王上銳 凌瑩穎
摘 要 分析2020-2022年全國理綜生物學(xué)典型試題,從四個(gè)方面闡述其對深度學(xué)習(xí)的考查,并在此基礎(chǔ)上提出相關(guān)教學(xué)建議。
關(guān)鍵詞 深度學(xué)習(xí) 高考生物學(xué)試題 分析 啟示
中圖分類號 G633. 91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B
《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修改)》 (以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)中明確提出,高中生物學(xué)課程的宗旨是提高學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),要求學(xué)生既能掌握生物學(xué)知識,又能養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣、積極的科學(xué)態(tài)度,并發(fā)展創(chuàng)新實(shí)踐能力。在課程實(shí)施過程中,完成核心素養(yǎng)培育目標(biāo)的關(guān)鍵是學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。認(rèn)知心理學(xué)家認(rèn)為學(xué)習(xí)能夠使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生新的傾向或能力,發(fā)展自我的認(rèn)知、技能和情感。1976年馬頓等人提出學(xué)習(xí)行為本質(zhì)上可以分為淺層學(xué)習(xí)(surface-learning)和深度學(xué)習(xí)(deep-learning)兩種,淺層學(xué)習(xí)多體現(xiàn)為對信息的記憶,如死記硬背、對事物知其然而不求其所以然等,而深度學(xué)習(xí)集中表現(xiàn)為對信息的解構(gòu)和運(yùn)用,如對發(fā)生的事物求其所以然、以理解為基礎(chǔ)的模型建構(gòu)、以批判為主的思辨、能實(shí)施科學(xué)探究解決問題等。顯然,在生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)上,深度學(xué)習(xí)更為有效。
現(xiàn)行普通高中教育制度下,高考對生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)具有重要的引導(dǎo)性和評價(jià)性。 《中國高考評價(jià)體系說明》明確指出,高考改革必須站在教育改革發(fā)展全局的高度,發(fā)揮關(guān)鍵的、積極的導(dǎo)向作用,進(jìn)而推動(dòng)素質(zhì)教育在基礎(chǔ)教育階段的落實(shí)和扎根??v觀2020-2022年全國卷,可以發(fā)現(xiàn)考查深度學(xué)習(xí)的試題比例逐漸提高,且呈現(xiàn)角度多樣。本研究對近3年全國理綜生物學(xué)高考試題中與深度學(xué)習(xí)吻合度較高的典型試題進(jìn)行分析,并據(jù)此提出教學(xué)建議。
1 真題分析
1.1 考查探尋事物發(fā)生本質(zhì)的意識
深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生要多思考,多問“為什么”,多分析事物發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理。在試題中,對深度學(xué)習(xí)的考查常表現(xiàn)為運(yùn)用生物學(xué)知識分析成因、解釋現(xiàn)象、探索規(guī)律。
【例1】 (2020年·全國Ⅰ卷·31·節(jié)選)某研究人員用藥物W進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):給甲組大鼠注射藥物W,乙組大鼠注射等量生理鹽水,飼養(yǎng)一段時(shí)間后,測定兩組大鼠的相關(guān)生理指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:乙組大鼠無顯著變化;與乙組大鼠相比,甲組大鼠的血糖濃度升高,尿中葡萄糖含量增加,進(jìn)食量增加,體重下降?;卮鹣铝袉栴}:
(3)實(shí)驗(yàn)中測量到甲組大鼠體重下降,推測體重下降的原因是__________。
(4)若上述推測都成立,那么該實(shí)驗(yàn)的研究意義是_________(答出1點(diǎn)即可)。
參考答案:(3)甲組大鼠胰島素缺乏,使機(jī)體不能充分利用葡萄糖來獲得能量,導(dǎo)致機(jī)體脂肪和蛋白質(zhì)的分解增加 (4)獲得了因胰島素缺乏而患糖尿病的動(dòng)物,這種動(dòng)物可以作為實(shí)驗(yàn)材料用于研發(fā)治療這類糖尿病的藥物
