原始問題下對生物習題設計的思考

生物課程標準強調要注重在現實生活的背景中學習生物學，倡導學生在解決實際問題的過程中深入理解生物學的核心概念，并能運用生物學原理和方法參與公眾事務的討論和做出相關的個人決策。但在現實學習生活中，學生往往不能恰當地將學習到的生物學知識運用于現實生活中，在面對生活原始問題時，往往表現得束手無策。究其原因，主要是學生在生物學學習過程中所接觸的問題——生物學習題，大部分都是一些抽象問題，即將生活原始問題進行專業加工、簡化、抽象后形成的問題，并沒有或很少呈現原始問題。原始問題是指自然界及社會生活、生產中客觀存在且未被加工的生物問題，即生活中出現的原汁原味的生物學問題。這些問題具有已知條件不明顯，需要學生自己去尋找隱含信息等特點。

1 原始問題的解題思維分析

原始問題的解題思維過程可用圖1表示。

現實生活中人們所面臨的實際問題，即原始問題，沒有任何方向性及特定條件。所有的信息都隱藏在客觀的生物學現象當中，問題的解決是一個開放探索過程。原始問題的解決可以分為以下兩個大步驟。

1.1 建模

面對原始問題，對問題情景進行生物學認知，對問題涉及到的某一方面的生物學知識做出判斷，進而從復雜的問題情景中找到關鍵信息，再聯系所學的生物學知識對問題進行簡化編碼，逐步建立問題模型形成抽象問題表征。

1.2 推導

問題模型建立后，原始問題解決跨入理論推導階段，上一步建模過程已經找到相關知識點，回憶聯系相關理論及推導，最終解決問題。

運用生物學知識對問題進行認識、判斷，形成問題表征，然后再進行簡化、抽象，這個過程體現的便是學生的建模思維，是一個生物模型的建立過程。教師在生物學教學過程中滲透生物模型意識、強化模型方法訓練，不僅可以促進學生思維的發展，而且可以幫助學生構建合理的認知結構體系，培養學生的創新精神和探究能力。在生活中面對原始問題，學生只有具備這種建模解決的意識才能順利地進行問題的簡化、抽象化。因此，解決原始問題能力的提升，很大程度上依賴于建模意識、建模能力的培養。

2 利用原始問題，改進生物習題設計

現今大部分生物習題都是抽象問題，即問題解決沒有涉及生物模型建立的過程，為了便于區分，將這些習題稱為傳統生物習題，將原始問題下設計出的習題稱為原始生物習題。因此，大量的傳統生物習題練習對于學生解決原始問題的能力的提升效果不佳，且易于陷入題海之中。為了提升學生解決原始問題的能力，筆者嘗試從以下三個方面改進習題，設計出具有原始問題特色的原始生物習題，突破傳統生物習題束縛，以提升學生的建模思維、建模意識及建模能力，進而提升解決實際問題的能力。

2.1 用生活化語言、詞匯替代生物專業詞匯

原題：

某島嶼棲息著狐和野兔，生態系統相對穩定。后來有人登島牧羊、捕食野兔和狐，狐也捕食羊羔。第五年，島上狐瀕臨滅絕，但野兔的數量大大超過人登島前的數量。第六年，野兔種群暴發了由瘟疫熱病毒引起的瘟疫，其數量驟減。回答問題：

（1） 人與狐的種間關系是 " "，兔瘟熱病毒和野兔的種間關系是 " "。

（2） 畫出由人、羊、狐、野兔和牧草組成的食物網。

（3） 人登島后的第五年，與登島前相比，野兔的種內競爭強度 " "（增加、減小、不變）。

（4） 一般情況下，被捕食者傳染病的流行程度將隨捕食者種群密度的增加而 " "（增強、減弱、不變）。

改進后習題：

某島上棲息著狐和野兔，后來有人登島牧羊。人登島后島上物種情況與之前相比隨時間發生了如下變化：

人登島第三年：人、羊、野兔（數量增多）、狐（數量減少）;

人登島第五年：人、羊、野兔（數量大大超過人登島前）、狐（瀕臨滅絕）;

人登島第六年：人、羊、野兔（種群爆發瘟疫導致數量驟減）、狐（瀕臨滅絕）。

問題：請結合分析人登島后每一階段野兔與狐數量變化的原因。

原題是一道典型的傳統生物習題，提供給學生的問題是關于種間斗爭模型的問題。在題干中出現了大量專業詞匯即解題關鍵詞——生態系統穩定、捕食、種間關系、食物網、種內競爭、被捕食者等，這些關鍵詞為問題解決指示出了明確的方向。學生只要能夠回憶起相關知識內容便可以正確解答，因此這道題的考查在一定程度上反映的僅僅是學生的記憶能力。改進后的原始生物習題沒有使用生物專業詞匯，而是運用生活化語言代替相關的專業詞匯，僅僅是對生活中現象的客觀事實描述。學生對問題要有一個認知表征，需要能夠認識并判斷出人、羊、野兔和狐之間存在的種間及種內關系，繼而將問題簡化抽象成種間斗爭模型問題的過程，在腦海里中形成抽象問題表征，即需要一個建立生物學模型的過程，或是需要有將問題與種間斗爭模型問題聯系起來的模型意識及模型思維。 經歷這樣的一個建模思維過程，學生解題過程由機械的模仿、理論搬運等轉化為對問題的認識、判斷、簡化及抽象的建模過程，從而幫助學生逐漸脫離題海戰術，達到舉一反三的效果。

