基于建構(gòu)生命觀念的題組設(shè)計與實踐
——以一輪復(fù)習(xí)“光合作用”專題為例

何麗婷

(廣西壯族自治區(qū)南寧市第三中學(xué))

生命觀念是對生命現(xiàn)象和事實進(jìn)行理解和解釋后抽象形成的意識、觀念和方法,包括結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、物質(zhì)與能量觀等。生命觀念較抽象,學(xué)生不容易理解,因此教師需要將生命觀念落實到生物學(xué)概念的復(fù)習(xí)中,以生命觀念對應(yīng)的概念和事實作為錨定點(diǎn),讓學(xué)生在生物學(xué)事實中歸納整理出相關(guān)的生物學(xué)概念,再由相關(guān)概念抽象、提煉、概括為核心概念,最后升華總結(jié)為相對應(yīng)的生命觀念。

一、題組設(shè)計方向

通過新授課的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)對光合作用的主干知識有了一定的理解,因此在一輪復(fù)習(xí)中教師要通過題組設(shè)計,使學(xué)生逐步構(gòu)建生命觀念,基于此,筆者結(jié)合本專題的知識內(nèi)容和《課程標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求設(shè)計了以下題組:“葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能”題組、“光合作用的原理及應(yīng)用”題組、“光合作用和呼吸作用的聯(lián)系”題組。各題組內(nèi)的選題需從不同角度提供生物學(xué)事實,引導(dǎo)學(xué)生歸納相關(guān)知識,聚焦核心概念。為增強(qiáng)題組間的邏輯性和指向性,教師需梳理各題之間的關(guān)系,對全部題目進(jìn)行科學(xué)的排序,促使學(xué)生在解決問題的過程中形成生命觀念。結(jié)合生命觀念的建構(gòu)并考慮各概念間的關(guān)系,筆者將“光合作用”專題的題組設(shè)計思路歸納如圖1。

圖1 典型題組設(shè)計思路

二、題組設(shè)計的原則

題組設(shè)計和命制是教師必備的教學(xué)技能,優(yōu)質(zhì)的試題可以幫助教師精準(zhǔn)評價教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成,以便及時調(diào)整教學(xué)計劃。筆者將命題的一般原則與培養(yǎng)生命觀念的試題特點(diǎn)相結(jié)合,總結(jié)以下建構(gòu)生命觀念的題組設(shè)計基本原則。

(一)考查內(nèi)容具有科學(xué)性

科學(xué)性原則是命制試題的基本原則,在試題命制或選編過程中要注意:1.題干要精煉明確,題目陳述、設(shè)問以及答案等要保證科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、指向性明確,避免因描述不清、有歧義的表述等導(dǎo)致學(xué)生理解出現(xiàn)偏差;2.生物學(xué)概念和內(nèi)容的考查應(yīng)與事實相符,考查范圍要符合《課程標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,不要為了追求難度和新穎而超出學(xué)生的認(rèn)知水平;3.試題中的表格、流程圖、模型圖等都要有科學(xué)依據(jù),不能憑個人教學(xué)經(jīng)驗進(jìn)行編造而造成知識性錯誤。

(二)情境設(shè)計具有真實性

在題組設(shè)計中,真實的問題情境是必不可少的要素。題目中涉及的問題情境應(yīng)該是有科學(xué)依據(jù)且真實存在的,并蘊(yùn)含有一定的生物學(xué)概念和客觀規(guī)律在其中,不能使用未經(jīng)證實的推測和編造的情境。命題的素材可借助教材資料、科技新聞等途徑獲取,而后結(jié)合考查目的對素材進(jìn)行合理修改,使情境素材與學(xué)生生活緊密聯(lián)系,引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在真實的問題情境中,學(xué)生能更深切地體會到生物學(xué)知識與生活的聯(lián)系,同時也提高學(xué)生利用生物學(xué)知識解決實際問題的能力。

