高中生物學科關鍵能力之解決問題能力的測評維度探析

李 霞

(清華附中灣區學校 廣東廣州 510600)

關鍵能力是高考考查的重要內容之一,在學科素養的導向下,《中國高考評價體系》確立了“知識獲取能力群、實踐操作能力群、思維認知能力群”這三大關鍵能力群,教育部考試中心人員楊帆和郭學恒融合多方意見,將新高考生物學學科關鍵能力確定為理解能力、實驗探究能力、解決問題能力和創新能力。本文通過研究歷年高考生物學試題,得出了解決問題能力的三個測評維度,同時提出培養學生解決問題能力的方法和途徑,以期為教師提供參考借鑒。

1 解決問題能力測評維度

1.1 “信息獲取”維度實現解決問題能力測評

“信息獲取”維度作為高考考查學生解決問題能力的重要維度之一,在題目中一般會呈現圖示、表格、實驗數據等具體條件,要求學生從這些給定的條件中選擇對解決問題有效的重要信息,并能依據這些關鍵信息來解決問題。題目的設問通常包含“依據是”“判斷依據是”“理由是”等字眼,解決問題的信息基本都能在題目中找到,因此考查難度一般較低。

【例1】(2022年全國甲卷·11)某同學從被石油污染的土壤中分離得到A 和B 兩株可以降解石油的細菌,在此基礎上采用平板培養法比較二者降解石油的能力,并分析兩個菌株的其他生理功能。

實驗所用的培養基成分如下。

培養基Ⅰ:K2HPO4,MgSO4,NH4NO3,石油。培養基Ⅱ:K2HPO4,MgSO4,石油。

操作步驟:

①將A、B 菌株分別接種在兩瓶液體培養基Ⅰ中培養,得到A、B 菌液;

②液體培養基Ⅰ、Ⅱ中添加瓊脂,分別制成平板Ⅰ、Ⅱ,并按圖中所示在平板上打甲、乙兩孔。

回答下列問題。

(4)現有一貧氮且被石油污染的土壤,根據表中所示實驗結果,治理石油污染應選用的菌株是_____,理由是_______________________________________。

參考答案:A 平板Ⅱ模擬出了貧氮且被石油污染的環境,在此平板中A 菌株出現了透明圈而B 菌株沒有,證明A 菌株在貧氮條件下降解石油的能力比B 菌株更強,所以在貧氮且被石油污染的環境應該使用A菌株治理。

評析:該題通過平板培養法比較A、B 菌株降解石油能力的高低為背景,考查學生能否從表格中獲取關鍵信息來解決問題。題目對應的是解決問題能力中的“信息獲取”測評維度,難度較低。見表1,平板Ⅰ和平板Ⅱ中A 的透明圈均較大,說明A 分解石油的能力強于B,在缺氮條件下的生存和繁殖能力也強于B,因此應選用A 菌株來治理石油污染。

表1 實驗結果

1.2 “問題解決”維度實現解決問題能力測評

“問題解決”維度是高考考查學生解決問題能力時出現頻率最高的維度,考查難度較高,需要學生綜合運用分析、歸納、推理等思維過程來解決問題。該維度的題目可以劃分為兩種類型,類型一為先創設生活實踐、學習探索等情境,在情境中拋出一個具體的生物學問題,考查學生能否思考出合適的問題解決措施或方法,或能否制定出科學有效的問題解決方案并對其進行準確清晰的描述,題目的設問通常包含“解決方案”“解決措施”“解決策略”“提出建議”等關鍵字眼。類型二一般會直接給出一個生物學現象,要求學生綜合運用所學的生物學知識和題干信息解釋該現象出現的原因,從而實現問題的解決,題目的設問通常包括“原因是”這一關鍵字眼。

【例2】(2022年全國乙卷·07)農業生產中,農作物生長所需的氮素可以NO-3的形式由根系從土壤中吸收。一定時間內作物甲和作物乙的根細胞吸收NO-3的速率與O2濃度的關系如圖1所示。回答下列問題。

圖1 NO-3 的吸收速率與O2 濃度的關系

(4)據圖可知,在農業生產中,為促進農作物根對NO-3的吸收利用,可以采取的措施是________(答出1 點即可)

參考答案:定期松土(透氣)

評析:該題重點考查學生解決問題的能力,題目通過創設“農作物吸收NO-3”的情境,要求學生提供一個具體措施來促進農作物對NO-3的吸收利用。在這個過程中,學生要能運用分析法或綜合法來規劃問題解決的過程,要能運用科學簡潔的語言來準確清晰地描述方案的具體內容,如定期對作物松土以增加土壤中的含氧量等。該題對應的是解決問題能力中的“問題解決”測評維度,屬于第一種類型題目。

