素養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

摘要以往的試題解析較少從學科素養視角展開。依據新近頒布的高考和課改綱領性文獻等，嘗試以學科素養導向，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 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，由此嘗試從學科核心素養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：酶絕大多數是蛋白質，少數是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→端粒數可達染色體數的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→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）科學研究發現，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，其部分中間產物經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，伴隨光合作用發生“光呼吸”。②圖中異形圈內包含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低CO2情況；⑨強光會導致光反應產生較多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”/產生式/C-A規則，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化水體生態修復的重要途徑。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科學探究產生的數據（表格等形式記錄的結果）可轉化為曲線圖、直方圖等數學模型，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和承擔。

2.2要素地位

試題解析要素有一般呈現順序，但要素地位與呈現順序并不一致，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”要素、推理解決是“聯結”要素、邏輯表述是推理解決的附生要素；“聯結”的前提是有“關節”成分，“聯結”的藍圖是固有“骨架”結構。從素養視角，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勢，由此引發其余要素內容也相應增加。

2.3關鍵聯結

據分析，要素地位與“聯結”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“聯結”與“關鍵聯結”。

（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“聯結”準確的結構化信息系統，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，會出現知識與信息“聯結”空隙。

（3）空隙填補最為關鍵。據上分析，“聯結”空隙（問題空隙/缺失關系）的填補是完整推理中最關鍵環節。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節，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，使課程內容結構化；新版教材以主題為引領，使課程內容情境化。學科核心素養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，實現高中生物學相關知識內容的結構化，促使學生更為系統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，來實現學生習得的產生式系統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。

參考文獻：

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[6]邱建衛.普通高中生物學“學業質量水平”圖解的構建含義與使用[J].生物學教學，2021，46（9）：39-41.