(三)試題呈現(xiàn)形式多元化

試題的呈現(xiàn)形式也是題組設(shè)計過程中需要思考的問題。大量的文字描述會令學(xué)生感到疲憊,教師可以利用細(xì)胞結(jié)構(gòu)的模型、生化反應(yīng)的流程圖、物質(zhì)變化的曲線圖和表格等形式多角度呈現(xiàn)考查內(nèi)容,一方面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,另一方面也考查學(xué)生處理和獲取信息的能力。

三、題組設(shè)計實踐

題組一:葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能

[題1]圖2中甲圖為葉綠體的結(jié)構(gòu)模式圖,乙圖為甲圖中取出的部分結(jié)構(gòu)放大圖。下列敘述正確的是

( )

甲

乙

A.甲圖中葉綠體內(nèi)膜堆疊使得生物膜面積增大

B.乙圖來自甲中的③,光合作用相關(guān)的酶都分布于其上

C.④中CO2固定過程要消耗③上產(chǎn)生的ATP中的化學(xué)能

D.乙圖中的光合色素分布在甲中的③上

[題2]在某真核細(xì)胞中有三種具有雙層膜的細(xì)胞結(jié)構(gòu),其示意圖如圖3所示,下列有關(guān)分析正確的是

( )

a

b

c

A.a表示線粒體,[H]與氧結(jié)合形成水發(fā)生在基質(zhì)中

B.b表示葉綠體,內(nèi)外膜的存在增大了光合作用相關(guān)酶的附著面積

C.c中的孔道是大分子進(jìn)出該結(jié)構(gòu)的通道,具有選擇性

D.a、b、c中內(nèi)外膜化學(xué)成分差異最大的是圖b

題組二:光合作用的原理及應(yīng)用

[題3]2021年,《Science》報道了中科院科研團(tuán)隊在人工合成淀粉方面取得的重大突破。研究人員從動植物和微生物等31個物種中獲取生物催化劑,在無細(xì)胞系統(tǒng)中構(gòu)建了11步反應(yīng)的淀粉合成人工路徑—ASAP路徑。該合成路徑過程如圖4所示,請回答相關(guān)問題:

圖4

(1)對于自然界綠色植物來說,過程①和過程②可發(fā)生在葉肉細(xì)胞中的________。

(2)植物細(xì)胞中光反應(yīng)階段將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)開__________________。人工合成淀粉的過程與卡爾文循環(huán)類似,推測人工合成淀粉應(yīng)加入_____________________。

(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,人工合成淀粉的積累量________(填“高于” “低于”或“等于”)植物,原因是______________________________。

(4)人工合成淀粉技術(shù)的突破使淀粉生產(chǎn)由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植轉(zhuǎn)向工業(yè)化成為可能。請結(jié)合所學(xué)知識分析,該成果在未來的一項應(yīng)用前景_____________________________________(答出一點(diǎn)即可)。

[題4]為探究CO2濃度倍增和干旱脅迫對紫花苜蓿光合作用的影響,下表為科研人員在適宜溫度的條件下,人工控制CO2濃度和水分模擬CO2濃度倍增和干旱脅迫得到的實驗數(shù)據(jù),下列說法錯誤是

( )

表1

A.在干旱脅迫條件下,光合速率降低的原因可能是氣孔開度降低,CO2吸收減少

B.CO2濃度倍增會提高氣孔開度和水分利用效率,使光合速率上升

C.CO2濃度倍增可以減緩因干旱引起的氣孔開度降低幅度

D.CO2濃度倍增時光合速率并未倍增,可能是高濃度CO2環(huán)境降低了固定CO2酶的活性

題組三:光合作用和呼吸作用的關(guān)系

[題5]光合作用和呼吸作用相互依存,又有各自獨(dú)立的工作系統(tǒng),圖5為某植物葉肉細(xì)胞光合作用和呼吸作用過程的物質(zhì)變化示意圖,下列敘述正確的是

( )

圖5

A.Ⅰ過程表示光反應(yīng)階段,②和③分別代表ADP+Pi和NADP+

B.圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ過程均能發(fā)生能量轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生ATP