【例3】(2022年廣東卷·22)“綠水透迤去,青山相向開”,大力發展低碳經濟已成為全社會的共識。基于某些梭菌的特殊代謝能力,有研究者以某些工業廢氣(含CO2等一碳溫室氣體,多來自高污染排放企業)為原料,通過厭氧發酵生產丙酮,構建一種生產高附加值化工產品的新技術(圖2)。

圖2 梭菌的特殊代謝過程

(3)培養過程中發現重組梭菌大量表達上述酶蛋白時,出現了生長遲緩的現象,推測其原因可能是______________________________,此外丙酮的積累會傷害細胞,需要進一步優化菌株和工藝才能擴大應用規模。

參考答案:二氧化氮等氣體用于大量合成丙酮,而不是用于重組梭菌的生長。

評析:該題以“重組梭菌處理廢氣生產丙酮”為情境,要求學生對“重組梭菌大量表達上述酶蛋白時出現生長遲緩”這一現象的原因進行解釋。題目所對應的是解決問題能力中的“問題解決”測評維度,屬于第二種類型。根據所學知識和題目信息可知,重組梭菌大量表達上述酶蛋白后,CO2和H2會在這些酶蛋白的作用下經過一系列的反應生成丙酮,而后排出細胞,而非用于重組梭菌的生長,因此會導致生長遲緩。

1.3 “遷移應用”維度實現解決問題能力測評

“遷移應用”維度是高考考查學生解決問題能力時出現頻率最低的一個維度,該維度的題目一般會先呈現一個情境,情境中包含一定的知識、思想、方法等,接著再呈現另外一個問題情境,要求學生將在情境中已掌握的知識、思想、方法等合理遷移應用到新的問題情境中去解決問題,該維度的題目對學生的思維要求很高,考查難度高,題目的設問通常包括“應用有”這一關鍵字眼。

【例4】(2020年北京卷·17)枯草芽孢桿菌可分泌纖維素酶。研究者篩選到一株降解纖維素能力較強的枯草芽孢桿菌菌株(B 菌),從中克隆得到了一種纖維素酶(C1 酶)基因,將獲得的C1 酶基因與高效表達載體(HT 質粒)連接,再導入B 菌,以期獲得降解纖維素能力更強的工程菌。

(5)預期該工程菌在處理廢棄物以保護環境方面可能的應用有______________________(舉一例)。

參考答案:降解秸稈,減少秸稈燃燒帶來的空氣污染。

評析:該題以“研究者篩選克隆獲得工程菌”為情境,要求學生將該情境中獲得的知識信息等遷移應用到“處理廢棄物保護環境”的新問題情境中來解決問題。題目對應的是解決問題能力中的“遷移應用”測評維度。通過題干情境可知,研究者獲得的工程菌降解纖維素的能力很強,因此可以利用這些工程菌來降解秸稈,減少秸稈燃燒帶來的空氣污染,從而起到保護環境的作用。

2 提高學生解決問題能力的方法和途徑

2.1 重視識圖讀表教學,提高信息獲取能力

信息獲取能力要求學生能從所給的材料中準確獲取生物學信息進而解決問題。材料中的信息大多蘊含在圖表中,因此教師要重視圖表教學,讓學生在識圖讀表中提高信息獲取能力。生物學圖表包括示意圖、曲線圖、模式圖、系譜圖、表格等,教師可以針對每一種圖表的特點,教給學生識圖讀表的方法和技巧。在學生掌握基本的識圖方法后,教師可通過創設說圖活動,讓學生在說圖的過程中理順讀圖思路,提高讀圖、析圖能力。

2.2 傳授問題解決策略,提高問題解決能力

所有生物學問題的解決都必須依靠自身掌握的知識和技能,當學生解決生物學問題的知識及其方法論基礎都較為薄弱時,教師需要及時傳授解決問題的有效方法。不管是策略性問題、陳述性問題還是程序性問題,只要把解決問題的思路和方法傳授給學生,進而讓學生體會和掌握,在一定程度上提高學生解決問題的能力。如在做遺傳概率計算類題目時,教師教給學生遺傳概率計算五步法:①判斷顯、隱性遺傳;②判斷常、性染色體遺傳;③確定基因型;④計算概率;⑤驗證答案。學生在掌握了正確的解題思路和技巧后,面對復雜的遺傳概率計算類題目也能應對自如。

2.3 開展類比遷移教學,提高遷移應用能力

在生物學教學中,新舊原理、概念、現象等都可以進行類比,因此,教師可以利用類比遷移法來提高學生遷移應用的能力。在新的問題情境中,引導學生將先前解決問題的經驗進行比較,找到兩者的相同處,通過發現新舊知識間的規律來實現遷移,進而理解和解決新問題。在習題講評課上也可以設置一些變式訓練題目,引導學生觸類旁通,提高解決問題能力。