試題分析:糖尿病屬于“血糖平衡調(diào)節(jié)”的延伸部分,學(xué)生可能只是粗淺了解糖尿病患者的癥狀為“三多一少”,對這些癥狀產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)理卻不深究。例1以藥物W破壞小鼠細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)為載體,考查考生對糖尿病成因、癥狀發(fā)生原因是否進(jìn)行過深度分析。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“血糖濃度升高,尿中葡萄糖含量增加,進(jìn)食量增加,體重下降”等,可以明確糖尿病發(fā)生與藥物W直接關(guān)聯(lián)。藥物W破壞了小鼠的胰島B細(xì)胞,小鼠體內(nèi)胰島素缺乏,無法充分利用葡萄糖來獲取能量,因此分解蛋白質(zhì)和脂肪等物質(zhì)獲取能量,從而導(dǎo)致小鼠體重減少。同時(shí),由于缺乏胰島素,小鼠體內(nèi)血糖濃度過高,腎小管液中葡萄糖含量增加,管液滲透壓增大,因此腎小管管壁重吸收水分變少,小鼠出現(xiàn)多尿的癥狀。
一般認(rèn)為,實(shí)驗(yàn)研究就是正向解決問題,例如尋找治療糖尿病的藥物或措施。然而,本實(shí)驗(yàn)并非尋找治療糖尿病的藥物,而是利用W藥物破壞正常小鼠的胰島B細(xì)胞,導(dǎo)致較多考生無從下筆。通過例1學(xué)生認(rèn)識到尋找治療糖尿病的藥物是最終目的,但進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究必須有充足的材料才行。有了充足的患病糖尿?qū)嶒?yàn)動(dòng)物,才能保證實(shí)驗(yàn)研究的持續(xù)性。因此,本實(shí)驗(yàn)的研究不是為了獲得治療糖尿病的藥物,而是為了獲得患糖尿病的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。
1.2 考查概念模型構(gòu)建的能力
在高中生物學(xué)課堂中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行概念模型的構(gòu)建,能有效幫助學(xué)生厘清概念的核心與本質(zhì),實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。在試題中要求學(xué)生根據(jù)有關(guān)信息,自主建構(gòu)概念模型也是檢測學(xué)生深度學(xué)習(xí)成效的重要方式。
【例2】 (2020年·全國理綜Ⅲ卷·31·節(jié)選)假設(shè)某種藍(lán)藻(A)是某湖泊中唯一的生產(chǎn)者,其密度極大,使湖水能見度降低。某種動(dòng)物(B)是該湖泊中唯一的消費(fèi)者。回答下列問題:
(2)畫出該湖泊生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的示意圖。
參考答案: (2)
試題分析:能量流動(dòng)是《課程標(biāo)準(zhǔn)》中重要的生物學(xué)概念之一,指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。例2以一個(gè)簡單的湖泊生態(tài)系統(tǒng)為情境載體,考查考生對能量流動(dòng)概念的理解與應(yīng)用。人教版高中生物學(xué)教材中有生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖,但是許多學(xué)生機(jī)械背誦,并沒有真正理解掌握,更沒有自主建構(gòu)能量流動(dòng)圖,因此考生得分不高??忌膩G分主要在兩處:一是沒有考慮分解者;二是沒有考慮A、B的呼吸作用過程。發(fā)生能量流動(dòng)的生命系統(tǒng)層次是生態(tài)系統(tǒng),因此即使題干中沒有提及分解者,在湖泊生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)示意圖中肯定包含分解者,即含有A、B、分解者三種生物類群。對于A而言,其能量來源于太陽能,一部分通過呼吸作用以熱能的形式散失,另一部分以有機(jī)物的形式傳遞給B和分解者,B通過捕食A獲取能量,由于B為最高營養(yǎng)級,因此B的能量一部分通過呼吸作用散失,另一部分流向分解者,分解者從 A 和 B 的遺體殘骸以及 B 的糞便中獲取能量,通過呼吸作用散失。通過三種生物類群的能量流動(dòng)分析,構(gòu)建出該生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)模型,這種構(gòu)建概念模型的考查方式能夠最直觀反映出學(xué)生對概念的理解,也是考查學(xué)生是否進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的具體體現(xiàn)。