C.Ⅱ過程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)、Ⅲ過程發(fā)生在線粒體中

D.若該植物凈光合速率為0,則葉肉細(xì)胞產(chǎn)生的①在Ⅲ過程中被利用而不會排出細(xì)胞

[題6]植物的光補(bǔ)償點(diǎn)是指光合速率和呼吸速率相等時的光照強(qiáng)度。已知甲種植物的光補(bǔ)償點(diǎn)大于乙種植物,將正常生長的兩種植物放置于同一密閉小室中,在溫度和CO2濃度適宜的條件下培養(yǎng),下列說法錯誤的是

( )

A.若增加CO2濃度,則植物的光補(bǔ)償點(diǎn)會增大

B.當(dāng)光照強(qiáng)度低于乙的光補(bǔ)償點(diǎn)時,甲乙植物均不能正常生長

C.當(dāng)乙植物凈光合速率為零時,甲植物的凈光合速率小于零

D.若光照強(qiáng)度適宜,密閉小室中的CO2濃度先下降而后穩(wěn)定不變

【參考答案】1.D 2.C 3.(1)葉綠體基質(zhì) (2)儲存在ATP中的活躍化學(xué)能 暗反應(yīng)相關(guān)的酶 (3)高于 人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類,因此積累量更多 (4)能節(jié)約大量的耕地和淡水資源;減少使用農(nóng)藥、化肥等對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響;提高人類糧食安全水平、緩解糧食短缺;減少溫室效應(yīng),緩解全球氣候變暖 4.B 5.A 6.A

四、題組設(shè)計思路

題組一先從葉綠體的結(jié)構(gòu)出發(fā),幫助學(xué)生回顧類囊體薄膜、葉綠體基質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),為題組二進(jìn)一步復(fù)習(xí)光反應(yīng)和暗反應(yīng)的具體過程打好基礎(chǔ)。

題組二先通過我國科研團(tuán)隊在人工合成淀粉中的進(jìn)展引導(dǎo)學(xué)生回顧光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程,再借由表格信息題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析多種環(huán)境因素對光合作用的影響,提高學(xué)生獲取信息、解決綜合問題的能力。

題組三先從基礎(chǔ)的概念模型考查出發(fā),使學(xué)生從整體上對光合作用和呼吸作用過程的物質(zhì)和能量變化、二者之間的聯(lián)系有清晰的認(rèn)識。“凈光合速率”“光合速率”和“呼吸速率”這幾個概念是學(xué)生經(jīng)?；煜闹R點(diǎn),在學(xué)生熟練掌握了光合作用和呼吸作用過程的概念模型后,結(jié)合情境信息靈活考查光補(bǔ)償點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容,幫助學(xué)生突破重難點(diǎn)。

“結(jié)構(gòu)與功能觀”作為生命觀念之一,高考對其的考查常常建立在基礎(chǔ)知識和核心概念之上,同時學(xué)生要能認(rèn)識和理解各細(xì)胞結(jié)構(gòu)的模式圖,因此在題組設(shè)計的過程中,增加了示意圖、細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型等信息,借此提高學(xué)生基于圖片提取信息的能力。

題1考查葉綠體結(jié)構(gòu)及功能的相關(guān)知識,學(xué)生通過比較分析甲乙兩圖后歸納出以下概念:①葉綠體膜面積的增大主要依靠于類囊體膜堆疊而成;②類囊體薄膜上附著有光合色素以及光合作用相關(guān)的酶;③光反應(yīng)在類囊體薄膜上進(jìn)行。題2在題1基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加了圖示的復(fù)雜性,需要學(xué)生辨析葉綠體、線粒體、核膜的結(jié)構(gòu)和功能,更深刻地理解“正是由于具有光合色素和光合作用相關(guān)的酶,光反應(yīng)和暗反應(yīng)才可以在葉綠體上發(fā)生”,幫助學(xué)生認(rèn)識到生物體結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的生命觀念。

