培養(yǎng)學(xué)生高階思維的單元教學(xué)試題分析

摘要：本文分析了2023年山東省高考生物卷第17題，探討了試題特點，教學(xué)疑惑及解題策略，指出正確理解原理和高階思維的培養(yǎng)對解題的重要性。通過加輔助線等方法，簡化比較不同時間點植物細(xì)胞呼吸消耗葡萄糖量的問題，培養(yǎng)科學(xué)思維和創(chuàng)造性、批判性思維，強調(diào)教師在培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)中的關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：山東卷；解決問題；高階思維

文章編號：1003-7586（2024）02-0064-03 中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

優(yōu)秀高考試題是《中國高考評價體系》的踐行模板，更是服務(wù)選才和引導(dǎo)教學(xué)的重要評價基礎(chǔ)。現(xiàn)行新高考改革模式中，很多省份獨立命制生物單科試題，在不公布高考試題和參考答案的背景下，很多流人市面的生物高考試題引發(fā)了一線教師激烈的探討和爭論。在不同認(rèn)知下，一些生物高考試題甚至出現(xiàn)完全不同的答案，孰是孰非似乎難以定論。若教師不進(jìn)行分析和斟酌，極易出現(xiàn)理解偏差和教學(xué)失誤，這對培養(yǎng)學(xué)生形成生物學(xué)核心素養(yǎng)十分不利。本文以2023年山東省高考生物卷第17題（以下簡稱為“試題”）為例，討論試題的命制特點、學(xué)生及部分教師的困惑原因、正確的解題方法和感悟命題道理等方面，通過培養(yǎng)學(xué)生高階思維思考和解決問題，同時與各位同仁交流商榷。

原題呈現(xiàn) （2023年山東卷第17題）某種植株的非綠色器官在不同O2濃度下，單位時間內(nèi)O2吸收量和CO2釋放量的變化如圖所示。若細(xì)胞呼吸分解的有機物全部為葡萄糖，下列說法正確的是（ ）。

A.甲曲線表示O2吸收量

B.O2濃度為b時，該器官不進(jìn)行無氧呼吸

C.O2濃度由O到b的過程中，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐漸增加

D.O2濃度為a時最適合保存該器官，該濃度下葡萄糖消耗速率最小

[市面資料參考答案]BC或BCD

1論題

這是一道看似平常，甚至平淡的不定項選擇題，但是細(xì)究起來尤有深意。試題以植物非綠色器官在不同02濃度下有氧呼吸和無氧呼吸的速率變化為情境，重點考查細(xì)胞呼吸類型、過程和原理應(yīng)用等知識。結(jié)合試題圖示，分析環(huán)境因素對細(xì)胞呼吸的影響，能檢測學(xué)生的理解能力、獲取信息能力、實驗與探究能力和綜合運用能力。試題滲透了檢測學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀等生命觀念，也對科學(xué)思維和科學(xué)探究等學(xué)科素養(yǎng)進(jìn)行多角度考查。

試題命制注重考查細(xì)胞呼吸類型和過程等基礎(chǔ)知識，又結(jié)合圖示信息讓學(xué)生比較不同條件下植物器官兩種細(xì)胞呼吸速率的變化及耗糖關(guān)系，這是綜合性的體現(xiàn)。試題將實驗結(jié)果用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)科學(xué)存儲果實，這是在踐行應(yīng)用性。試題在圖示中標(biāo)出了縱坐標(biāo)關(guān)鍵點的氣體數(shù)值，這是常見圖示不具備的重要信息，既體現(xiàn)高考試題素材的嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)，也體現(xiàn)本題命題角度的創(chuàng)新性。看似很常規(guī)的一道試題，經(jīng)過命題專家的精雕細(xì)琢，顯然已對生物教學(xué)產(chǎn)生了“一石激起千層浪”的教研效應(yīng)，完美體現(xiàn)了高考試題引導(dǎo)教學(xué)的重要功能。

2論惑

試題中A項、B項和C項很容易判斷，對于D項表述，很多學(xué)生及教師有不同看法。一種觀點認(rèn)為D項是正確選項，持有此種觀點的師生的主要依據(jù)是市面教輔資料。結(jié)合試題圖示中O2濃度增大后，植物器官無氧呼吸強度逐漸減弱而有氧呼吸逐漸增強，得出兩種細(xì)胞呼吸強度之和應(yīng)是先減小后增大的趨勢，即某點時植物器官細(xì)胞呼吸消耗葡萄糖最少，此點就是儲存植物器官的最適O2濃度。根據(jù)CO2釋放量，理所當(dāng)然得出圖中a時葡萄糖消耗速率最小，此種思維模式下試題答案就選BCD。

