“因果解釋”模型在光合作用試題的應用

摘 要：本文針對光合作用試題，構建包含外因、內因、結果三者的“因果解釋”模型，建立“由因索果”“執果溯因”“內外相聯”三種分析思路。本文結合分析思路，對應呈現了解答具體問題的三類實例，并闡述構建“因果解釋”模型在解決光合作用試題時的重要意義。

關鍵詞：因果解釋；認識模型；光合作用；科學解釋

文章編號：1003-7586（2024）08-0060-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

高考試題中的“因果解釋”問題常通過情境探究測評學生的科學解釋能力。其中，光合作用類試題存在圖文閱讀量大、信息提取難、情境創設新穎等特點，導致學生較易在“因果解釋”問題的解答上嚴重失分。筆者以2024年1月浙江省生物學選考試卷為例，試卷出現的原因分析、理由表述和提出措施等設問較往年明顯增多，著重加強對學生語言表達能力的考查力度。因此，提高學生對生物學現象的科學解釋水平尤為關鍵。目前，多數教師更專注于教授“因果解釋”類型試題的審題、答題等應試技巧，導致學生陷入機械答題的循環。鮮有教師將這類問題的教學與培養學生的科學解釋能力相結合，引導學生進行深入思考和實踐。在專題教學中構建“因果解釋”的認識模型，有利于提高高三學生實驗探究類專題復習的效率，減輕學生負擔并發展其科學解釋水平。本文以光合作用專題為例，圍繞“因果解釋”模型介紹實驗探究類教學的具體實施路徑。

1 “因果解釋”模型的基本形式信息技術

現象之間因果關系的確定，是揭示現象本質聯系的重要切口，進而可以洞察事物的深層次結構聯系，掌握其發展的動態規律，從而對事物的發展方向做出科學的預判。［1］生物學實驗的探究過程，包含對實驗條件、生命活動規律和實驗現象之間“因果聯系”的探究，是深化生命本質的認知和掌握生命活動規律的重要途徑。在高考生物學試題中嵌入情境，旨在讓學生將所學知識遷移至試題情境，根據邏輯和證據解釋情境現象并解決問題，其強調對學生科學思維能力的考察。［2］“因果解釋”問題常具有以下特征：以生產生活或實驗探究的相關素材為問題情境，涉及的關鍵要素包括材料和裝置、實驗操作和步驟、生命規律和機制、實驗現象和實驗結果。圍繞探究主線設計“因果解釋”問題，要求學生深入分析要素之間的聯系，進而基于相關知識做出科學性的解釋和預測。實驗探究類問題中“因果解釋”問題常見的考查形式如表1所示。

2 “因果解釋”模型的構建與分析

在教學實踐中，教師應幫助學生構建分析和解決該類問題的認識模型，引導學生在運用認識模型的過程中，形成相對穩定的思維框架。教師通過設置一定量的題目練習，使學生確立獨立、具體的認識視角和思維路徑，促進學生發展分析、解決問題的能力。針對“因果解釋”問題的解答，教師可以采用“干旱影響光合作用速率”的現象進行教學，引導學生構建如圖1所示的認識模型，促進學生構建分析和解決該問題的思維框架與具體認識思路。

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）在學業質量水平中提到，“能夠在新的問題情境中，基于事實和證據，采用適當的科學思維方法揭示生物學規律或機制，并選用恰當的方式表達、闡明其內涵。在面對生活中與生物學相關的問題并做出決策時，利用多個相關的生物學大概念或原理，通過邏輯推理闡明個人立場”。因此，構建圖1中的模型有助于學生用論證的方式提出觀點并闡明立場。

分析并解決“因果解釋”問題的基礎是厘清試題包含的信息，并將試題中的相關信息按照外界因素、內在因素、實驗現象（實驗結果）三者進行分類。學生在“內因是結果的決定因素，外因是要通過內因來影響結果”觀點的指導下，以建立要素之間的聯系作為解決“因果解釋”問題的突破口。

在“因果解釋”問題的教學中，教師還應引導學生建立常見的三種分析思路。

“由因索果”：問題情境中包括了實驗材料和裝置、實驗操作和步驟等信息，要求解釋產生實驗現象（實驗結果）的原理。該分析思路需要學生從外因著手，解釋外因如何影響內因，進而影響實驗結果的過程（外因—內因—結果）。

“執果溯因”：問題情境中已知實驗現象、實驗結果等信息，要求解釋產生現象或結果的原因。該分析思路需要學生從結果出發，逆向追溯原因，強調學生把握關鍵實驗信息，深入思考生命現象背后的規律和機制，再進一步推測引起相關現象變化的實驗條件（結果—內因—外因）。

