蛋白激酶cPKCγ基因過量表達、提高自噬水平等。外因干預包括降低血糖、注射胰島素、修復胰島B細胞等。

例題設置新穎的試題呈現層層遞進、環環相扣、螺旋上升的方式和設問方式，考查學生在新穎或陌生情境中主動思考、發現問題、解決問題的能力。試題中的糖尿病引發記憶力減退的情境能夠激發學生關注健康、遠離疾病的生命觀念，從而主動向他人宣傳關愛生命的觀念和知識，崇尚健康文明的生活方式，成為健康中國的促進者和實踐者。

參考文獻

［1］ZHENG J Y， WANG Y， LIU Y， et al.cPKCγ Deficiency exacerbates autophagy impairment and hyperphosphorylated tau buildup through the AMPK/mTOR pathway in mice with type I diabetes mellitus［J］. Neuroscience Bulletin，2022，38（10）：1153-1169.