指向關鍵能力培養的高中生物學作業設計

王亞民 曹冬林

（1.浙江省桐鄉市鳳鳴高級中學 浙江嘉興 314500）

（2.浙江省嘉興市第四高級中學 浙江嘉興 314500）

長期以來，受應試教育的影響，生物學教學常常以“知識點”為線索，以“考試說明”為目標，以紙筆測試為評價方式，教師為考試而教，學生為考試而學，導致學生的基本學習素養學科能力和學科核心價值觀的系統化培養沒有得到重視。隨著課程改革的推進，教師必須關注學生的生物學科能力表現，發展其關鍵能力，才能突破教育質量評價這一瓶頸，切實促進學生核心素養的發展，全面提高教育質量。

關鍵能力是指即將進入高等學校的學習者在面對與學科相關的生活實踐或學習探索問題情境時，高質量地認識問題、分析問題、解決問題所必須具備的能力。它是使學習者適應時代要求并支撐其終身發展的能力，是培育核心價值、發展學科素養所必須具備的能力基礎，是高水平人才素質的重要組成部分。基于學科素養導向，承接學科素養要求，結合學生認知發展實際，高考評價體系確立了符合考試評價規律3個方面的關鍵能力群：①以認識世界為核心的知識獲取能力群；②以解決實際問題為核心的實踐操作能力群；③涵蓋了各種關鍵思維能力的思維認知能力群。結合現行高考生物學科對能力考查的積累和凝練，基于學科素養發展、價值塑造的現實要求，反映新課程理念與人才培養目標，體現時代性、傳承性、學科特性，將新高考生物學科關鍵能力確立為理解能力、實驗探究能力、解決問題能力、創新能力。

1 指向理解能力作業設計

理解能力要求深入了解必備知識的內涵并形成知識的網絡結構，將單一、零散的知識構建成系統的知識網絡體系，作為能力培養與素養發展的基石。不同層次的理解能力的內涵不一樣（表1）。

表1 理解能力層級解釋表

例如，在學習細胞膜時，課前，教師布置學生搜集有關細胞膜研究的。課堂上，針對細胞膜的結構成分的探索系列實驗，教師提出一系列問題，以引發學生深度學習：細胞膜的組成成分是什么呢？（歐文頓實驗的實驗方法是什么？實驗結論是什么？20世紀初，科學家的化學分析實驗：膜主要是由什么組成的？）脂質在細胞膜上是怎樣分布的呢？（1925年，兩位荷蘭科學家的實驗：實驗操作如何？實驗結論是什么？小組討論：畫出連續排布的兩層磷脂分子層，并構建模型。）細胞膜中還有蛋白質，那么蛋白質又存在于什么位置呢？（1959年，羅伯特森的實驗：實驗結論是什么？“三明治”結構模型有什么不足？1970年，熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗：實驗結論是什么？蛋白質如何分布在磷脂雙分子層中？）小組討論：根據上面科學家的探索歷程得出的結論，嘗試畫出生物膜結構模型和生物膜的概念模型。

再如，教師引導學生繪制光合作用過程圖、細胞結構示意圖、減數分裂過程圖以及水鹽平衡調節、血糖平衡調節、體溫調節等人體示意圖等，開展主動學習。“畫”一個主題及其分支的思維導圖時要運用大量色彩、圖像，需調動多種感官，刺激左右腦之間的神經聯結。每個人的思考習慣、知識結構、生活學習經驗不同，其制作的思維導圖也千姿百態，有學生做出的是Q版漫畫風，有學生做出的是中國古風，有學生做出的是自然田園風……

教師通過問題串的作業設計，培養學生的初、中級理解能力，即讓學生知道“是什么？怎么樣？”。學生嘗試構建生物膜的結構模型和生物膜的概念模型，將單一、零散的知識構建成系統了知識網絡體系，即重新建立或者調整認知結構。上述作業培養了學生從生物學視角獲取關鍵信息、解釋生物學現象、解決生物學問題，從而能夠用科學準確的語言或圖表等形式進行表達。這是對學生獲取信息能力的延續和提升，也是理解能力的提高，還為學科素養作了鋪墊。

2 指向實驗探究能力的作業設計

實驗探究能力是生物學自然科學屬性的鮮明體現。通過對《普通高中生物學課程標準（2017年版）》、中學教學實際、高中學生認知水平的充分考量，提出學生要具備實驗探究能力，即在對所學實驗的實踐和學習后，能夠對相關生物學問題進行科學探究，如分析問題、設計實驗、預測結果并得出結論或作出解釋，掌握科學探究的整個流程。

例如，筆者將浙江省歷年高考試題中的實驗題進行整編設計作業，要求學生分析每一道實驗題的自變量和因變量，并根據分析寫出實驗目的。為了提高學生設計實驗的能力，教師從邏輯學講起，數學邏輯中的充要條件在數學邏輯中，充要條件等命題邏輯屬于演繹邏輯。“如果A，那么B”，就可以得出：A是B的充分條件，B是A的必要條件。若需證明B是A充分條件，依據原命題和逆否命題是邏輯等值的原理，可以證明“B是A充分條件”的逆否命題——非A則非B。綜上所述，“若A，則B”并且“若非A，則非B”，就能證明A是B的充分必要條件（A當且僅當B，A和B是等值的）。然后，教師出示2020年1月浙江高考實驗題：