1.3 強(qiáng)化批判性思維考查
批判性思維的發(fā)展是深度學(xué)習(xí)最重要的成果之一。批判性思維,不是推翻他人意見、否定原有定論等簡單線性思維,而是基于事實(shí)和論據(jù),根據(jù)所學(xué)知識進(jìn)行分析、推理和判斷,得出合理結(jié)論的思維。近年來,通過考查考生搜集信息、正向和逆向分析已有事實(shí)、解決問題等能力,以檢驗(yàn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)成效的試題出現(xiàn)頻率增高。
【例3】 (2021年·全國理綜甲卷·30·節(jié)選)用一段由放射性同位素標(biāo)記的 DNA 片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32 P標(biāo)記的脫氧腺苷三磷酸(dATP,dA-P α ~P β ~P γ )等材料制備了 DNA 片段甲(單鏈),對W基因在染色體上的位置進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)流程的示意圖如下。
(1)該研究人員在制備32 P 標(biāo)記的 DNA 片段甲時(shí),所用dATP的α位磷酸基團(tuán)中的磷必須是32 P,原因是_________。
(2)該研究人員以細(xì)胞為材料制備了染色體樣品,在混合操作之前去除了樣品中的 RNA 分子,去除RNA分子的目的是:__________。
參考答案: (1)dATP 為脫氧腺苷三磷酸,合成DNA時(shí),需要脫掉末端的兩個(gè)磷酸基團(tuán),只有α位磷酸基團(tuán)參與DNA的合成 (2)防止制備的單鏈DNA片段甲與樣品中RNA堿基互補(bǔ)配對,影響實(shí)驗(yàn)
試題分析:原因分析是高考常見題型,該題型要求考生搜集題干信息,運(yùn)用分析推理、歸納概括等多種思維方法,根據(jù)生物學(xué)知識,完成觀點(diǎn)或想法的文字表述,能較好考查考生的思維水平。例3以基因定位為情境載體,考查DNA合成過程中脫氧腺苷三磷酸的作用,本質(zhì)是考查dATP的結(jié)構(gòu)??忌枰鶕?jù)題干信息,分析比較dATP、脫氧核苷酸、ATP三者之間結(jié)構(gòu)的相同點(diǎn),推理判斷出dATP可以像ATP那樣發(fā)生高能磷酸鍵斷裂,轉(zhuǎn)化為脫氧核苷酸以合成DNA。
作答例3第(2)問,關(guān)鍵是把握實(shí)驗(yàn)?zāi)康募础袄肈NA 片段甲(單鏈)確定W基因在染色體中位置”。試題中有關(guān)信息多且雜,但主要是厘清“染色體樣品制備、DNA片段甲制備、去除樣品中RNA分子”三者的關(guān)系。主要關(guān)系為: “染色體DNA(W基因)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生某種RNA分子→該RNA分子與制備的DNA片段甲會發(fā)生堿基互補(bǔ)配對形成DNA-RNA雙鏈分子→制備的DNA片段甲無法與染色體DNA(W基因)結(jié)合→影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果”。在厘清三者關(guān)系的基礎(chǔ)上,考生組織語言方可得出第(2)題的答案。學(xué)生搜集有關(guān)信息,并將這些信息進(jìn)行條分縷析、科學(xué)推理,得出合理結(jié)論,最后運(yùn)用生物學(xué)專業(yè)術(shù)語完美地呈現(xiàn)出來,這就是批判性思維的理性、過程性。
1.4 核驗(yàn)科學(xué)探究“真”能力
遷移是深度學(xué)習(xí)發(fā)生的重要特征,也是將內(nèi)化知識外顯的重要表現(xiàn),而科學(xué)探究就是實(shí)現(xiàn)知識遷移、解決實(shí)際問題的關(guān)鍵能力。囿于紙筆測試的局限性,對科學(xué)探究的考查存在“虛化”的問題。然而,通過巧妙設(shè)問(如逆向設(shè)問),可以達(dá)到核驗(yàn)科學(xué)探究“真”能力的目的。
【例4】 (2022年·全國理綜甲卷·37·節(jié)選)某同學(xué)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(xì)菌,在此基礎(chǔ)上采用平板培養(yǎng)法比較二者降解石油的能力,并分析兩個(gè)菌株的其他生理功能。
實(shí)驗(yàn)所用的培養(yǎng)基成分如下。
培養(yǎng)基Ⅰ:K 2 HPO 4 ,MgSO 4 ,NH 4 NO 3 ,石油。
培養(yǎng)基Ⅱ:K 2 HPO 4 ,MgSO 4 ,石油。
操作步驟:
① 將A、B菌株分別接種在兩瓶液體培養(yǎng)基Ⅰ中培養(yǎng),得到A、B菌液;
② 液體培養(yǎng)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。