另一種觀點認(rèn)為試題中兩種細(xì)胞呼吸均以葡萄糖為底物，無氧呼吸中消耗葡萄糖量與產(chǎn)生CO2量之比為1：2；有氧呼吸中消耗葡萄糖量與產(chǎn)生CO2量之比為1：6。在試題曲線中，a時CO2產(chǎn)生量雖最少，但這僅代表總細(xì)胞呼吸產(chǎn)生CO2量。由于兩種細(xì)胞呼吸有著不同的消耗葡萄糖量與釋放CO2量之比，a時CO2量最少一定是植物器官消耗葡萄糖量最少的點嗎？針對這個疑問，筆者也試著以每種細(xì)胞呼吸的產(chǎn)生CO2量與消耗葡萄糖量建立數(shù)學(xué)函數(shù)模型，試圖再建立總細(xì)胞呼吸釋放CO2量與消耗葡萄糖量的函數(shù)式，苒根據(jù)函數(shù)式找出消耗葡萄糖量最少時對應(yīng)的O2濃度，但幾經(jīng)嘗試，未能如愿。眾所周知，任何生命現(xiàn)象只有一個真理，試題曲線中a時究竟是不是植物器官消耗葡萄糖量最少的點？若不是，哪點時葡萄糖消耗量最少呢？如何比較不同點葡萄糖消耗量的多少呢？此問題已成為很多學(xué)生乃至一線教師困惑的焦點。

3論法

作為一道高考試題，一定有著科學(xué)命題依據(jù)和正確解決問題的思路。基于這個認(rèn)識，筆者打破傳統(tǒng)思維定式，結(jié)合試題圖示特點，利用縱坐標(biāo)明確標(biāo)出氣體的相對數(shù)值，引導(dǎo)學(xué)生通過獲取數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)得以證明a時消耗葡萄糖量并非最少。

3.1定量分析數(shù)據(jù)完成解題

由于試題提供了a時和b時植物器官細(xì)胞呼吸消耗的O2量和釋放的CO2總量，筆者引導(dǎo)學(xué)生先分析a時情況，學(xué)生很快得出有氧呼吸產(chǎn)生CO2量為0.3個單位，無氧呼吸產(chǎn)生CO2量也為0.3個單位。結(jié)合兩種細(xì)胞呼吸反應(yīng)式，學(xué)生很快計算出a時植物器官細(xì)胞呼吸共消耗葡萄糖量為0.2個單位。對于圖中b時情況，學(xué)生得出有氧呼吸產(chǎn)生CO2量為0.7個單位，無氧呼吸產(chǎn)生CO2量為0個單位，學(xué)生很快計算出b時植物器官細(xì)胞呼吸消耗葡萄糖量約為0.117個單位。在事實面前，學(xué)生很快得出試題圖中a時消耗葡萄糖量不是最少的結(jié)論。基于證據(jù)和事實，學(xué)生很快接受了試題正確答案為BC，這里學(xué)生運用定量分析數(shù)據(jù)顯然可以解題。

很快有學(xué)生提出疑問，此題圖中只是比較出b時消耗葡萄糖量少于a時，那么究竟哪點時消耗葡萄糖量最少？如遇到試題情境中縱坐標(biāo)無具體數(shù)值，又該如何解決問題呢？學(xué)生提出的問題很有價值，如何理性解題并形成科學(xué)解決問題的模式，這又引發(fā)了筆者的深度思考。分析解決此類問題實際困惑點后，筆者對圖示巧加一道輔助線，實現(xiàn)由定量解題到定性解決問題的突破，受到學(xué)生和同仁的認(rèn)可與稱贊。

3.2巧加輔助線定性解決問題

其實師生都明白圖中O時植物器官只進(jìn)行無氧呼吸，O時（不包括此點）到b時（不包括此點）器官進(jìn)行無氧呼吸和有氧呼吸，b時及以后只進(jìn)行有氧呼吸。而解決問題的難點就是圖中O時到b時存在兩種細(xì)胞呼吸，兩種細(xì)胞呼吸均消耗葡萄糖和釋放CO2，且消耗葡萄糖量與釋放CO2量之比還不同，混在一起著實難以處理。該如何避繁就簡比較不同點時細(xì)胞呼吸消耗葡萄糖量的關(guān)系呢？深入思考后，筆者認(rèn)為在比較不同點釋放CO2時，若能把不同點有氧呼吸中等量產(chǎn)生的CO2標(biāo)出來，簡化成只比較一點無氧呼吸釋放CO2量與另一點有氧呼吸多釋放CO2量的多少關(guān)系，即可完成解題。聯(lián)系細(xì)胞呼吸反應(yīng)式可知消耗等量葡萄糖時，有氧呼吸產(chǎn)生CO2量是無氧呼吸產(chǎn)生CO2量的3倍，即加輔助線簡化后，若有氧呼吸多產(chǎn)生的CO2量是無氧呼吸產(chǎn)生CO2量的3倍（無具體數(shù)值時，學(xué)生可以通過目測定性比較），即兩點消耗葡萄糖量相等；若有氧呼吸多產(chǎn)生的CO2量不及無氧呼吸產(chǎn)生CO2量的3倍，則有氧呼吸消耗葡萄糖量不及無氧呼吸，反之可推有氧呼吸消耗葡萄糖量多于無氧呼吸。