研究大鼠皮膚移植后的皮膚存活率，某同學提出了下面的實驗思路。請以皮膚存活率為指標，預測實驗結果并進行分析。

（1）實驗分組與處理：

組1取A系大鼠的皮膚片移植到自身的另一部位；

組2取A系大鼠的皮膚片移植到B系大鼠；

組3取與組2相同處理并出現排斥反應后的B系大鼠的T淋巴細胞，注射到未處理的B系大鼠并將A系大鼠的皮膚片移植到該大鼠。

（2）將上述各組若干只處理后的大鼠進行飼養，每隔一定時間觀測皮膚片的存活狀況并記錄，計算皮膚存活率。

（3）回答下列問題：②為了進一步驗證大鼠對移植皮膚起排斥反應的主要是T淋巴細胞。實驗思路的分組與處理中。若設置組4，其處理是給予大鼠免疫抑制劑，再移植皮膚片。用免疫抑制劑處理的理由是______________。還可以設置組5其處理是______________。理由是______________。

根據數學邏輯關系“若A，則B”并且“若非A，則非B”，就能證明A是B的充分必要條件。若要驗證大鼠對移植皮膚起排斥反應的主要是T淋巴細胞，就是證明在有T淋巴細胞和無T淋巴細胞的情況下大鼠移植皮膚后的排斥反應情況。在分析上述例題的基礎上，教師還可以設計用文字形式、表格形式、柱狀圖形式、折線圖形式等方式來描述實驗結果的作業，并讓學生比較哪一種實驗結果描述形式更直觀，以此鍛煉學生預測實驗結果的能力。學生通過反復練習高考真題，提高了分析問題、設計實驗、預測結果的能力，從而根據實驗現象得出結論或作出解釋，掌握了科學探究的整個流程。

3 指向解決問題能力的作業設計

解決問題能力是學有所用、學以致用理念的體現，反映了生物學與生產生活的密切聯系，要求學生能夠運用生物學知識解釋或解決與生物學相關的生活生產實踐等情境中的問題。

例如，在學習“果酒及果醋的制作”實驗時，學生在實驗過程中發現實驗條件的控制是本實驗的關鍵要素，如果控制不好就會使實驗結果不理想，發酵產品不是很理想。如何更好地控制發酵條件、發酵產品的濃度到底是多少？濃度與水果品種有關系嗎？如何測量？不同水果的出酒率如何？……于是，學生進行了適當的分組，分別進行了深度實驗探索：一組是發酵裝置設計組、一組是不同水果果酒釀制組、一組裝置的發酵效果探索組等。有些學生甚至還進行了不同水果果酒出酒率和酒精度數的實驗研究等：利用廢舊物品設計出了自動放氣裝（只允許氣體出來，不允許氣體進入），實現了氣體的單向放出，有效地控制了反應條件，并利用這種裝置與傳統的裝置進行對比實驗以驗證該裝置的發酵效果；利用不同水果進行果酒釀制，發現不同水果的出酒率和酒精度數不同，從而制成不同的果酒，并利用密度比進行酒精度數的計算，比較修正這種數據與利用酒精測定儀進行測量的數據，從而獲得酒精度數的計算公式。

這樣以解決實際問題的生物學作業設計，培養了學生解決實際問題的能力。這也是學以致用理念的體現，反映了生物學與生產生活的密切聯系，提高了學生運用生物學知識解釋或解決與生物學相關的生活生產實踐問題情境的能力。

4 指向創新能力的作業設計

創新能力的提出反映了當前社會發展對創新型人才的強烈需求，要求學生根據生活生產實踐等情境中的問題，能夠運用知識、經驗、獲取的相應信息，提出新解釋、新方法、新思路或得出新結論；或者在已有知識的基礎上，能夠依據新證據得出新的結論或提出新的觀點。

例如，在高中生物教材實驗活動的基礎上，教師可以布置創新性的實驗設計，從實驗材料上、實驗裝置和步驟上等改進實驗，如將色素提取分離的材料菠菜葉改用黑藻，將探究滲透作用的半透膜更換為雞蛋膜、豬膀胱膜、魚鰾、腸衣等。

再如，在講到“自然選擇”時，筆者布置了這樣一個作業：用尺子測量100粒花生仁的長度，并用坐標圖表示出來，算出平均值、最大和最小值與平均值的差距，并與其他學生得出的結果進行比較。然后分析以下問題：

①影響花生仁大小的因素是什么?如果環境變化使大花生仁成為一種有利變異，該花生種群將朝著什么方向發展?

②描述對大花生仁有利的環境變化。你能想出什么樣的環境變化對小花生仁是有利的嗎?

③為什么大多數花生仁不像最小的花生仁那么大?

④你怎樣才能確定一個性狀（如花生仁非常大）是遺傳的結果還是環境影響的結果?

該實驗活動運用了測量、統計、比較這些生物學上最常用的研究方法。學生科學分析實驗結果，有利于進一步理解自然選擇理論，并且有利于培養思維能力。在該實驗中，教師提出的最后一個思考題并不能通過該實驗得到答案，尚需設計新的實驗，這有利于培養創新思維能力。

基于關鍵能力的作業設計，既滿足了學科關鍵能力的培養，也提高了應對高考評價的要求，還是核心素養落地的途徑。高中生物學教師要認識到高考的重要性，而高考對生物學科關鍵能力的考查主要包括：理解能力，即在認知的基礎上進行內化領會；實驗與探究能力，即能夠自主設計、進行實驗并進行科學思維和科學探究的能力；獲取信息的能力，即通過材料提取有效信息用并運用信息的能力；綜合運用能力，即聯系實際解釋現象、解決問題的能力。新高考生物科關鍵能力與高考評價體系、現行高考生物科能力目標的關系是一致的。提高學生的高考應試水平，與提高生物學科的關鍵能力并不是矛盾的，高考評價在一定程度上可以促進關鍵能力的發展；反之，關鍵能力的培養也可以應對高考評價體系的要求。基于關鍵能力設計高中生物學作業，教師要在清楚關鍵能力內涵的基礎上，聯系學生的生活實際，精心設計作業。