(3)為了比較A、B降解石油的能力,某同學(xué)利用步驟②所得到的平板Ⅰ、Ⅱ進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表所示(“+”表示有透明圈, “+”越多表示透明圈越大, “-”表示無透明圈),推測該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)思路是_______。
(4)現(xiàn)有一貧氮且被石油污染的土壤,根據(jù)上表所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果,治理石油污染應(yīng)選用的菌株是 A ,理由是____________。
參考答案: (3)取濃度、體積相同的A、B兩種菌液,將A菌液分別接種到平板I、II的甲孔內(nèi),將B菌液分別接種到平板I、II的乙孔內(nèi),置于適宜溫度下培養(yǎng)一段時(shí)間觀察透明圈大小 (4)平板II是一個(gè)缺氮但含有石油的環(huán)境,只有A菌株能在平板II上生長
試題分析:科學(xué)探究能力,是能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)問題或困難,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施等活動(dòng)的能力??茖W(xué)探究能力的掌握情況,是評判深度學(xué)習(xí)成效的一項(xiàng)重要指征。然而,考題中常出現(xiàn)的“根據(jù)問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案(實(shí)驗(yàn)思路)或根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程推測實(shí)驗(yàn)結(jié)果及得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論”等設(shè)問方式,對于大多數(shù)考生來說就是“套寫”而已,是另一種意義上的“背多分”。長此以往,老師和學(xué)生將逐漸養(yǎng)成“假探究、真默寫”的思維及實(shí)踐惰性。與以往不同,例4第(3)問轉(zhuǎn)變切入點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生從新的角度思考問題,即根據(jù)兩個(gè)菌株的石油降解能力實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,推測該實(shí)驗(yàn)思路,逆向設(shè)問,打破常規(guī)。這要求考生首先能夠分析表格中信息,得知A菌在平板Ⅰ和Ⅱ上的生長情況分別為“+++”“++”,B菌在平板Ⅰ和Ⅱ上的生長情況分別為“++”“-”。然后,考生需要能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)的單一變量和對照原則,推測A菌液分別在平板Ⅰ和Ⅱ上的甲孔(或乙孔),B菌液分別在平板Ⅰ和Ⅱ上的乙孔(或甲孔),最后考生還要明確觀測指標(biāo)為“透明圈”。第(4)問則呼應(yīng)最終要解決的問題“篩選降解石油能力強(qiáng)的菌株”??忌枰Y(jié)合該土壤條件為“貧氮且被石油污染”,從而得出平板Ⅱ是貧氮且被石油污染的環(huán)境,而能在平板Ⅱ生長的菌株就是菌株A。
2 教學(xué)啟示
實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí),落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)任務(wù),關(guān)鍵在課堂教學(xué)。
2.1 創(chuàng)設(shè)情境,以搭建深度學(xué)習(xí)的橋梁
學(xué)習(xí)能力需要通過問題解決才能得以提升,而問題源于創(chuàng)設(shè)的情境。近年來,高考命題呈現(xiàn)出“無情境不命題”的特點(diǎn),進(jìn)一步說明情境創(chuàng)設(shè)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。在日常教學(xué)中,教師要充分借助與生活緊密聯(lián)系的真實(shí)情境調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,啟發(fā)學(xué)生的思維。如在學(xué)習(xí)“人類遺傳病”這一節(jié)內(nèi)容時(shí),教師可以通過創(chuàng)設(shè)線上問診的情境,讓學(xué)生對常見的人類遺傳病進(jìn)行分析歸納后,基于遺傳系譜圖、電泳圖譜等的解讀解決真實(shí)情景中遇到的問題;又如結(jié)合當(dāng)前的新冠疫情,教師可以從病毒的致病機(jī)理、檢測方式以及疫苗的研制等方面開展學(xué)。
2.2 問題式教學(xué),培育思維的深度和靈活性