從題1和題2的答題情況看,學(xué)生對葉綠體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較熟悉,但在綜合考查細(xì)胞結(jié)構(gòu)時出現(xiàn)了知識點(diǎn)模糊的情況,經(jīng)過復(fù)習(xí)歸納后,學(xué)生能類比歸納出細(xì)胞結(jié)構(gòu)的異同,分析綜合的能力得到提升。

題3的前兩個小問中,學(xué)生需要將陌生的人工合成淀粉的過程和熟悉的綠色植物的光合作用過程進(jìn)行類比分析,找到二者可聯(lián)系的共通點(diǎn),促使學(xué)生理解“光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程伴隨著物質(zhì)和能量變化”的次位概念,從而形成“物質(zhì)與能量觀”的生命觀念。而第(3)和第(4)問通過問題與真實情境結(jié)合,讓學(xué)生對實際生活的生命現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)解釋和推測,幫助學(xué)生養(yǎng)成從生物學(xué)視角看待問題的思維習(xí)慣,形成對生命世界的基本看法和態(tài)度,并提高解決實際問題的能力。

題4中,學(xué)生從題干和表格信息中簡單分析后即可得出干旱和CO2濃度會通過影響氣孔的開度和水分利用效率來影響光合速率,進(jìn)而抽象出“水分和CO2濃度等外因會影響光合速率”的基本概念。在此過程中學(xué)生需要分析氣孔開閉和水分利用對植物光合作用的意義,從而理解植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理機(jī)能的調(diào)整是為了更好地應(yīng)對環(huán)境變化,最終形成“進(jìn)化與適應(yīng)觀”的生命觀念。同時D選項引導(dǎo)學(xué)生對“CO2濃度倍增光合速率并未倍增”這一問題的原因進(jìn)行思考分析,進(jìn)而抽象出“光合作用相關(guān)的酶等內(nèi)因也會影響光合速率”的概念。

從題3的答題情況看,基礎(chǔ)知識如光合作用的場所、光反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換等內(nèi)容大部分學(xué)生能順利作答,但部分學(xué)生在應(yīng)對人工合成淀粉的陌生情境時無法將其與光合作用的各反應(yīng)步驟聯(lián)系起來,知識的遷移受阻。而題4涉及兩個環(huán)境因素對光合作用的影響,因變量的檢測也有2個指標(biāo),對學(xué)生而言有一定的難度,在分析過程中容易被多個變量迷惑,學(xué)生需要系統(tǒng)分析,準(zhǔn)確判斷自變量、因變量和無關(guān)變量后方能解題。

題5圍繞光合作用和呼吸作用的模式圖展開,使學(xué)生在理解和分析模型中加深對光合作用過程中物質(zhì)與能量變化的認(rèn)識,同時培養(yǎng)學(xué)生類比、分析、推理和綜合的思維,讓學(xué)生形成正確的科學(xué)意識,通過聯(lián)系呼吸作用的過程,使學(xué)生體會細(xì)胞代謝在生命活動中的作用,進(jìn)而形成“細(xì)胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)”的大概念,感悟到物質(zhì)與能量變化在生命系統(tǒng)中的重要性。

題6則通過描述光補(bǔ)償點(diǎn)的定義,引導(dǎo)學(xué)生初步感知凈光合速率的概念,而后通過分析選項進(jìn)一步歸納提煉出“光照強(qiáng)度大于光補(bǔ)償點(diǎn)時,凈光合速率大于零,此時植物可以正常生長,反之則不能”的結(jié)論。

經(jīng)過了題組二的訓(xùn)練,學(xué)生對光合作用和呼吸作用過程的物質(zhì)變化基本掌握,但對光合速率、凈光合速率和呼吸速率之間的關(guān)系缺乏感性認(rèn)識,因此題5的D選項和題6失分較多,經(jīng)過習(xí)題的分析后,學(xué)生歸納出總光合速率=凈光合速率+呼吸速率,結(jié)合題6的D選項進(jìn)一步明確了三者與CO2、O2和有機(jī)物變化量的關(guān)系,同時結(jié)合光補(bǔ)償點(diǎn)的分析可以加深對光合作用和呼吸作用相關(guān)概念的理解和延伸。