高中生物“基因表达”重要概念学习进阶的构建与测量研究

张宏佳　李雪峰

摘要 通过对相关文献的分析解读，归纳出高中生物“基因表达”主题下的6个重要概念。结合一线教师的问卷调查情况、学生的访谈结果和该主题的已有研究，编制“基因表达”学习进阶的测量工具。测量工具经Rasch模型分析拟合后，依据测量结果建立了高中生物“基因表达”重要概念学习进阶图，为教学实践提供参考。

关键词 高中生物 基因表达 重要概念 学习进阶 测量研究

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

学习进阶的研究起源于研究者对美国教育质量评估的关注和对科学教育的反思，其研究主要针对科学教育中内容广而不深，知识点繁多，没有连贯的知识框架等现象进行。学习进阶描述的是学生在各学段中（不同阶段年级）学习某一主题的概念时所遵循的连贯的、典型的学习路径，呈现为围绕该主题展开的一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列。

在生物教学领域中，《普通高中高中生物学课程标准（2017年版）》中也明确提出高中生物学习的核心素养、大概念以及重要概念等重要内容，强调生物核心概念要“少而精”的特点。少而精的课程理念和学习进阶的相互关联的概念序列思想，为研究高中生关于生物概念知识的理解和认知发展提供了良好的契机和启示。

其中学习进阶的研究模式主要基于项目反应理论的数据模型，从理论和假设构建、试题的开发、数据的收集与分析、结果与理论假设的比较与解释，这四大步骤形成了一个较为完整的方法体系理论。

1建立基因表达重要概念维度划分

“基因表达”描述了基因怎样翻译成蛋白质，进而引起机体性状的产生。通过对初高中的课程标准、教材内容以及已有文献分析解读，归纳出“基因表达”主题下的6条重要概念，同时邀请2位资深的一线生物教师和2位大学生物专家进行审核和校正编制的李克特7点给分量表（含效度量表），向广东多地的一线生物教师发放问卷，调查一线教师的认可情况。发放问卷74份，有效回收率为78.0%。问卷结果经SPSS信度检验，系数为0.733（>0.6），说明量表的信度是可信的，结果见表1。

其中概念1是学生构建基因表达的分子遗传重要基础；概念2阐明基因怎么行使功能，控制蛋白质的结构，从解释机制联系基因与蛋白质之间的联系；概念3、4阐明蛋白质在基因与性状之间的重要关系；概念5让学生明白虽然个体拥有相同的遗传信息，但是细胞中的基因会进行选择性表达；概念6补充说明环境因素对性状的影响。从调查结果看，在满分7分的认可调查给分中，各维度概念（最低5.13）都大于临界值4，说明之前通过文献研究归纳出来的6条基因表达重要概念得到了大多数一线教师的认可。

2构建学习进阶假设和开发测量工具

确定“基因表达”进阶的重要概念后，分别选取佛山某校高一、高二各的学生进行“基因表达”学习情况的访谈，依据学生的访谈结果并参考美国研究看2017年通过前、中、后不同时期跨度23周的时间对学生在教学干预下，刻画的学生学习现代遗传学认知发展中学习进阶的发展过程，建立和构建了关于基因表达学习进阶的水平划分。依据进阶假设编制基因表达重要概念进阶的测量工具。

测量工具包含17个项目，涵盖了分层有序选择题（ordered multiple-choice，簡称OMC）、二阶诊断试题和填空做答题这三种题型。其中OMC选择题题型题目中的选项是以学生认知发展的过程进行命题设计，每个选项代表着不同的认知水平，并以学生完成高中生物学习要求的知识掌握层次作为该题正确选项，减少题目难度对后面学习进阶构建的主观影响。OMC选择题既保留了传统选择题后续统计便捷的优势，同时也较好地考查出学生的认知发展水平。为了减少OMC选择题的猜测因素对测试的影响，引入学生主观作答的信心指数进行校正。

3实施测试

编制的测量工具经一线教师和生物教育专家审阅，工具初测经Rasch模型拟合，符合要求后，进行大规模测试。

大规模测试选取佛山某校高一高二年级各200名学生，发放问卷共400份，回收394份，其中有效问卷共362份，高一级188份，高二级174份，有效率为90.5%。测试情况经Rasch模型拟合后，整体结果见表2。

从表1中，可以发现大规模测试数据基本符合Rasch模型的拟合要求。其中被试者信度为0.63，项目信度为0.99。被试者的标准误（Error）为0.65，项目的难度估计标准误为0.14，表明项目测量的精确度较好。被试者和项目的加权拟给残层均分分别为0.99和1.00都非常接近于1.00，两者的未加权拟给残层均分为1.01和1.01也非常接近于1.00，表明被试者和项目的模型数据拟合情况都较为理想。另外17个项目的难度值范围在-2.30～2.36较为均匀地递增，整体跨度为4.36个Logit值。各项目模型误差为0.12～0.18，误差较小。测试结果满足分析要求。

4“基因表达”重要概念学习进阶构建与分析

将Rasch模型的相关数据与实际各概念的难度进行统计分析，结果见表3。

根据上表基因表达主题下各重要概念的平均难度值，构建如图1所示的基因表达的学习进阶图。

从图1中，可以看出6条基因表达重要概念经Rasch模型拟合分析后在难度上呈现出从概念3（-1.160）、概念1（-0.903）、概念4（-0.630）、概念6（-0.245）、概念5（1.053）、概念2（1.067）由简单到复杂递增的特点，整体呈现出学生认识和掌握“基因表达”这一主题重要概念所认知的进阶过程。

5对于教学实践的启示

学生较容易掌握的是概念3“蛋白质是生物体功能的执行者”，较难以掌握和理解的是概念2“遗传信息拥有一套命令机制指导蛋白质的合成（转录、翻译）”。在6个重要概念中，概念6和概念5的难度分布跨度较大，表明学生在理解和掌握基因表达主题时的困难点，主要分布在学生认识到概念“环境因子会与遗传信息相互作用影响生物性状”和“体细胞拥有相同的遗传信息，但是不同细胞表达的基因不同”之间。这表明在“基因表达”的学习中，学生要完全掌握好基因的转录和翻译，除了先前蛋白质的知识和遗传信息的层次性做基础外，教师在教学过程中应该多建立在环境和基因的选择性表达的宏观调控现象上，活学活用，以此帮助学生更好地掌握基因的微观表达机制。

学习进阶呈现的是基于实证下确立学生在概念理解的思维节点，其中各节点即“阶”是制约学生认知发展的台阶。本研究发现从概念6（-0.245）到概念5（1.053）则是学生发展和掌握基因表达主题一个跨度较大的“脚踏点”。要使学生顺利踏过这个台阶，形成一个完整、系统的概念体系，概念教学的实施是非常必要的。学习进阶可为概念教学提供有力的证据，以支撑概念学习的完整性。教师在概念教学中应该充分了解学情，围绕学生的经验概念或思维定势，巧妙设置问题，促进学生从表象向本质学习，唤起学生对概念探究的热情和学习兴趣。