陶行知先生曾說過: “創(chuàng)造始于問題,有了問題才會思考,有了思考,才有解決問題的方法,才有找到獨(dú)立思路的可能”。對高中生物學(xué)教學(xué)而言亦然,問題就是核心與靈魂。這些問題,不是簡單的是非判斷,而是指向程序性知識的“為什么”“理由是”“機(jī)理”等開放性問題。這類問題能較好地激發(fā)學(xué)生深入探索知識、尋找解決實(shí)際困難的方法、創(chuàng)新科學(xué)研究思路,最終提高學(xué)生的思維深度和靈活性。精彩的問題式教學(xué),應(yīng)具有以下兩點(diǎn)特征。
(1)具有多樣化的設(shè)問。多樣化從高中生物學(xué)課堂中的設(shè)問來說,是指提問的角度豐富。多樣化的提問要求教師能從不同的方向提升學(xué)生思維的深度和廣度。例如, “減數(shù)分裂”一節(jié)在引導(dǎo)學(xué)生分析減數(shù)分裂的意義時(shí),教師不僅可以采用直白設(shè)問的方式讓學(xué)生直接思考其意義所在,還可以將問題以另一種形式呈現(xiàn),如“配子的形成為什么必須通過減數(shù)分裂?”兩種設(shè)問雖然是指向意義的答案,但由于角度不同,學(xué)生思考的過程也會有差異。
(2)以學(xué)生和學(xué)生的發(fā)展為中心。問題的設(shè)計(jì)應(yīng)該基于學(xué)生實(shí)際生活或?qū)W習(xí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)。因此,教師提問前需要做到以下幾點(diǎn):① 認(rèn)真考慮學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,不能盲目超出學(xué)生目前已有的知識水平;② 能較好地激發(fā)學(xué)生的興趣,使他們自主參與課堂討論、分享表達(dá)觀點(diǎn);③ 問題的答案不具唯一性和封閉性,允許學(xué)生的不同觀點(diǎn)落地,發(fā)展學(xué)生的開放性思維。當(dāng)然,更關(guān)鍵的是,在學(xué)生回答過程中教師要能引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、找到問題解決的思路或方法、發(fā)展和完善問題解決的路徑。
2.3 用好思維導(dǎo)圖,深化表層知識
對知識進(jìn)行重組、構(gòu)建并加以整合是深度學(xué)習(xí)必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。思維導(dǎo)圖是一種運(yùn)用文字、線條、圖像等將信息串聯(lián),使思維可視化的的工具。利用思維導(dǎo)圖可以使雜亂無章的思維變得清晰有序,并且由于圖像的連貫性,使用者思考的程度也會逐漸深入。因此思維導(dǎo)圖是一種幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維深化的有效工具。以“細(xì)胞中的無機(jī)物——水”為例,教師可以從存在形式、運(yùn)輸方式以及調(diào)節(jié)等方面進(jìn)行相關(guān)的知識整合。在構(gòu)建思維導(dǎo)圖的過程中,在水的存在形式方面,教師可以提問:自由水與結(jié)合水的比值可以反映生物的抗逆性,但這種相關(guān)性是如何實(shí)現(xiàn)的?這種設(shè)問就是一種很明顯的深入思考的體現(xiàn)。在水的運(yùn)輸方式方面,教師可以提問:為何水分子在某些地方是通過協(xié)助擴(kuò)散的方式進(jìn)出的?此時(shí)可以提示學(xué)生從細(xì)胞膜的組成成分來分析,細(xì)胞膜以磷脂雙分子層為基本骨架,磷脂頭部親水,尾部疏水,水分子通過自由擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞的效率比較低,因此在腎小管集合管等部位就需要依靠水通道蛋白實(shí)現(xiàn)對水的快速重吸收。通過不斷地挖掘、提問,最終實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的逐步深入。
3 總結(jié)
總而言之,深度學(xué)習(xí)在培養(yǎng)學(xué)生思維的廣度、深度以及高度上有著至關(guān)重要的作用,在落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)上也發(fā)揮著重要的作用。因此,隨著課程改革的不斷深化,高考和學(xué)考作為評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的關(guān)鍵手段,也加大了對深度學(xué)習(xí)的考查。這些高考和學(xué)考試題正形成新的風(fēng)向標(biāo),引領(lǐng)一線教育工作者不斷探尋與創(chuàng)新。
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