2.2 情景題設計中生活情景原裝呈現

原題：

大米發酵可產生米酒，其過程如下：

（1） 蒸米飯，攤涼約至30℃;

（2） 拌酒曲;將酒曲和糯米均勻混和;

（3） 發酵;

（4） 檢查，是否有酒產生，大約發酵24～48 h，發酵完成并終止發酵。

問題：

（1） 步驟（1）為什么要攤涼至30℃？

（2） 均勻拌酒曲的目的是什么？

（3） 發酵完成后一般會放入冰箱保存，為什么？

改進后習題：

米酒的制作方法基本步驟如下：

（1） 蒸米飯，涼至不燙手的溫度;

（2） 拌酒曲;

（3） 將容器蓋蓋嚴，放在適宜的溫度下（30℃左右），如果房間溫度不夠，可以用厚毛巾等將容器包上保溫;

（4） 中間可以檢查，看有無發熱現象，容器打開后有濃郁的酒香生成即可放入冰箱或是直接入鍋煮熟。

問題：

（1） 步驟（1）為什么要涼至不燙手溫度？

（2） 加入酒曲的作用是什么？拌酒曲操作中有什么要求？

（3） 步驟三中容器內發生了什么生物學現象？

（4） 米酒生成后，在保存方面要注意哪些問題，并給出你的保存方法。

情境認知理論的知識觀認為，知識是基于社會情境的一種認知活動。傳統生物習題中提供的情境屬于人為設置且條件控制嚴格，生物科學教育情境的真實性受到一定的破壞，學生在解答傳統生物習題與解決原始問題的過程中所需的認知及行為是不盡相同的。原題雖然是從生活中取材，但是呈現在學生面前的素材，已經經過了習題設計人員自身認知的編碼，最終呈現在學生面前的習題，已經是原始問題經過習題設計者自身的認知、判斷、簡化及抽象后的產物。原題展示的其實就是實驗室中典型的發酵過程，即合適溫度下，利用微生物發酵。學生在解決該問題時，甚至不需要把題目看完，也可以知道需要用到哪些知識點來解決。改進后的習題展示的是原汁原味的生活中釀酒的現象，學生需要把其中的各個操作環節和發酵模型中的各個步驟及注意事項聯系起來，即通過生活情境建立符合生活情境的發酵模型，才能正確地回答問題。

2.3 問答中兼顧理論與實際策略的考查

習題設計示例：

水痘是由水痘帶狀孢疹病毒引起的一種傳染病，其傳染形式有三種：（1） 呼吸道傳染;（2） 接觸傳染;（3） 帶狀孢疹病毒接觸感染。假如你的室友不幸感染了水痘，在照顧他的過程中，你要采取哪些措施盡量避免被感染，并說明這樣做的生物學原理依據。

學生回答設想：

戴口罩、避免皮膚接觸、對室友的衣物餐具等日用品單獨洗滌消毒存放等（要避免被感染，則要切斷病毒的傳染途徑，戴口罩是從切斷呼吸道感染著手;避免皮膚接觸是因為病毒具有接觸傳染特性;另外，病人的接觸品上也會存在殘留病毒的情況，因此對日用品也要進行滅菌）。

學生解決生活原始問題能力較弱，主要是因為面對原始問題時無從下手即找不到對應的生物學模型。在不能自己建立生物模型的情況下，有些問題學生可能利用無意識的生活經驗渾水摸魚;也有可能給出正確的解決辦法，但卻不知曉其中蘊含的生物學原理。為了加強建模思維的練習，教師可以要求學生給出問題解決策略的同時，講述出其中隱含的生物學原理。通過這樣的設計，學生在解決問題時會對問題進行生物專業化的認知、判斷、簡化及抽象即要經歷建模過程，以此找到對應生物理論體系，給出有理有據的問題解決策略。

3 總結與思考

鑒于傳統生物習題要么直接呈現生物學模型，要么取材于生活，卻又會將原始問題進行簡化抽象成生物學模型形式，將學生建模過程“越俎代庖”地完成。傳統生物習題的練習對于學生生活中原始問題的解決能力的提升存在著一定的不足。原始問題的解決過程中最為核心的一步便是建模過程，設計具有原始問題特色的原始問題習題對于習題練習來說尤為重要。當然，利用原始問題改進習題設計中也存在值得關注的一些問題。

3.1 習題設計原則

運用原始問題改進習題設計，重點不在于習題形式、題材的出新立異，而在于能恰當呈現原始問題，減少出題者對原始問題的加工，將認識、判斷、簡化、抽象的建模過程交予學生完成，達到鍛煉學生建模思維、建模意識及能力的培養，最終達到提升學生在生活中解決原始問題的能力。

3.2 習題練習及講解

利用原始問題改進而設計出的原始問題習題，主要目的是要鍛煉學生的建模思維，因此教師在評價及習題講解過程中也更應該關注學生建模的過程，而并非最終結果。

3.3 注重原始生物習題與傳統生物習題之間的平衡

教師在強調原始問題生物習題的同時，也不能忽略了傳統生物習題的教學效果，兩類習題各有各的特色和作用。教師應該根據教學需求合理選用習題，同時發揮兩種習題的優勢。

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