“內外相聯”：問題情境中同時包含實驗條件、實驗現象（實驗結果）兩方面的信息，要求學生做出解釋。該分析思路需要學生探尋外因與結果間的聯系——內因；同時，要求學生通過試題情境中給定的實驗條件（外因）和實驗現象（結果）對內因（生命規律和機制）進行提煉，進而構建完整的“因果解釋”模型，并對內因做出具體解釋。

“因果解釋”模型是指導學生學習生物學知識、研究生物學問題的系統化方法，其針對“實驗目的、實驗步驟、實驗結果”等方面為學生提供策略性指導。教學過程中，教師引導學生構建并運用“因果解釋”模型，可促進提升學生對這類問題的解決能力，從而提高基于模型的科學解釋水平。

3 “因果解釋”模型的應用

3.1 “由因索果”模型應用實例

例1 植物的氣孔由葉表皮上兩個具有特定結構的保衛細胞構成。保衛細胞因吸水而體積膨大時，氣孔打開，反之關閉。保衛細胞含有葉綠體，在光照條件下可進行光合作用。已知藍光可促進保衛細胞逆濃度梯度吸收K+。研究發現，紅光光照達到飽和強度時（植物達到最大光合速率所需的紅光強度），植物的氣孔開度可達最大開度的60%左右。

請回答：已知某種除草劑能阻斷光合作用的光反應，用該除草劑處理的葉片在陽光照射下氣孔____________（填“能”或“不能”）維持一定的開度。

解析：由本題構建的“由因索果”模型如圖2所示。

學生需從題目中提出的外因，即“用除草劑”著手分析，進一步解釋除草劑影響光合作用的原理，最終推理并得出結論。

3.2 “執果溯因”模型應用實例

例2 植物工廠是一種新興的農業生產模式，可人工控制光照、溫度、CO2濃度等因素。不同光質配比對生菜幼苗體內葉綠素含量和氮含量的影響如圖甲所示，不同光質配比對生菜幼苗干重的影響如圖乙所示。分組如下：CK組（白光）、A組（紅光∶藍光=1∶2）、B組（紅光∶藍光=3∶2）、C組（紅光∶藍光=2∶1），每組光照輸出的功率相同。

請回答：進一步探究在不同溫度條件下，增施CO2對生菜光合速率的影響，結果如圖丙所示。植物工廠利用秸稈發酵生產沼氣，冬天可燃燒沼氣以提高CO₂濃度，還可以____________，使光合速率進一步提高。

解析：由本題構建的“執果溯因”模型如圖3所示。

學生需從“光合速率提高”這一結果，反推影響該現象的實驗條件。通過分析結論可得出“酶活性升高”和“碳反應增強”的內因，進一步結合題目可知“升高溫度”可作用于內因，從得出“燃燒沼氣”即為正確答案。

3.3 “內外相聯”模型應用實例

例3 題干同例2。

請回答：由圖甲、圖乙可知，選用紅、藍光配比為3∶2，最有利于生菜產量的提高，原因是____________。

解析：由本題構建的“內外相聯”模型如圖4所示。

解答本題需要學生結合“紅、藍光配比”這一實驗條件（即外因）和“有利于生菜產量提高”的實驗結論（結果），分析外因導致結果產生的內在機制。最終得出“葉綠素”和“氮含量”這兩個關鍵內因。

4 總結與反思

在教學實踐中，運用“因果解釋”模型解決光合作用試題具有三點優勢：①簡化復雜問題，將實驗探究類問題分解成若干要素，提高學生的自我效能感；②顯化分析過程，學生在分析過程中提取關鍵信息并構建模型，將抽象的思維過程可視化，培養其邏輯思維能力；③教學策略新穎，“因果解釋”模型為學生提供一種新的思維探索方式，為教師提供一種新的教學策略，豐富課堂教學形式。

此外，筆者發現“因果解釋”模型還存在一定的局限性。例如，同樣是缺水對植物光合作用的影響，內因部分可分為氣孔因素和非氣孔因素。學生解決實驗探究類問題的效果也受到審題能力、邏輯思維、術語書寫、心理障礙等諸多因素的共同影響。［3］

綜上，運用“因果解釋”模型，能夠促進學生對生物學知識的認識并形成整體思路和框架，能夠使學生發現并彌補自我能力缺陷。此外，學習和解決問題過程中運用認識模型還能提升學生的自我評價、自我調控的水平。［4］因此，教師應將構建并運用認識模型作為復習課教學的核心策略，以實現學生科學思維的有效培養和科學解釋水平的提升。

參考文獻

［1］陳揚炯.哲學漫談［M］.北京：中國青年出版社，1980：236．

［2］吳航楓.基于“科學思維”的高考生物實驗探究題解題策略［J］.中學生物學，2020，36（10）：51-52+58．

［3］魏蕓露.利用長句訓練提高高中生生物學語言表達能力的策略研究［D］.重慶：西南大學，2022．

［4］陳進前.理解“模型認知”素養的不同視角［J］.課程·教材·教法，2020，40（4）：108-113．