以試題圖示為例，筆者在圖1中a時有氧呼吸吸收O2量向b時作出一條輔助線，因為a時有氧呼吸消耗O2量等于有氧呼吸產(chǎn)生CO2量，這樣把兩點有氧呼吸等量產(chǎn)生的CO2量先減去，則圖1中A段數(shù)值則表示a時無氧呼吸產(chǎn)生CO2量，而B段就表示b時有氧呼吸比a時有氧呼吸多產(chǎn)生的CO2量，這樣通過畫橫線減去等量有氧呼吸產(chǎn)生的CO2量，問題就簡化成比較B段和A段的數(shù)值比例關(guān)系。分析圖1可見，B段數(shù)值顯然達(dá)不到A段數(shù)值的3倍，即b時有氧呼吸消耗葡萄糖量比a時總細(xì)胞呼吸消耗葡萄糖量少。通過加輔助線分析，學(xué)生可以在無數(shù)據(jù)情況下解決問題，會對處理此類問題有更理性的認(rèn)識，也會對于運用科學(xué)思維解決實際生產(chǎn)問題有更多的審視和論證，這有利于形成創(chuàng)造性思維和批判性思維。為進(jìn)一步討論此種方法的應(yīng)用范圍，筆者繼續(xù)利用圖1進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)，拋出問題：如何比較圖2中c時和b時植物器官細(xì)胞呼吸消耗葡萄糖量的關(guān)系？學(xué)生很快結(jié)合c時O2消耗量向b時作出輔助線，而后比較c時無氧呼吸產(chǎn)生CO2量（圖2中A段）與b時有氧呼吸多釋放出的CO2量（圖2中B段）的比值關(guān)系，學(xué)生很快得出B段數(shù)值不是A段數(shù)值的3倍，即c時消耗葡萄糖量也比b時消耗葡萄糖量多。

基于這種思路，很多學(xué)生再選多點與b時比較，也大膽歸納出此試題中b時可能就是消耗葡萄糖量最少的點。針對此題，究竟b時是不是消耗葡萄糖量最少的點，筆者并未輕易給學(xué)生下定論，而是引導(dǎo)學(xué)生從繼續(xù)設(shè)計實驗加以驗證的角度解決問題，告訴學(xué)生提出問題和作出假設(shè)后，進(jìn)一步設(shè)計實驗驗證假設(shè)的重要性和必要性，這對厚培學(xué)生分析、評價、創(chuàng)造等高階思維和建立科學(xué)探究等學(xué)科素養(yǎng)尤為關(guān)鍵。

4論道

教師是科學(xué)在課堂中的代表，生物學(xué)教師則是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要指導(dǎo)者，也是學(xué)生通過學(xué)習(xí)逐步形成必備品格和關(guān)鍵能力的引路人。針對2023年山東省高考生物卷第17題，命題者就是在引導(dǎo)學(xué)生不能迷信教輔資料而簡單得出結(jié)論，而是要尊重事實和證據(jù)，運用科學(xué)思維方式認(rèn)識事物，增加解決實際問題的思維習(xí)慣和能力，能用創(chuàng)造性思維和批判性思維等高階思維闡釋生物現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)生產(chǎn)議題。同時也讓學(xué)生體會學(xué)以致用，針對特定生物學(xué)現(xiàn)象，能進(jìn)行觀察、提問、實驗設(shè)計和實施方案等，逐步增強對自然現(xiàn)象的求知欲，提高科學(xué)探究的基本思路和實踐能力。在實際教學(xué)中，一線教師不能對復(fù)雜生物學(xué)問題聽之任之，也不能毫無甄別套用市面教輔資料的一家之言，以免失去繼續(xù)探究真理的契機。教學(xué)中，教師若對學(xué)生提出的困惑不能給予科學(xué)引導(dǎo)，顯然不利于培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生高階思維。教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生遇到難題而教師又一時不能解決時，這就意味著教師提升專業(yè)素養(yǎng)的機會已經(jīng)到來，同時也是培養(yǎng)學(xué)生高階思維的契機，大家積極思考與探索，這正是教學(xué)相長之道。